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"Structure à utiliser pour forer une formation souterraine"
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte dans l'ensemble à des trépans tournants pour forer des formations souterraines et plus particulièrement à des éléments coupants, ou couteaux, très abrasifs appropriés pour une utilisation sur des trépans de ce genre, en particulier de la variété dénommée trépan "raclant" ou à couteau fixe.
Arrière-plan technologique
Des trépans raclants ou à couteaux fixes ont été utilisés dans du forage souterrain depuis plusieurs décades et des différentes dimensions, formes et combinaisons de diamants naturels et synthétiques ont été utilisées sur des couronnes de trépans raclants en tant qu'éléments coupants. Des couteaux en comprimé de diamant polycristallin (PDC = Polycrystalline Diamond Compact), comprenant une table de diamant formée, sous des conditions de températures extrêmement élevées et de pressions extrêmement élevées, sur un substrat, typiquement sur du carbure de tungstène cémenté (WC = Tungsten Carbide), ont été introduits il y approximativement vingt-cinq ans.
Des couteaux en PDC, avec leurs tables de diamant qui procurent une face de coupe relativement grande en deux dimensions (usuellement de forme circulaire, semi-circulaire ou en pierre tombale, bien que d'autres configurations soient connues), ont donné à des concepteurs de trépans raclants une ample variété de potentielles répartitions et orientations de couteaux, de configurations de couronne, de positionnements d'ajutages et d'autres variantes de conception non possibles précédemment avec les plus petits diamants naturels et diamants synthétiques polyédriques, non renforcés, utilisés précédemment dans des trépans raclants.
Avec différentes conceptions de trépans, les couteaux en PDC ont atteints des avances marquantes en efficacité de forage et en taux de pénétration (ROP = Rate of Pénétration) lorsqu'utilisés dans des formations de dureté tendre à moyenne, et les dimensions de faces de coupe plus grandes et l'extension ou "exposition" plus grande concomitante au-dessus de la couronne de trépan ont donné l'opportunité de caractéristiques hydrauliques de trépan fortement améliorées pour la lubrification et le refroidissement des couteaux et pour l'évacuation de débris de formation.
Les mêmes type et ampleur d'avances dans une conception de trépans raclants en termes de robustesse et de longévité de couteaux, en particulier pour forer de la roche de
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résistance de compression moyenne à élevée, n'ont malheureusement pas été réalisés jusqu'à un degré souhaité.
Des couteaux en PDC supportés par substrat, suivant l'état de la technique, ont montrés une sensibilité importante à un écaillage et à une fracture de la couche ou table de diamant en PDC lorsqu'ils sont soumis à l'environnement rude de fond de trou concomitant à du forage de formations rocheuses à résistance de compression modérée à élevée, de l'ordre de neuf à douze kpsi et supérieure, illimitée.
Une entrée en prise entre des formations de ce genre et des couteaux en PDC a lieu sous une haute charge sur trépan (WOB = Weight On Bit) nécessaire pour forer des formations de ce genre et sous de fortes charges d'impacts en provenance d'oscillations de couple. Ces conditions sont aggravées par la mise en charge et hors de charge élevée périodique des éléments coupants lorsque le trépan heurte contre la surface impitoyable de la formation en raison des flexion, rebondissement, et oscillation de trains de tige de forage, d'un tournoiement et vacillement de trépan et d'une WOB variable. Ainsi, de la roche à résistance de compression élevée ou des formations plus tendres contenant des filets de résistance à la compression différente, supérieure, peuvent produire des dégâts considérables, sinon à une défaillance catastrophique, aux tables de diamant en PDC.
De plus, des trépans sont soumis à de rudes charges de vibrations et chocs induites par un mouvement, pendant du forage, entre de la roche de différentes résistances à la compression, par exemple lorsque le trépan rencontre brutalement une couche modérément dure après avoir foré à travers une roche tendre.
Un dommage grave à même un couteau unique sur une couronne de trépan chargée de couteaux en PDC peut réduire de manière drastique l'efficacité du trépan. S'il y a plus qu'un couteau à l'emplacement radial d'un couteau défectueux, une défaillance de l'un peut rapidement amener les autres à être surchargés et à faire défaut dans un effet de "domino". Comme un dommage même relativement mineur peut rapidement accélérer la dégradation des couteaux en PDC, plusieurs opérateurs de forage manquent de confiance dans des trépans raclants à couteaux en PDC pour des formations dures et chargées de filets.
Il a été reconnu dans le métier que le bord effilé, typiquement à 90 , d'un élément coupant en PDC usuel non usé est particulièrement sensible à un endommagement pendant son entrée en prise initiale avec une formation dure, en particulier si l'entrée en prise comprend même un impact relativement mineur. Il a été également reconnu que faire un biseau préalable ou un chanfrein préalable du bord
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coupant de la table de diamant en PDC procure un certain degré de protection à l'encontre d'un endommagement du couteau pendant une mise en prise initiale avec la formation, les couteaux en PDC étant moins sensibles, de manière démontrable, à un endommagement après qu'un plat d'usure a commencé à se former sur les table de diamant et substrat.
