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TRÉPANS DE FORAGE DE TERRE COMPORTANT DES CARACTÉRISTIQUES
AMÉLIORÉES D'ÉLIMINATION DES DÉBLAIS DE LA FORMATION
ET PROCÉDÉS DE FORAGE DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne en général des trépans pour le forage de formations souterraines. L'invention concerne plus spécifiquement des trépans à lames rotatifs à buses multiples utilisant des variations de la taille et de l'orientation des buses pour répartir le volume d'écoulement hydraulique sur la face du trépan en fonction du volume des déblais de la formation produits par des groupes d'éléments de coupe sur le trépan, ainsi que des trépans utilisant des fentes à rebuts avec des surfaces de section transversale réparties en fonction des déblais produits par des groupes d'éléments de coupe auxquels les fentes à rebuts sont respectivement associées,
ces caractéristiques permettant un dégagement amélioré des déblais de la formation de la face du trépan, à travers les fentes à rebuts et dans l'espace annulaire du puits de forage, au-dessus du trépan.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La conception des trépans à lames rotatifs utilisant des dispositifs
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de coupe superabrasifs, normalement sous forme"d'agglomérés compacts de diamant polycristallin"ou"PDC"a atteint un degré de sophistication élevé au cours des dernières décades. On a réalisé des accroissements notables du taux de pénétration (ROP). L'incapacité des trépans de forage rotatifs selon la technique à dégager les déblais de la formation à une vitesse appropriée au pouvoir du trépan à produire de tels déblais constitue toutefois une limitation gênante à des accroissements ultérieurs du ROP.
Différentes conceptions et approches ont été utilisées dans la technique pour faciliter l'élimination des déblais du trépan, et faciliter ainsi l'accroissement du ROP. De telles conceptions et approches ont toutefois en général compris des caractéristiques ne pouvant pas être appliquées telles quelles dans les trépans ayant des tailles et des configurations différentes, et ont été limitées dans de nombreux cas à des configurations très spécifiques. Les approches selon l'état de la technique n'ont en outre pas tenu compte du fait que le dégagement réduit des déblais d'une seule lame dans le cas d'un trépan à lames multiples constitue un obstacle au ROP.
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Une approche selon l'état de la technique concernant l'élimination des déblais du trépan, impliquant un design de trépan spécialisé, a été décrite dans le brevet US 5417296, dans lequel des buses destinées à amener du fluide de forage sont agencées toutes les deux près du centre du trépan et près du front de taille. Une buse externe, associée à une lame et un parcours de fluide sur la face du trépan, est orientée de sorte à établir une composante importante de l'écoulement du fluide dirigée vers l'intérieur, en direction de la ligne médiane du trépan, pour accroître l'écoulement vers l'extérieur à partir d'une buse interne associée à une autre lame et un autre parcours de fluide, par l'intermédiaire d'une communication entre les extrémités internes adjacentes des deux parcours de fluide.
Un tel agencement améliore en théorie le dégagement des déblais de la formation, mais il a été rapporté que cela n'est pas le cas en pratique. Les déblais provenant de la lame à laquelle est associée la buse externe sont plus spécifiquement transportés vers l'intérieur vers un étranglement entre les lames, entraînant un engorgement de l'écoulement du fluide faisant face à cette lame et un bourrage ultérieur du trépan.
La technique ne comporte donc actuellement pas d'améliorations de la conception des trépans à lames rotatifs en termes de dégagement des déblais de la formation, pouvant être appliquées facilement pour améliorer les performances concernant le ROP des trépans autrement conventionnels.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
La présente invention permet d'améliorer le dégagement des déblais de la formation de trépans à lames rotatifs grâce à un perfectionnement de la conception pouvant être appliqué facilement dans une grande variété de trépans à lames rotatifs.
