BE1013217A6 - Outil de forage et methode pour la conception d'un tel outil. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un outil de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable, par l'agencement de la géométrie de l'outil et par le rapport de forces générées suite à l'agencement d'éléments de coupe diamantés, comprenant au moins un élément de coupe diamanté autre qu'un élément du type "PDC" notamment de type "TSP" ou de type diamanté "impreg". L'invention concerne également une méthode pour la conception de tels outils de forage.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    Outil de forage et méthode pour la d'un tel   outil. 



  La présente invention a pour objet la réalisation   dl   outils de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable. 



  De tels outils sont connus en soi et sont notamment décrits dans les brevets américains 4, 804, 051 et 5,456, 141 au nom de Hwa-Shan Ho. Ces publications montrent qu'un comportement azimutal de l'outil peut être modifié en changeant la géométrie de l'outil ainsi que le rapport des forces générées par des éléments diamantés "PDC" (polycrystalline diamond compact). 



  La présente invention procure des nouvelles voies pour la réalisation de tels outils, en agissant sur des paramètres autres que les éléments PDC. 



  L'invention ne tient pas compte de la géométrie de l'outil, ni des forces respectives générées par les PDC, mais porte sur un rapport d'efficacité de coupe entre différentes structures diamantées : un outil de géométrie quelconque peut être soit neutre soit orienté azimutalement à gauche par rapport à la force latérale agissant sur l'outil, soit à droite en augmentant ou en diminuant l'efficacité de coupe d'une portion de l'outil. 



  L'outil de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable, selon l'invetion, se caractérise plus particulièrement par le fait qu'il comprend au moins un élément de coupe diamenté autre qu'un élément du type "PDC". 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



  Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'outil comprend au moins un élément de coupe diamanté sélectionné parmi les éléments de   type "TSP"   (éléments diamantés thermostables dits éléments"diamant thermostable") et les éléments   diamantés"impreg"   (éléments de"diamants imprégnés"). 



  Ces types d'éléments diamantés sont bien connus dans le métier et amplement décrits dans lalitérature y relative. 



  Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, le cône intérieur de l'outil et le cône extérieur de l'outil sont de structure et/ou d'efficacité de coupe différente. 



  Dans un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, le cône intérieur de l'outil, le nez de l'outil et le cône extérieure de l'outil ont une structure différente. 



  Selon encore une autre particularité de l'invention, les combinaisons respectives de structures du cône extérieur, du nez et du cône intérieur de l'outil sont de préférence choisies parmi les combinaison suivantes :
PDC/PDC/impreg   PDC/impreg/impreg   impreg/PDC/PDC   impreg/impreg/PDC  
PDC/PDC/TSP
PDC/TSP/TSP
PDC/TSP/impreg 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 impreg/TSP/PDC
TSP/TSP/PDC
TSP/impreg/PDC Pour la réalisation de l'invention, il peut également s'avérer utile :

   de combiner des éléments diamantés d'au moins deux structures différentes dans la structure de coupe du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil, et/ou d'alterner des éléments diamantés de structures différentes et/ou des éléments diamantés de tailles et/ou des géométries différentes et/ou des éléments non diamantés sur la face du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil. 



  On peut concevoir, par exemple, un outil dont le cône extérieur est composé en totalité ou partiellement de blocs diamantés impregnés et le cône intérieur de diamant du type PDC, sachant que par définition : un outil a un cône extérieur, un nez et un cône intérieur. 



  Il est également possible de mélanger dans une même zone des structures de coupes différentes, par exemple, dans le cas 1 on pourrait inclure des segments imprégnés dans la zone du cône extérieur qui est normalement sertie uniquement avec des éléments de coupe PDC. On aurait donc pour le cône extérieur une structure PDC plus impreg, PDC dans le nez et impreg dans le cône central. 



  Il est également possible d'alterner sur la face de l'outil une structure de coupe avec des éléments PDC et des segments imprégnés, ou des éléments PDC et   TSP,   

 <Desc/Clms Page number 4> 

 sachant, par exemple, que dans le cône intérieur la structure de coupe imprégnée va limiter l'efficacité de la structure de coupe PDC dans certaines formations géologiques. 



  La structure de coupe imprégnée peut également être mise à l'arrière de la structure de coupe PDC et à un niveau de hauteur par rapport à structure de coupe PDC de manière à limiter ou modifier la structure de coupe PDC, sachant que la structure de coupe imprégnée peut être mise en place avec de faibles concentrations en diamant ou même sans diamant ou même avec certains types de diamants pouvant former un palier de friction, de manière à diminuer l'efficacité de la structure de coupe PDC ou TSP. 



  La structure de coupe du PDC peut également être modifiée par sa taille et sa géométrie (PDC en coin, concave, convexe, PDC avec dépouille, etc...) ou en plaçant des blocs de carbure sans couche diamantée. 



  Le comportement directionnel de l'outil peut également être influencé en modifiant la structure de coupe dans la garde de l'outil et, bien entendu, en modifiant la longueur de la garde de l'outil. 



  Nous avons, en effet, pu démontrer sur chantier que l'influence de la garde de l'outil sur le comportement azimutal est loin d'être négligeable. 



  En vue d'une meilleure flexibilité et précision d'ajustement du comportement directionnel, les outils selon l'invention sont préférentiellement fabriqués avec des gardes courtes ou sans garde, et à structure 
 EMI4.1 
 homogène, c'est-à-dire soit à structure imprégnée soit à structure TSP soit à structure PDC (contrairement aux 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 gardes conventionnelles qui ont une structure neutralisante). 