Les documents US-RE-32 036, US-A-4 109 737, US-A-4 987 800 et US- A-5 016 718 décrivent et représentent des éléments coupants en PDC biseautés ou chanfreinés ainsi que des modifications en variante, comme des bords arrondis (à rayon) et des bords perforés qui se brisent en une configuration en genre de chanfrein.
Le US-A-5 437 343,cédé à la cessionnaire de la présente invention et incorporé ici par cette référence, décrit et représente une configuration de bord de table diamantée en PDC à chanfreins multiples qui, sous certaines conditions, montre même une résistance supérieure à un endommagement de couteau provoqué par impact. Le US- A-5 706 906 cédé à la cessionnaire de la présente invention et incorporé ici par cette référence décrit et représente des couteaux en PDC qui utilisent une table de diamant relativement épaisse et un chanfrein très grand, ou ce que l'on appelle une "surface à inclinaison", à la périphérie de la table de diamant.
Cependant, même avec des modifications de configurations de bords d'éléments coupants en PDC utilisées dans le métier, un endommagement d'un couteau reste un fait beaucoup trop fréquent lors d'un forage de formations de résistances de compression modérées à élevées et de formations chargées de filets.
Une autre approche pour augmenter la robustesse de couteaux en PDC a consisté en l'utilisation de frontières ou "interfaces" configurées de manière différente, entre la table de diamant et le substrat de support. Certaines de ces configurations d'interface sont destinées à augmenter la liaison entre la table de diamant et le substrat alors que d'autres sont destinées à modifier les types, concentrations et emplacements de tensions (de compression, de traction) qui se trouvent dans les tables de diamant et les substrats comme résultat de ce que le couteau est formé dans un processus à très haute pression et très haute température.
Des tensions résiduelles de ce genre, comme elles sont connues dans le métier, sont enclines à s'accroître parce que la table de diamant a typiquement un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du substrat auquel elle est jointe. De plus, la table de diamant et le substrat ont typiquement des valeurs différentes de module de compressibilité, en amenant par cela à la vraisemblance qu'une tension résiduelle soit présente dans le couteau. Comme un couteau nouvellement façonné se refroidit
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depuis la température élevée nécessaire pour façonner le couteau, les tensions résiduelles dans le couteau tendent à être particulièrement concentrées à l'endroit et près de l'interface où la table de diamant ou très abrasive est disposée sur le substrat de support.
Ainsi, en fonction de la construction du couteau, la direction et l'ampleur de tensions résiduelles de ce genre peuvent, et souvent le font, amener la table de diamant ou couche très abrasive à prématurément se casser, subir un délaminage, et/ou s'écailler par comparaison à des couteaux dans lesquels des tensions résiduelles sont fortuitement d'ampleur inférieure ou dans lesquels les tensions résiduelles arrivent par chance à être favorablement orientées.
Plusieurs tentatives ont été réalisées pour procurer des couteaux en PDC qui soient résistants à une défaillance prématurée. L'utilisation d'une couche de transition d'interface, avec des propriétés de matière intermédiaires à celles du diamant et du substrat est connue dans le métier. Le façonnage de couteaux avec des rainures ou évidements non continus dans le substrat, remplies de diamant, est également mis en pratique comme le sont des façonnages de couteaux comportant des rainures circulaires concentriques ou une rainure en spirale.
La littérature des brevets révèle une variété de conceptions de couteaux dans lesquelles l'interface diamant/substrat est à trois dimensions, c'est-à-dire que la couche de diamant et/ou le substrat comportent des parties qui font saillie dans l'autre élément pour "s'y ancrer". La forme de ces saillies peut être plane ou arquée ou une combinaison de cela.
Le US-A-5 351 772 de Smith montre différentes configurations de façonnages d'interface orientées de manière radiale, sur la surface du substrat, les façonnages faisant saillie dans la surface diamantée.
Comme montré dans le US-A-5 486 137 de Flood & al., la surface diamantée d'interface présente une configuration d'éléments radiaux non connectés qui font saillie dans le substrat, l'épaisseur de la couche diamantée décroissant vers l'axe central du couteau.
Le US-A-5 590 728 de Matthias & al., décrit une variété de configurations d'interface dans lesquelles une pluralité de nervures droites et arquées non connectées ou de petites zones circulaires caractérisent l'interface diamant/substrat.
Le US-A-5 605 199 de Newton enseigne, à l'endroit de l'interface, l'utilisation de crêtes qui sont parallèles ou radiales, avec un cercle agrandi de matière diamantée à l'endroit de la périphérie de l'interface.
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Dans le US-A-5 709 279 de Dennis, l'interface diamant/substrat est montrée être une surface sinusoïdale répétitive autour de l'axe central du couteau.