Selon un aspect, la présente invention fournit un dégagement amélioré des déblais de la formation par l'intermédiaire d'une distribution optimisée de l'énergie hydraulique sous forme d'une répartition de l'écoulement du fluide de forage en fonction du volume total des déblais produits par différents groupes de dispositifs de coupe, typiquement des dispositifs de coupe groupés sur chaque lame d'un trépan à lames multiples. Une telle répartition peut être réalisée en utilisant des buses ayant des tailles d'ouverture différentes, et par suite des volumes d'écoulement relatifs, en association avec des lames produisant différents volumes de déblais de la formation.
Dans un trépan à quatre lames, par exemple, comportant deux lames primaires et deux lames secondaires, les termes
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"primaire"et"secondaire"désignant leurs rôles relatifs concernant le volume des déblais éliminé de la formation, les lames primaires pouvant chacune éliminer un volume de déblais double de celui des lames secondaires. Dans un trépan comportant une buse par lame, les buses associées aux lames primaires sont ainsi dimensionnées de sorte à fournir un écoulement de fluide pratiquement double de celui des buses associées aux lames secondaires.
Selon un autre aspect, la présente invention fournit une distribution optimisée de l'énergie hydraulique par l'intermédiaire d'une orientation sélective, ou d'une"inclinaison"des buses sur la face du trépan, en termes d'angles par rapport à une ligne perpendiculaire à une tangente au profil du trépan au niveau du point où le jet de fluide provenant de la buse heurte la formation en cours de forage. Lorsque le jet de fluide coïncide avec la ligne, des volumes pratiquement égaux de fluide de forage s'écouleront vers l'extérieur en direction du front de taille et vers l'intérieur en direction de la ligne médiane ou de l'axe longitudinal, dans la zone définie entre la face du trépan et la formation.
Une inclinaison positive, la buse étant orientée de sorte à diriger un jet de fluide d'un point d'origine radialement à l'intérieur de la ligne, entraîne un écoulement de fluide plus important vers l'extérieur à travers un parcours de fluide en direction du front de taille plutôt que vers l'intérieur en direction de la ligne médiane, améliore le dégagement des déblais de la formation de la lame faisant face à ce parcours de fluide.
Une inclinaison négative, une buse étant orientée de sorte à diriger un jet de fluide d'un point d'origine radialement à l'extérieur de la ligne, entraîne par contre un écoulement de fluide plus 1 important vers l'intérieur le long d'un parcours de fluide en direction de la ligne médiane que vers l'extérieur en direction du front de taille, le dégagement des déblais de la formation de la face du trépan étant donc difficile. Comme indiqué en référence au brevet'296 cité ci-dessus, un tel écoulement vers l'intérieur tend à boucher les parcours de fluide plutôt que de les dégager.
La présente invention utilise une inclinaison positive des différentes buses sur une face du trépan pour assurer un écoulement prédominant vers l'extérieur du fluide de forage en direction des fentes à rebuts du trépan, agencées près du front de taille du trépan, et pour réduire au minimum l'écoulement transversal sur la face du trépan entre les parcours de fluide auxquels les différentes buses sont associées.
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Selon un autre aspect de la présente invention, il peut être indiqué ou nécessaire, par suite de la configuration ou de la taille du trépan, d'employer un nombre de buses inférieur à celui des lames. Dans un tel agencement, une seule buse peut amener le fluide de forage à deux parcours de fluide, l'une étant par exemple agencée devant une lame primaire et l'autre devant une lame secondaire. L'orientation des buses ou l'orientation de l'ouverture des buses peut ainsi servir à allouer ou à répartir l'écoulement du fluide d'une seule buse entre les parcours de fluide primaire et secondaire, en particulier lorsque la buse est agencée au niveau ou près d'un point de convergence des deux parcours de fluide.