  Ainsi, selon cette caractéristique complémentaire de l'invention, la longueur de la garde de l'outil peut plus particulièrement être comprise entre 0 et 50 mm, de préférence entre 0 et 30 mm. 



  L'avantage d'une structure de coupe modifiée comme proposé selon la présente invention consiste dans le fait que le comportement directionnel peut être influencé en modifiant les paramètres appliqués à l'outil, par exemple le poids, le rpm, et en fonction de l'angle des bent sub. 



  Une partie de l'outil peut être modifiée pour que les paramètres appliqués permettent de réduire au maximum les corrections de trajectoires. 



  L'invention n'est pas limitée à une taille ou une géométrie déterminée de l'outil. 



  L'efficacité de coupe des segments imprégnés peut, en outre, être modifiée par la taille et la concentration des grains de diamant, ainsi que par la composition du liant du segment imprégné. 



  De même pour les éléments diamantés du type   TSP,   la taille, l'exposition, la géométrie et la concentration peuvent modifier de manière non négligeable l'efficacité de coupe. 



  Pour les éléments PDC, la taille, la forme l'exposition, la quantité de couteaux par unité de surface, le chanfreinage du taillant, la qualité de la table diamantée peuvent également modifier l'efficacité de coupe dans le comportement directionnel. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 De nombreuses applications, modifications et adaptations de l'invention apparaitront clairement à l'homme de métier, à la lecture du présent texte. 



  L'invention, telle que décrite ci-dessus et telle que définie dans les revendications qui suivent, n'est donc en rien limitée aux détails spécifiques mentionnés dans le texte descriptif.

Claims (1)

1. REVENDICTIONS 1. Outil de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable, par l'agencement de la géométrie de l'outil et par le rapport de forces générées suite à l'agencement d'éléments de coupe diamantés, caractérisé en ce que l'outil comprend au moins un élément de coupe diamanté autre qu'un élément du type "PDC".

   2. Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil comprend au moins un élément de coupe diamanté sélectionné parmi les éléments de type"TSF"et les éléments diamantés"impreg".

   3. Outil selon l'une ou l'autre des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que le cône intérieur de l'outil et le cône extérieur de l'outil sont de structure et/ou d'efficacité de coupe différente.

   4. Outil selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cône intérieur de l'outil, le nez de l'outil et le cône extérieure de l'outil ont une structure différente.

   5. Outil selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que les combinaisons respectives de structures du cône extérieur, du nez et du cône intérieur de l'outil sont choisies parmi les combinaison suivantes : <Desc/Clms Page number 8> PDC/PDC/impreg PDC/impreg/impreg impreg/PDC/PDC impreg/impreg/PDC PDC/PDC/TSP PDC/TSP/TSP PDC/TSP/impreg impreg/TSP/PDC TSP/TSP/PDC TSP/impreg/PDC 6. Outil selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments diamantés d'au moins deux structures différentes sont combinés dans la structure de coupe du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil.

   7. Outil selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments diamantés de structures differentes et/ou des éléments diamantés de tailles et/ou géométries différentes et/ou des éléments non diamantés sont alternés sur la face du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil.

   8. Outil selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de la garde de l'outil est comprise entre 0 et 50 mm, de préférence entre 0 et 30 mm. <Desc/Clms Page number 9>

   9. Méthode pour la conception d'outils de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable, par l'agencement de la géométrie de l'outil et par le rapport de forces générées suite à l'agencement d'éléments de coupe diamantés, caractérisée par la mise en oeuvre d'éléments de coupe diamantés autres que les élément du type "PDC".

   10. Méthode selon la revendication 9, caractérisée par la mise en oeuvre d'éléments de coupe diamantés sélectionnés parmi les éléments de type"TSF"et les éléments diamantés"impreg". ll. Méthode selon l'une ou l'autre des revendication 9 et 10, caractérisée par la mise en oeuvre de structures et/ou d'efficacités de coupe différentes pour le cône intérieur de l'outil et pour le cône extérieur de l'outil.

   12. Méthode selon l'une ou l'autre des revendications 9- il, caractérisée par la mise en oeuvre de structures differentes pour le cône intérieur de l'outil, le nez de l'outil et le cône extérieure de l'outil.

   13. Méthode selon l'une ou l'autre des revendications 9- 12, caractérisée par des combinaisons respectives de structures du cône extérieur, du nez et du cône intérieur de l'outil choisies parmi les combinaisons suivantes : PDC/PDC/impreg PDC/impreg/impreg <Desc/Clms Page number 10> impreg/PDC/PDC impreg/impreg/PDC PDC/PDC/TSP PDC/TSP/TSP PDC/TSP/impreg impreg/TSP/PDC TSP/TSP/PDC TSP/impreg/PDC 14. Méthode selon l'une ou l'autre des revendications 9- 13, caractérisée par la mise en oeuvre, de manière combinée, d'éléments diamantés d'au moins deux structures différentes, dans la structure de coupe du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil.

   15. Méthode selon l'une ou l'autre des revendications 9- 14, caractérisée par la mise en oeuvre alternée d'éléments diamantés de structures différentes et/ou des éléments diamantés de tailles et/ou géométries différentes et/ou des éléments non diamantés, sur la face du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil.

   16. Méthode selon l'une ou l'autre des revendications 9- 15, caractérisée par la mise en oeuvre d'une longueur de la garde de l'outil comprise entre 0 et 50 mm, de préférence entre 0 et 30 mm.