Le US-A-5 871 060 de Jensen & al., cédé à la cessionnaire de la présente invention, montre des interfaces de couteaux qui ont différentes saillies ovales ou rondes. La surface d'interface est indiquée comme étant régulière ou irrégulière et peut comprendre des rainures de surface façonnées pendant ou après un frittage. Un substrat de couteau est représenté comme ayant une surface d'interface arrondie avec une combinaison de rainures radiales et circulaires concentriques formées dans la surface d'interface du substrat.
D'autres configurations d'interfaces encore sont dictées par d'autres objectifs, comme pour des topographies particulières souhaitées de faces de coupe.
Des configurations d'interface supplémentaires sont utilisées dans ce que l'on appelle "des éléments insérés" de couteau utilisés sur les cônes tournants de trépans de roche.
D'autres exemples d'une variété de configurations d'interfaces peuvent être trouvés, à titre d'exemple seulement, dans les brevets US-A-4 109 737, US-A-4 858 707, US-A-5 351 772, US-A-5 460 233, US-A-5 484 330, US-A-5 486 137, US-A-5 494 477, US-A-5 499 688, US-A-5 544 713, US-A-5 605 199, US-A-5 657 449, US-A-5 706 906 et US-A-5 711702.
Bien que des faces de coupe ont été conçues avec des particularités pour accommoder et diriger des forces imposées à des couteaux en PDC, voir par exemple le brevet US-A-5 706 906 cité en référence ci-dessus, des couteaux en PDC de l'état antérieur de la technique ont, à ce jour, failli à accommoder de manière adéquate des forces de ce genre à l'endroit de l'interface entre table diamantée et substrat, en donnant lieu à une sensibilité à s'écailler et se casser dans cette zone.
Bien que l'ampleur et la direction de forces de ce genre pourraient sembler, en première impression, pouvoir être prédites et aisément accommodées sur base d'une inclinaison postérieure de couteau et d'une WOB, ceci n'est pas le cas en raison des variables rencontrées pendant une opération de forage et précédemment indiquées ici.
En conséquence, il serait souhaitable de fournir un couteau de PDC qui a une interface table/substrat à même de recevoir les amples oscillations, tant en ampleur qu'en direction, de forces rencontrées par des couteaux en PDC pendant de vraies opérations de forage, en particulier en forant des formations de roche à résistance de compression moyenne à élevée ou contenant des filets de roche de ce genre, tout en fournissant au même moment une connexion mécanique supérieure fiable entre le
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diamant et le substrat et un volume de diamant suffisant au travers de la face de coupe pour augmenter la durée de service du couteau, en permettant un forage plus efficace et à coûts réduits de trous de sonde dans des formations souterraines.
Enoncé de l'invention
La présente invention vise les besoins exposés ci-dessus et comprend des couteaux en PDC qui ont une épaisseur de table optimisée et une interface accrue entre table diamantée et substrat, aussi bien que des trépans ainsi équipés.
Les couteaux de la présente invention, bien qu'ayant montré une utilité dans le contexte de couteaux en PDC, renferme tout couteau utilisant de la matière très abrasive d'autres types, comme de la matière de PDC thermiquement stable et des comprimés de nitrure de bore cubique. Les couteaux de l'invention peuvent être dits comprendre, dans des termes larges, des couteaux comportant une table très abrasive façonnée sur et montée sur un substrat portant. A nouveau, bien qu'un substrat de WC cémenté puisse être usuellement utilisé, des substrats qui utilisent d'autres matières en plus de, ou au lieu de, WC peuvent être utilisés dans l'invention.
Des couteaux mettant en oeuvre la présente invention comprennent une table très abrasive, formée d'un volume de matière très abrasive et présentant une face de coupe circulaire à deux dimensions, montée sur ou jointe à une face d'extrémité d'un substrat façonné en cylindre dans l'ensemble. Une interface entre la face d'extrémité du substrat et le volume de matière très abrasive comprend au moins une surface arquée annulaire, dans l'ensemble, de matière de substrat qui est définie, dans une coupe transversale prise à travers et parallèlement à l'axe longitudinal du couteau, par un arc et comprend en outre au moins une partie radialement évidée, s'étendant radialement à travers l'interface entre le substrat et le volume très abrasif.
La surface annulaire, dans l'ensemble, du substrat comprend de préférence une première surface de révolution sphérique ou sphéroïdale qui a un premier rayon de courbure et est centrée dans l'ensemble autour de, ou coïncide avec, l'axe longitudinal ou ligne centrale du couteau pour former une surface convexe dans l'ensemble dans la partie centrale de la face d'extrémité. La première surface de révolution sphérique ou convexe est préférablement radialement adjacente et délimitée à sa périphérie par une autre seconde surface de révolution qui a un second rayon de courbure. La seconde surface de révolution est de préférence une partie d'un tore qui procure une surface concave coïncidant dans l'ensemble à l'axe longitudinal du couteau et qui entoure dans l'ensemble la périphérie de la première surface de révolution sphérique.