Il faut noter que l'orientation des buses peut être changée dans une quelconque direction, et non seulement en termes"d'inclinaison"le long d'une ligne radiale allant de la ligne médiane du trépan vers le front de taille, en vue de pousser l'écoulement de la buse vers un parcours de fluide. En d'autres termes, pour répartir ou diviser l'écoulement du fluide entre deux parcours de fluide, auxquels la buse est associée, normalement par agencement adjacent aux extrémités radialement internes des deux parcours, l'orientation"côte à côte"de la buse ou de son ouverture peut être changée.
Selon un aspect encore différent, la présente invention fournit un dégagement amélioré des déblais de la formation par l'intermédiaire d'un dimensionnement des surfaces de section transversale des fentes à rebuts associées aux différentes lames d'un trépan, dans une proportion similaire au volume total des déblais de la formation produit par chacune des lames. En prenant à nouveau l'exemple un trépan à quatre lames, comportant deux lames primaires et deux lames'secondaires, chacune des premières lames produisant un volume de déblais de la formation double de celui de chacune des lames secondaires, les fentes à rebuts sont dimensionnées dans un rapport similaire en termes de surface de section transversale à la ligne médiane du trépan.
Selon un aspect encore différent de l'invention, au moins deux des caractéristiques décrites ci-dessus sont appliquées dans le même trépan pour faciliter l'élimination des déblais de la formation de la face du trépan et à travers les fentes à rebuts, vers l'espace annulaire du puits de forage au-dessus du trépan.
La présente invention envisage également d'équilibrer pratiquement le volume de déblais éliminé par chacune des lames primaires d'un trépan à lames multiples et le volume éliminé par l'autre ou les autres lames, et
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le volume de déblais éliminé par chacune des lames secondaires et le volume éliminé par l'autre ou les autres lames, de sorte à réduire la tendance d'une quelconque lame particulière à l'élimination d'un volume excessif de déblais, présentant ainsi une tendance à un engorgement avant les autres lames, limitant le ROP.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue représentant un trépan de forage à quatre lames selon l'invention, orienté vers le haut au niveau de la face du trépan à partir de la formation devant le trépan ; la figure 1A est une vue schématique du parcours du fluide de la face du trépan et de la configuration des fentes à rebuts associées du trépan de la figure 1, orienté vers le bas en direction de la formation en cours de forage, et représentant les surfaces de section transversale relatives des entrées vers les fentes à rebuts transversales à l'axe longitudinal du trépan ; la figure 2A est une vue schématique en quart de section du trépan de la figure 1, montrant une buse orientée à une inclinaison positive ;
la figure 2B est une vue latérale schématique en quart de section d'un autre trépan, représentant une buse orientée à une inclinaison négative ; la figure 3A est un diagramme en bâtons montrant le volume relatif des déblais de la formation produit par chaque lame d'un trépan à quatre lames à équilibrage du volume des déblais au cours d'une seule révolution du trépan ;
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J la figure 38 est un diagramme en bâtons montrant le volume relatif des déblais de la formation produit par chaque lame d'un trépan à quatre lames sans équilibrage du volume des déblais au cours d'une seule révolution du trépan ;
la figure 4 est une vue représentant un trépan à six lames courbées selon l'invention, orienté vers le haut au niveau de la face du trépan à partir de la formation devant le trépan, la figure 4A étant une vue schématique en demi-section du trépan de la figure 4, montrant les emplacements et les orientations des buses et la figure 4B étant une vue schématique en quart de section, les emplacements des buses étant tournés dans un plan commun pour montrer les différences concernant les emplacements et les orientations ;
et
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la figure 5 est une vue représentant un trépan à six lames droites selon l'invention, orienté vers le haut au niveau de la face du trépan à partir de la formation devant le trépan, la figure 5A étant une vue schématique en demi-section du trépan de la figure 5, montrant les emplacements et les orientations des buses, la figure 5B étant une vue schématique en quart de section, les emplacements des buses étant tournés sur un plan commun pour montrer les différences concernant les emplacements et les orientations.