De préférence la surface concave est contiguë à la première surface de révolution sphérique. Le tore,
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dans lequel une partie de celui-ci détermine la surface concave, est déterminé par un second rayon qui s'étend, à partir d'un point central, de manière radialement décalée par rapport à la ligne centrale longitudinale. Radialement adjacente et entourant la pénphérie de la seconde surface de révolution, il y a une troisième surface de révolution qui a un troisième rayon de courbure. La troisième surface de révolution est de préférence une partie d'un second tore qui procure une surface convexe radialement la plus externe et la plus haute par rapport à la ligne centrale longitudinale.
La troisième surface de révolution est radialement délimitée par, et de préférence contiguë à, une paroi latérale annulaire s'étendant vers le bas dans l'ensemble et radialement insérée. La paroi latérale peut être plane dans l'ensemble et perpendiculaire dans l'ensemble à la ligne centrale longitudinale ou elle peut contenir au moins une partie annulaire chanfreinée située de préférence de manière longitudinalement adjacente à la troisième surface de révolution. La paroi latérale radialement insérée coupe, et est de préférence contiguë à, une bordure périphérique, un épaulement ou un rebord annulaire et est munie de préférence d'une courbure à rayon cette intersection pour minimiser la possibilité de concentrations de tensions localisées qui surviennent à ce sujet.
Le rebord annulaire, épaulement ou bordure périphérique est de préférence perpendiculaire dans l'ensemble à la ligne centrale longitudinale et s'étend radialement vers l'extérieur pour couper une paroi latérale de forme circulaire dans l'ensemble et radialement la plus externe, lorsque vue à partir du dessus, en déterminant l'étendue radialement la plus externe du substrat.
Dans une forme de réalisation, la partie évidée qui s'étend radialement bissecte diamétralement dans l'ensemble une partie importante de la surface d'interface en s'étendant depuis une position de la surface courbée radialement la plus externe jusqu'à une autre position, diamétralement opposée, de la surface courbée radialement la plus externe et se termine de préférence à la bordure périphérique.
Dans une autre forme de réalisation du couteau de l'invention, la face d'extrémité du substrat comprend une seconde zone évidée ou rainure qui bissecte de préférence la première zone évidée ou rainure à l'endroit de la ligne centrale longitudinale. La seconde rainure est orientée de préférence de manière à être perpendiculaire dans l'ensemble à la première rainure et est de mêmes configuration et dimensions dans l'ensemble.
Dans une autre forme de réalisation encore du couteau de l'invention, une face d'extrémité qui a au moins une partie évidée plus grande est équipée d'une pluralité de secondes parties évidées espacées sur la circonférence, plus petites,
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s'étendant radialement. La pluralité de secondes parties évidées plus petites prennent naissance de préférence radialement au-delà de la première surface de révolution et se terminent au seuil de la bordure périphérique ou surface de rebord annulaire. De préférence, la pluralité de secondes parties évidées plus petites sont de moindres largeur et longueur que la première zone évidée plus grande.
Un volume de matière très abrasive est façonné sur la face d'extrémité de substrat en utilisant des processus à haute température et haute pression, connus dans le métier, et a de préférence une épaisseur maximale approchant ou dépassant 4,06 mm (0,160 pouce) avec une épaisseur minimale de départ d'au moins approximativement 2,29 mm (0,090 pouce). Cependant, d'autres épaisseurs minimales et maximales de table peuvent être utilisées suivant la présente invention. Le volume de matière très abrasive s'y adapte le long de l'interface, y compris en y remplissant toutes zones évidées, et forme par cela une table très abrasive. La surface extérieure de la table peut être pourvue de particularités telles que des chanfreins annulaires comme cela est usuel et connu dans le métier.
La surface de la face d'extrémité de substrat, en raison de sa configuration de coupe transversale arquée dans l'ensemble, en combinaison avec au moins une partie évidée qui s'étend transversalement ou, en variante, au moins une partie élevée s'étendant transversalement, procure une interface conçue pour diriger une charge résultante de multiples directions du bord de coupe, à la périphérie de la face de coupe de la table très abrasive. En général, des charges résultantes à l'endroit du bord de coupe sont dirigées selon un angle, par rapport à l'axe longitudinal ou ligne centrale du couteau, qui varie entre approximativement 20 et approximativement 70 .
La surface arquée est conçue de façon à ce qu'un vecteur perpendiculaire à la matière de substrat soit disposé parallèlement au, et à l'opposé du, vecteur de force qui sollicite le bord de coupe du couteau. Exprimé d'une autre manière, puisque l'angle de la sollicitation du bord de coupe varie amplement, la surface arquée présente une gamme de vecteurs perpendiculaires au vecteur de force résultante qui sollicite le bord de coupe, de sorte qu'au moins un des vecteurs perpendiculaires soit parallèle et en opposition à la sollicitation, à n'importe quelle moment donné et sous n'importe quel angle de sollicitation résultante envisagé.
Ainsi, à l'endroit de la zone de la plus grande tension subie sur l'interface, la matière très abrasive et la matière de substrat adjacente seront en compression et la surface d'interface sera sensiblement transversale au vecteur de force, en dispersant avantageusement les tensions associées et en évitant toute tension de cisaillement.
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De plus, ladite au moins une zone évidée prévue dans la face d'extrémité du substrat, lors d'un remplissage avec une matière très abrasive, procure un mécanisme de transfert de chaleur accru dans lequel de la chaleur peut être plus efficacement conduite à l'écart du bord de coupe et du plat d'usure qui forme typiquement sur une partie de la paroi latérale radialement la plus externe et sur une partie circonférentielle de la face supérieure de la table très abrasive. Une configuration d'interface de ce genre, comprenant une zone évidée, ou rainure, remplie de matière très abrasive tend à empêcher la formation de fissures, induites thermiquement, dans la table très abrasive ainsi que dans le substrat portant.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui représentent, à titres d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation particulières de l'invention.
Brève description des dessins La figure 1 est une vue latérale en élévation d'une première forme de réalisation d'un couteau très abrasif suivant la présente invention.
La figure 2 est une vue latérale en élévation d'une seconde forme de réalisation d'un couteau très abrasif suivant la présente invention.
La figure 3A est une vue latérale en élévation, en demi-coupe, d'un substrat porteur ayant une utilité dans une troisième forme de réalisation d'un couteau très abrasif suivant la présente invention.
La figure 3B est une vue latérale en élévation du substrat de la figure 3A.
La figure 3C est une vue du dessus du substrat de la figure 3A.
La figure 3D est, en coupe transversale, un détail agrandi d'une zone D de la figure
3A.
Les figures 4 à 16 représentent, dans des vues en élévation avec coupe latérale, des formes de réalisation supplémentaires de substrats qui ont une utilité avec des couteaux très abrasifs suivant la présente invention.
La figure 17 est une vue latérale en perspective d'un trépan raclant tournant équipé de couteaux suivant la présente invention.
La figure 18 est une vue isométrique éclatée d'un autre couteau de trépan de l'invention.
La figure 19 est une vue en plan d'une zone d'interface sur un substrat d'un autre couteau de trépan de l'invention.
La figure 20 est une vue latérale en coupe transversale, prise le long de ligne 20-20
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de la figure 19, d'un substrat d'un autre couteau de trépan de l'invention.
La figure 21 est une vue latérale en coupe transversale, prise le long de ligne 21-21 de la figure 19, d'un substrat d'un autre couteau de trépan de l'invention.
La figure 22A est une vue frontale d'un autre couteau de trépan mettant en oeuvre la présente invention.
La figure 22B est une vue frontale d'encore un autre couteau de trépan mettant en oeuvre la présente invention.
La figure 23 est une vue isométrique éclatée d'encore un autre couteau de trépan mettant en oeuvre la présente invention.
La figure 24A est une vue en perspective d'un substrat de couteau, à titre d'exemple, comprenant une unique rainure dans la face d'extrémité de substrat.
La figure 24B est une vue latérale du substrat de couteau de la figure 24A.
La figure 24C est une vue latérale supplémentaire du substrat du couteau de la figure
24A.
La figure 24D est une vue du dessus de la face d'extrémité du substrat du couteau de la figure 24A.
La figure 24E est une vue en coupe transversale du substrat du couteau tel que montré à la figure 24D, comportant une table très abrasive qui y est disposée et qui comprend un plat d'usure.
La figure 24F est une vue schématique en coupe transversale du substrat de couteau de la figure 24A.
La figure 25A est une vue en perspective d'un substrat de couteau à titre d'exemple, comprenant dans la face d'extrémité de substrat deux rainures qui se coupent.
La figure 25B est une vue latérale du substrat de couteau de la figure 25A.
La figure 25C est une vue du dessus du substrat de couteau de la figure 25A.
La figure 25D est une vue en coupe transversale de substrat de couteau montré à la figure 25C, comportant une table très abrasive qui y est disposée et qui comprend un plat d'usure.
La figure 26A est une vue en perspective d'un substrat de couteau à titre d'exemple, comprenant une grande partie évidée ou rainure et une pluralité de plus petites parties évidées, ou rainures, orientées radialement, dans la face d'extrémité de substrat.
La figure 26B est une vue latérale du substrat de couteau de la figure 26A.
La figure 26C est une vue du dessus du substrat de couteau de la figure 26A.
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La figure 26D est une vue en coupe transversale du substrat de couteau montré à la figure 26C, comportant une table très abrasive qui y est disposée et qui comprend un plat d'usure.
La figure 27 est une vue en perspective d'un couteau comprenant le substrat de couteau de la figure 24A, représentant une conduction thermique améliorée à l'écart d'un plat d'usure, en particulier à travers la partie de la table très abrasive disposée dans la rainure située sur la face d'extrémité du substrat.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Meilleurs modes pour réaliser l'invention
En se reportant à la figure 1 des dessins, une première forme de réalisation 10 du couteau de l'invention sera décrite. Le couteau 10 comprend un substrat 12 qui a une face d'extrémité 14 sur laquelle est façonnée une table très abrasive, par exemple une table 16 en comprimé de diamant polycristallin (PDC). Le substrat 12 est montré dans une vue latérale en élévation, avec la table 16 sur lui montrée comme étant transparente (plutôt qu'en coupe transversale avec hachures) pour la clarté d'explication en détail de la structure et des avantages de l'invention, bien que ceux qui sont ordinairement expérimentés dans le métier apprécieront que la matière très abrasive, par exemple un PDC, est opaque.