MEILLEUR MODE D'EXÉCUTION DE L'INVENTION
Les figures 1 et 1A des dessins illustrent un trépan à lames rotatif 10 selon la présente invention. Le trépan à lames 10 englobe un corps 12 comportant une face 14 s'étendant radialement vers l'extérieur à partir de la ligne médiane ou de l'axe longitudinal 16 du corps du trépan 12. Quatre lames 18,20, 22 et 24 s'étendent sur et au-dessus de la face 14, radialement vers l'extérieur au-delà de celle-ci, définissant quatre fentes à rebuts 26,28, 30 et 32 à extension longitudinale entre elles. Une section supérieure 34 du corps du trépan 12 peut être vue dans la figure 1, s'étendant radialement vers l'extérieur au-dessus et au-delà des fentes à rebuts.
Plusieurs dispositifs de coupe superabrasifs 40, de préférence des PDC, ou un groupe de ceux-ci, sont montés sur chaque lame 18 à 24, leurs faces de coupe 42 faisant en général face à la direction de rotation du trépan. Chaque groupe de dispositifs de coupe 40, monté respectivement sur les lames 18 à 24, produit des déblais du matériau de la formation dans son parcours de fluide associé 50,52, 54 et 56, agencés par rotation devant ce groupe de dispositifs de coupe lors de la rotation du trépan 10
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par un train de tiges, un poids étant appliqué au trépan 10 par p l'intermédiaire du train de tiges. Les parcours de fluide 50,52, 54 et 56 communiquent respectivement avec les entrées vers les fentes à rebuts 26, 28,30 et 32 au niveau de zones latéralement périphériques de la face du corps du trépan 14.
Plusieurs buses 60,62, 64 et 66 sont représentées sur la face du corps du trépan 14, adjacente aux parties radialement internes des parcours de fluide 50,52, 54 et 56, les flèches dans la figure 1 montrant les directions radiales des jets du fluide de forage déchargé par chacune des buses 60 à 66. L'écoulement du fluide de forage à partir des différentes buses 60 à 66 transporte des déblais de la formation produits par chaque groupe de dispositifs de coupe 40 dans les parcours de fluide 50 à 56, vers les fentes à rebuts 26 à 32, et finalement dans l'espace
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annulaire du puits de forage au-dessus du trépan 10, entre le train de tiges et la paroi latérale du puits de forage.
Selon un aspect de la présente invention, le volume de l'écoulement du fluide de forage, et ainsi l'énergie hydraulique, à travers chacun des parcours de fluide 50 à 56, est en général proportionnel au volume relatif de la roche ou des "déblais" de la formation, découpé par les groupes de dispositifs de coupe 40, montés respectivement sur chacune des lames 18 à 24, auxquels les parcours de fluide 50 à 56 sont respectivement associés.
Lorsque le volume cumulatif de roche devant être coupé par les groupes de dispositifs de coupe de chacune des lames primaires 18 et 22 est par exemple le double de celui découpé par les groupes de dispositifs de coupe de chacune des lames secondaires 20 et 24 (c. à. d. de l'ordre de 2 : 1), l'écoulement du fluide de forage est ajusté par un agencement et une orientation appropriés des buses 60 à 66 et par une variation des tailles d'ouverture de celles-ci en vue de répartir le fluide de forage s'écoulant vers le trépan 10 à travers le train de tiges.
La répartition de l'écoulement de fluide dans les différents parcours de fluide ne doit certes pas correspondre exactement aux volumes relatifs des déblais provenant de chaque lame, à laquelle les parcours de fluide sont respectivement associés, mais une variance des proportions d'écoulement relatives dans un intervalle ne dépassant pas environ plus ou moins vingt pour cent par rapport aux proportions du volume de roche est indiqué en vue d'obtenir des résultats optimaux. Dans la forme la plus simple, la taille de l'ouverture des buses peut être variée pour réaliser la réparation voulue.
Dans le trépan de la figure 1, la taille de l'ouverture des buses associées aux lames primaires'peut par exemple correspondre à 1,03 cm (13/32 pouce), celle des buses associées aux lames secondaires correspondant à 0,71 cm (9/32 pouce) pour atteindre le rapport voulu de 2 : 1 du volume d'écoulement.
Selon un autre aspect de la présente invention, les entrées des fentes à rebuts 26 à 32 adjacentes à la périphérie latérale de la face du corps du trépan 14 sont dimensionnées de façon relative, en termes de surface de section transversale à l'axe longitudinal 16, dans une proportion similaire au volume des déblais de la formation ou de la roche découpé par les groupes de dispositifs de coupe auxquels les fentes à rebuts sont respectivement associées.
Lorsque, dans l'exemple précédent, le volume de roche découpé par chacun des groupes de dispositifs de coupe de la lame primaire 18,22 représente le double du volume de roche découpé
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par chacun des groupes de dispositifs de coupe de la lame secondaire 20, 24, les surfaces d'entrée de la fente à rebuts de chacune des fentes à rebuts primaires 26 et 30 représenteront en général le double des surfaces d'entrée de chacune des fentes à rebuts secondaires 28 et 30. Dans le trépan 10 de la figure 1, les rapports effectifs entre le volume des lames primaires et secondaires sont de l'ordre de 1,8 à 1, les rapports relatifs entre les surfaces d'entrée des fentes à rebuts primaires et secondaires étant de l'ordre de 1,7 à 1.
Dans le trépan 10, le rapports du volume de l'écoulement du fluide entre chacun des parcours de fluide primaires 50, 54 et des parcours de fluide secondaires 52,56 est en outre de l'ordre de 2,1 : 1, un intervalle de rapport du volume d'écoulement de l'ordre de 1,75 à 2,3 : 1 entre les parcours de fluide primaires et secondaires étant toutefois aussi considéré comme approprié à la pratique de l'invention dans le trépan 10.
Selon un aspect encore différent de l'invention, on comprendra en regardant les figures 1 et 1A, que le volume de roche découpé par les groupes de dispositifs de coupe de chaque lame primaire 18 et 22 sera pratiquement équilibré mutuellement et que le volume de roche découpé par les groupes de dispositifs de coupe de chaque lame secondaire 20 et 24 sera pratiquement équilibré mutuellement. Dans les trépans tel que le trépan 310, décrit ci-dessous en référence aux figures 5, 5A et 5B des dessins, un tel équilibrage est aussi étendu aux lames tertiaires.
Un tel équilibrage peut être réalisé en utilisant le même nombre, la même taille et la même exposition des dispositifs de coupe 40 sur les lames devant être équilibrées, un tel équilibrage pouvant toutefois aussi être réalisé en cas d'utilisation d'un nombre diffèrent de dispositifs de coupe en variant la taille des dispositifs de coupe et dans une certaine mesure leur exposition. Les inventeurs ont constaté que l'équilibrage des volumes de roche découpés comme décrit et la répartition des volumes d'écoulement du fluide de forage associés en fonction des volumes relatifs de roche (les volumes de l'écoulement de fluide étant ainsi également équilibrés) permet un accroissement notable du taux de pénétration (ROP) du trépan avant un engorgement ou un"bourrage", en comparaison avec un trépan similaire mais non équilibré.
En référence aux figures 3A et 3B des dessins, la figure 3A illustre le volume de roche relatif découpé par chaque lame d'un trépan selon la présente invention, similaire au trépan 10, et l'on peut constater clairement que les volumes de roche (exprimés sous forme d'un pourcentage de l'ensemble du volume de toutes les lames) découpés par chacune des lames
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primaires 18 et 22 (des numéros de référence similaires à la figure 1 sont utilisés en vue d'une plus grande clarté) sont pratiquement équilibrés, et que les volumes de roche découpés par chacune des lames secondaires 20 et 24 sont pratiquement équilibrés.