Le substrat 12 est sensiblement cylindrique en forme, avec un rayon constant autour d'une ligne centrale ou axe longitudinal L. La face d'extrémité 14 du substrat 12 comprend une surface annulaire 20 comportant une surface de révolution sphérique d'un rayon Ri présentant une périphérie circulaire interne 22 et une périphérie circulaire externe 24, le point central de la sphère étant situé en 26, en coïncidence avec la ligne centrale ou axe longitudinal L. La périphérie interne 22 aboutit à une surface annulaire plate 28 qui s'étend transversalement à la ligne centrale ou axe longitudinal L alors que le centre concave 30 de la face d'extrémité de substrat 14 comprend une autre surface de révolution sphérique de rayon R2 autour d'un point central 32, coïncidant à nouveau avec la ligne centrale ou axe longitudinal L.
La table très abrasive 16 recouvre la face d'extrémité 14 et est contiguë à celle-ci, en s'étendant jusqu'à une paroi latérale 34 du substrat 12 et en déterminant avec celle-ci une frontière extérieure linéaire 36. Une paroi latérale cylindrique 38 de la table 16, du même rayon que le substrat 12, se trouve au-dessus de la frontière 36 et s'étend jusqu'à la paroi latérale 40 tronconique qui s'effile vers l'intérieur et qui se termine à un
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bord de coupe 42 à la périphérie de la face de coupe 44. Comme montré, le bord de coupe 42 est chanfreiné en 46 comme cela est connu dans le métier, bien que ceci ne soit pas une exigence de l'invention. Typiquement cependant, une épaisseur nominale de 0,25 mm (0,010 pouce), un chanfrein d'angle de 45 peuvent être utilisés.
Des chanfreins plus grands ou plus petits peuvent également avoir une utilité en fonction de la dureté relative de la formation ou des formations à forer et de la nécessité d'employer des surfaces de chanfrein d'un couteau ou de couteaux donnés pour augmenter une stabilité du trépan ainsi que pour couper la formation. A la figure 1, le couteau 10 est montré orienté par rapport à une formation 50, comme il serait orienté usuellement sur la face 52 d'un trépan 54 (tous deux étant montrés en lignes interrompues pour la clarté) pendant un forage, la face de coupe 44 étant orientée transversalement dans l'ensemble à la direction du déplacement du couteau lorsque le trépan tourne et que le couteau parcourt un chemin hélicoïdal peu profond à mesure que le trépan fore en avant dans la formation.
De même, comme cela est usuel, le couteau 10 est orienté de façon à ce que la face de coupe 44 présente une inclinaison vers l'arrière négative vers la formation 50 en s'inclinant vers l'arrière par rapport à la direction du parcours du couteau, à partir d'une ligne perpendiculaire au trajet P du parcours du couteau à travers la formation 50.
Lorsque le couteau 10 se déplace en avant et entre en prise avec la formation jusqu'à une profondeur de coupe (DOC = Depth of Cut) en fonction des caractéristiques de WOB et de formation, le couteau 10 est sollicité à l'endroit du bord de coupe 42 par une force résultante FR qui dépend de la WOB et du couple appliqués sur le trépan, ceci étant une fonction de la vitesse de rotation du trépan, de la DOC et de la dureté de la formation. Comme mentionné précédemment, la WOB instantanée, la vitesse de rotation et la DOC peuvent fluctuer amplement, en donnant lieu non seulement à des changements importants en ampleur de FR mais également dans l'angle a de celle-ci par rapport à l'axe longitudinal L du couteau.
Comme noté ci- dessus, sous la plupart des conditions de forage et même sous la variation la plus ample des paramètres de forage et des inclinaisons vers l'arrière du couteau, l'angle a varie dans une plage entre un a1 d'approximativement 20 et un a2 d'approximativement 70 . Comme cela peut être aisément vu à la figure 1, la surface annulaire 20 qui comprend la surface de révolution sphérique précitée se trouve dans une zone où des forces agissant sur le couteau 10 sont les plus grandes et elle présente une orientation de surface faisant face à FR de sorte que des vecteurs perpendiculaires à la surface 20 sont orientés suivant une gamme VN1 à VN2 ;
dans
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cette gamme il y a au moins un vecteur perpendiculaire VNP qui est parallèle à et coïncide avec, ou seulement est décalé de façon minime de, FR à n'importe quel instant de temps donné. Cette topographie, qui organise la sollicitation, de la surface 20 distribue ainsi FR dans une zone de la face d'extrémité de substrat 14 sensiblement perpendiculaire à FR. Il peut également être noté que la zone de la face d'extrémité 14 qui se trouve dans la surface annulaire 20 est configurée avec une surface annulaire 28 et un évidement concave 30 pour procurer une épaisseur importante de matière très abrasive pour la table 16 et également un blocage réciproque mécanique efficace le long de l'interface entre la table 16 et le substrat 12.