Un autre trépan de conception et de taille similaire, ne comportant toutefois pas d'équilibrage du volume de roche relatif devant être découpé ou produit par les différentes lames, présente par contre un équilibrage des lames secondaires 120 et 124, mais un déséquilibre notable entre les lames primaires 118 et 122. Au cours d'essais de forage tête-tête, le trépan équilibré a assuré le forage à un ROP notablement supérieur à celui du trépan non équilibré avant un engorgement. La lame primaire dominante 122 du trépan non équilibré a en outre été bouchée en premier lieu, sur une base consistante. Lors d'essais additionnels, on a constaté que la répartition des volumes d'écoulement de fluide en fonction des volumes de roche découpés par les différentes lames a entraîné des accroissements ultérieurs du ROP avant un bourrage.
Le dimensionnement et l'emplacement des buses sur un corps de trépan peuvent certes servir à assurer la répartition de l'écoulement du fluide de forage, comme indiqué ci-dessus, mais les figures 2A et 28 des dessins illustrent que l'orientation ou l'inclinaison d'une buse 80 par rapport à une ligne 82 perpendiculaire à la tangente au profil du trépan (suivi par la configuration 84 du fond du puits de forage 86) au niveau du point du heurt du jet de fluide contre la formation peuvent servir à diriger positivement l'écoulement du fluide sur la face du trépan, vers l'extérieur de la buse en direction du front de taille, en variant le pourcentage de l'écoulement d'un jet donné, se déplaçant radialement vers l'extérieur vers le front de taille du trépan et'radialement vers l'intérieur en direction de l'axe longitudinal.
La figure 2A montre qu'une inclinaison"positive" du jet 88 d'une buse 80 radialement à l'intérieur d'une ligne 82 entraîne un écoulement vers l'extérieur supérieur à l'écoulement vers l'intérieur ; dans ce cas, une inclinaison positive de 110 entraîne par exemple un écoulement vers l'extérieur d'environ 60% et un écoulement vers l'intérieur d'environ 40%. La figure 2B montre par contre qu'une inclinaison"négative" du jet 88 d'une buse 80, radialement à l'extérieur d'une ligne 82, entraîne un écoulement vers l'intérieur supérieur à l'écoulement vers l'extérieur, ceci étant peu approprié ; dans ce cas, une inclinaison négative de 22 entraîne par exemple un écoulement vers l'extérieur d'environ 25% et un écoulement vers l'intérieur d'environ 75%.
En assurant une inclinaison positive du jet de fluide émergeant de chaque buse, la grande majorité du
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volume de l'écoulement de fluide et de l'énergie de chaque buse sera dirigée vers l'extérieur en direction du front de taille, améliorant la répartition du fluide de forage et réduisant au minimum un écoulement transversal entre les parcours de fluide sur la face du trépan, en vue d'une utilisation très efficace de l'énergie du fluide pour refroidir les dispositifs de coupe et dégager les déblais de la formation du trépan.
De même, et en référence spécifique aux figures 4,4A, 4B et 5,5A et 58 des dessins, on comprendra que des trépans comportant moins de buses que de lames peuvent malgré tout répartir l'écoulement de fluide entre les lames primaires et secondaires adjacentes ou communicantes (ou même des lames tertiaires, comme représenté dans la figure 5), par un agencement des buses en combinaison avec une orientation appropriée.
Comme indiqué ci- dessus, "l'inclinaison" de la buse constitue certes une considération de la conception dans le contexte de la distribution de l'écoulement du fluide vers l'intérieur ou vers l'extérieur, mais l'orientation de la buse, abstraction faite de l'inclinaison, en direction ou à l'écart de l'entrée ou de l'extrémité interne d'un parcours de fluide particulier peut servir aussi à répartir l'écoulement entre différents parcours de fluide.
Les figures 4,4A et 4B des dessins illustrent un trépan de forage à six lames 210, englobant un corps de trépan 212 comportant une face 214 s'étendant radialement vers l'extérieur de l'axe longitudinal 216. Le trépan 210 englobe trois lames primaires courbées espacées sur la circonférence 218,220 et 222, et trois lames secondaires courbées intercalées 224,226 et 228. Les fentes à rebuts primaires 230,232 et 234 sont respectivement associées aux lames primaires 218,220 et 222 et les fentes à rebuts secondaires dz 238 et 240 sont respectivement associées aux lames secondaires 224,226 et 228. Chacune des lames supporte plusieurs dispositifs de coupe superabrasifs (PDC) 40 ou un groupe de ceux-ci, comportant des faces de coupe 42.
Contrairement au trépan 10, le trépan 210 supporte uniquement un nombre de buses correspondant à la moitié de celui des lames, les buses 242,244 et 246 étant situées chacune respectivement entre les parcours de fluide adjacents 248 et 250,252 et 254, et 256 et 258, de sorte que le fluide d'une seule buse peut alimenter deux parcours de fluide. Il peut aussi y avoir un certain écoulement transversal à travers la face du corps du trépan 214 entre d'autres parcours de fluides, celui-ci étant toutefois occasionnel, et réduit au minimum par l'utilisation d'une inclinaison positive des buses 242,244 et 246 et ne constituant qu'une partie réduite de l'ensemble du volume d'écoulement. Les
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flèches dans la figure 4 illustrent l'orientation radiale des jets de fluide émanant des buses 242,244 et 246.
Il faut noter que le heurt des jets de fluide respectifs des buses 242,244 et 246 sur les extrémités radialement internes des lames 224,226 et 228 peut aussi faire partie du mécanisme de répartition de l'écoulement, une telle technique pouvant toutefois éventuellement entraîner une érosion du matériau de la lame audelà d'un intervalle de forage étendu. Comme dans le cas du trépan 10, les surfaces de section transversale d'entrée des fentes à rebuts et les volumes d'écoulement de fluide associés à chacune des lames sont chacun proportionnels au volume de la roche de la formation découpé par le groupe de dispositifs de coupe de chaque lame.
Les volumes de roche devant être découpés ou produits par chaque lame primaire 218,220 et 222 sont en outre mutuellement équilibrés, les volumes de roche devant être découpés ou produits par chaque lame secondaire 222,224 et 226 étant pratiquement équilibrés mutuellement. Les figures 4A et 4B montrent les inclinaisons positives respectives des buses 242,244 et 246 en vue de mieux faire comprendre la manière d'application de cette technique, pour diriger l'écoulement du fluide de forage vers l'extérieur en direction du front de taille dans chaque parcours de fluide. Dans le trépan 210, toutes les tailles d'ouverture des buses sont égales.
Les figures 5,5A et 58 des dessins illustrent un trépan de forage à six lames 310, englobant un corps de trépan 312 comportant une face 314, s'étendant radialement vers l'extérieur de l'axe longitudinal 316. Le trépan 310 englobe deux lames primaires droites 318 et 320, espacées sur la circonférence, deux lames secondaires 322 et 324 et deux lames tertiaires 326 et 328. Les termes"primaire","secondaire"et"tertiaire" sont utilisés en ce qui concerne les volumes relatifs de roche découpés par les groupes de dispositifs de coupe des différentes lames. Les fentes à rebuts primaires 320 et 322 sont respectivement associées aux lames primaires 318 et 320, les fentes à rebuts secondaires 334 et 336 étant associées aux lames secondaires 322 et 324 et les fentes à rebuts tertiaires 338 et 340 étant associées aux lames tertiaires 326 et 328.