De plus, la présence de la surface annulaire 20, qui dicte une épaisseur accrue de matière très abrasive à mesure que la table 16 s'approche de sa périphérie, produit une concentration avantageuse (en provenance de la fabrication) de tension de compression résiduelle dans la zone de la périphérie de la table où une sollicitation du couteau est la plus grande, et procure un grand volume de matière très abrasive dans la zone de contact avec la formation pour minimiser une usure du couteau.
En se reportant à la figure 2, une autre forme de réalisation 110 du couteau de l'invention sera décrite. Des particularités du couteau 10 également incorporées dans le couteau 110 sont identifiées par mêmes numéros de référence, pour la clarté. Le couteau 110 comprend un substrat 112 qui a une face d'extrémité 114 sur laquelle est façonnée une table très abrasive, par exemple une table 116 en comprimé de diamant polycristallin (PDC). Le substrat 112 est montré en vue latérale en élévation avec la table 116 par dessus, montrée comme étant transparente (plutôt qu'en coupe transversale avec hachures) pour la clarté de l'explication en détail de la structure et des avantages de l'invention, bien que ceux qui sont ordinairement expérimentés dans le métier apprécieront que la matière très abrasive, par exemple du PDC, est opaque.
Le substrat 112 est sensiblement cylindrique en forme, d'un rayon constant autour de l'axe longitudinal ou ligne centrale L. La face d'extrémité 114 du substrat 112 comprend une surface annulaire 120 comportant une surface de révolution sphérique de rayon R3, présentant une périphérie circulaire interne 122 et une périphérie circulaire externe 124, le point central de la sphère étant situé en 126, coïncidant avec l'axe longitudinal ou ligne centrale L. La périphérie interne 122 aboutit à une autre surface annulaire 128 comportant une surface de révolution sphérique de rayon R4, le point central de la sphère étant situé en 130, coïncidant avec l'axe longitudinal L.
La périphérie interne 132 de la surface 128 aboutit encore à une autre
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surface de révolution sphérique arquée 134 de rayon R5 autour d'un point central 136 qui coïncide avec l'axe longitudinal ou ligne centrale L. Il devrait être noté que la partie la plus élevée de la surface 134 est au même niveau que la périphérie interne 122 de la surface 120, bien que ceci ne soit pas une exigence de l'invention.
La table très abrasive 116 recouvre la face d'extrémité 114 et est contiguë à celle-ci, en s'étendant jusqu'à la paroi latérale 34 du substrat 112 et en déterminant une frontière externe linéaire 36 avec celle-ci. La paroi latérale tronconique 40, s'effilant vers l'intérieur, de la table 116 commence à proximité de la frontière 36 et est du même rayon que le substrat 112, en s'étendant au-dessus de la frontière 36 jusqu'au bord de coupe 42 à la périphérie de la face de coupe 44. Comme montré, le bord de coupe 42 est chanfreiné en 46 comme cela est connu dans le métier, bien que cela ne soit pas une exigence de l'invention.
Comme avec le couteau 10, il sera aisément apprécié que la surface annulaire 120 de la face d'extrémité 114 du substrat 112 du couteau 110 procure une gamme de vecteurs perpendiculaires suffisante pour recevoir la gamme d'orientations de sollicitations de forces résultantes agissant sur le couteau 110 à proximité du bord de coupe 42 pendant une opération de forage, et pour les distribuer sur une zone de la face d'extrémité qui se trouve sensiblement transversalement aux sollicitations. A nouveau, comme avec le couteau 10, il sera apprécié qu'une épaisseur importante de matière très abrasive est gardée pour la table 116 et qu'un agencement de blocage réciproque symétrique mécaniquement efficace est fourni à l'endroit de l'interface entre la table 116 et le substrat 112.
La figure 3A montre en coupe transversale encore une autre configuration de face d'extrémité de substrat pour un couteau suivant la présente invention, tandis que la figure 3B montre un substrat 212 dans une vue latérale en élévation et que la figure 3C est une vue du dessus d'une face d'extrémité 214.
Comme avec les autres formes de réalisation, le substrat 212 est sensiblement cylindrique et comprend de nombreuses surfaces annulaires contiguës qui entourent une surface centrale circulaire sur la face d'extrémité 214. A partir du côté extérieur du substrat 212 et vers l'intérieur, une lèvre annulaire ou épaulement 240 s'étend vers l'intérieur à partir d'une paroi latérale 234, en rencontrant une surface annulaire 242 qui comprend une surface de révolution sphérique. Une surface arquée annulaire 244 se trouve à l'intérieur de la surface 242 dans laquelle se trouve une surface arquée 246 dans laquelle se trouve une surface de révolution centrale 248.