Chacune des lames supporte plusieurs dispositifs de coupe superabrasifs (PDC) ou un groupe de ceux-ci 40, comportant des faces de coupe 42. Le trépan 310 supporte quatre buses 342,344, 346 et 348. Les buses 342 et 344 amènent du fluide de forage aux parcours de fluide 350 et 352 associés aux lames primaires 318 et 320, les buses 346 et 348 assurant chacune l'écoulement vers un parcours de fluide secondaire et un parcours de fluide
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tertiaire, la buse 346 alimentant les parcours de fluide 354 et 356 et la buse 348 alimentant les parcours de fluide 358 et 360. Comme dans le cas du trépan 210, le fluide de forage provenant d'une seule buse peut de nouveau alimenter deux parcours de fluide.
Comme indiqué ci-dessus, il peut aussi y avoir un certain écoulement transversal à travers la face du corps du trépan 314 entre d'autres parcours de fluide, celui-ci étant toutefois occasionnel et réduit au minimum par les inclinaisons positives des écoulements des buses et ne constituant qu'une partie réduite de l'ensemble du volume de l'écoulement. Les flèches dans la figure 5 illustrent l'orientation radiale des jets de fluide émanant des buses 342 à 348. Comme dans le cas des trépans 10 et 210, les volumes d'écoulement de fluide associés à chacune des lames sont proportionnels au volume de roche de la formation découpé par le groupe de dispositifs de coupe de chaque lame.
Contrairement aux lames 10 et 210, les surfaces d'entrée des fentes à rebuts des fentes à rebuts primaires, secondaires et tertiaires ne sont toutefois pas proportionnées strictement selon l'invention. Les fentes à rebuts primaires 330 et 332 présentent une telle répartition. Les fentes à rebuts secondaires 334,336 et les fentes à rebuts tertiaires 338,340 ne sont pas dimensionnées individuellement en fonction des volumes de roche relatifs découpés par leurs lames associées, la surface d'entrée totale de chaque paire de fentes à rebuts secondaires et tertiaires adjacentes étant toutefois en général proportionnelle au volume de roche découpé par la paire de lames associées à ces fentes à rebuts.
Les volumes de roche devant être découpés ou produits par chaque lame ou un type ou une catégorie de lames, des lames primaires, secondaires ou tertiaires, sont en outre pratiquement équilibrés mutuellement. Les figures SA et 5B montrent les inclinaisons positives respectives des buses 342 à 348 en vue d'une meilleure compréhension de l'application de cette technique, pour diriger l'écoulement de fluide vers l'extérieur en direction du front de taille.
Dans la pratique de la répartition du volume d'écoulement de fluide selon la présente invention, on peut indiquer comme directive générale que les buses devraient être inclinées de sorte que l'écoulement émanant d'elles est dirigé vers l'extérieur en direction des fentes à rebuts. L'importance ou le degré de l'inclinaison peut être limité dans certains cas par la forme géométrique du trépan et la proximité d'autres buses, mais on a constaté en général qu'une inclinaison positive comprise entre environ 100 et environ 250 est normalement possible, et devrait être appliquée en vue de diriger une partie prédominante du fluide de forage vers
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l'extérieur.
On peut indiquer en outre, comme règle empirique, pour les trépans ayant un profil défini par une partie de cône centrale entaillée et un nez radialement à l'extérieur de celui-ci, qu'un écoulement de fluide positif (c. à. d. en direction du front de taille du trépan) peut être réalisé en agençant et en orientant une buse de sorte à entraîner le heurt d'un jet de fluide émanant de la buse sur la formation au niveau d'un emplacement radial non supérieur à celui défini par l'extension longitudinale avant la plus éloignée du nez.
La présente invention a certes été décrite en référence à certaines formes de réalisation illustrées, mais les hommes de métier comprendront qu'elle n'y est pas limitée. De nombreuses additions, suppressions et modifications des formes de réalisation illustrées ainsi que des combinaisons des caractéristiques de différentes formes de réalisation peuvent être effectuées sans se départir de l'objectif de l'invention exposé dans les revendications. Une ou plusieurs caractéristiques selon la présente invention peuvent en outre être appliquées dans un trépan donné pour atteindre des avantages perceptibles, toutes ces caractéristiques ne pouvant toutefois pas être appliquées.