Les surfaces 242,244 et 246 coïncident sensiblement à leurs frontières réciproques tandis que la transition
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entre la lèvre 240 et la surface 242 comprend un rayon 240 petit mais mesurable (voir le détail agrandi de la figure 3D). De même, la transition entre la surface 246 et la surface centrale 248 comporte un rayon 252 petit mais mesurable.
Les figures 4 à 16 représentent de nombreuse autres configurations de faces d'extrémité de substrats suivant l'invention; il doit être compris que de tables très abrasives comme des tables en PDC, lorsqu'elles sont façonnées dessus, procurent des couteaux suivant l'invention.
La figure 4 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 312 qui a une face d'extrémité 314 comprenant une pluralité de surfaces de révolution sphériques 320,322, 324,326 et 328 réciproquement adjacentes, dont les points centraux coïncident tous avec la ligne centrale ou axe longitudinal L du substrat 312. Dans cette figure et les suivantes, des extensions des vraies surface de révolution sphériques de la face d'extrémité, dans le plan du papier, ont été montrées en lignes interrompues pour une meilleure appréciation de leur nature sphérique.
La figure 5 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 412 qui a une face d'extrémité 414 comprenant une unique surface de révolution 420 annulaire sphérique externe entourant une surface de révolution conique 422 faisant face vers le haut, les points centraux des deux surfaces de révolution étant sur la ligne centrale ou axe longitudinal L du substrat 412.
La figure 6 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 412a qui a une face d'extrémité 414a comprenant une unique surface de révolution annulaire sphérique 420 entourant une surface de révolution 424 tronconique faisant face vers le haut et qui de son côté entoure une surface de révolution convexe sphérique 426. Toutes les trois surfaces de révolution ont des points centraux qui coïncident avec la ligne centrale ou axe longitudinal L du substrat 412a.
La figure 7 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 412b qui a une face d'extrémité 414b comprenant une unique surface de révolution sphérique annulaire externe 420 entourant une surface de révolution tronconique 424 qui fait face vers le haut et qui entoure de son côté une surface circulaire centrale 428. Les deux surface de révolution ont des points centraux qui coïncident avec la ligne centrale ou axe longitudinal L du substrat 412b.
La figure 8 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 412c qui a une face d'extrémité 414c comprenant
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une unique surface de révolution annulaire sphérique externe 420 entourant une pluralité de rainures annulaires concentriques 430 qui ont entre elles des crêtes 432, les particularités de face d'extrémité étant centrées autour de la ligne centrale ou axe longitudinal L.
La figure 9 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 512 qui a une face d'extrémité 514 comprenant une surface semi-sphérique centrale 522 contiguë à et entourée par une surface annulaire concave 520 comprenant une partie d'un tore de section transversale circulaire centré autour de la ligne centrale ou axe longitudinal L du substrat 512.
La figure 10 représente une vue latérale en élévation et coupe d'un substrat sensiblement cylindrique 512a semblable au substrat 512, comportant une face d'extrémité 514a qui comprend une surface semi-sphérique centrale 522 contiguë à et entourée par une surface annulaire 520 comprenant une partie d'une tore de section transversale circulaire. La surface semi-sphérique 522 est cependant coupée par une plus petite surface de révolution sphérique 524 qui y détermine un évidement ou concavité central.
D'autres combinaisons de substrats présentant des faces d'extrémité comprenant différentes combinaisons de surfaces de révolution sphériques, toriques, et linéaires sont représentées aux figures 11 à 15. Comme avec les figures 4 à 10 précédentes, des surfaces de révolution sphériques et des tores dont des parties comprennent des surfaces de substrat ont été montrées en partie, dans la plupart des cas, en lignes interrompues pour, la clarté, comme l'ont été des points centraux de certaines particularités.
Des surfaces de révolution sphériques ont été désignées par un "S", des tores par un "T" et des surface de révolution linéaires par un "LS".
Il sera également compris que des surfaces de révolution sphériques peuvent être remplacées, comme noté ci-dessus, par des surfaces de révolution sphéroïdales telles que représentées à la figure 16 qui montre un substrat 612 qui a une surface de révolution ellipsoïdale E sur sa face d'extrémité 614. D'autres surfaces de révolution non linéaires ou arquées peuvent également être utilisées, si cela est souhaité, dans une orientation similaire ou transversale à celle montrée à la figure 16.
La figure 17 représente un trépan raclant tournant équipé avec des couteaux C suivant la présente invention.
Dans les figures 18 à 21, une autre forme de réalisation de l'invention est montrée avec une interface 650 configurée en engrenage, d'un type de table
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diamantée 636 et d'un type de substrat 646 qui s'engrènent. Chacun de la table diamantée 630 et du substrat 640, qui sont alignés le long de l'axe longitudinal 628, comporte une série d'éléments 670 radialement en saillie, et qui coupent la périphérie de couteau externe 656, et un élément circulaire 660. Le substrat est montré avec un creux annulaire 674, dans la partie interne de l'élément circulaire 660, qui entoure une saillie centrale 662. La table diamantée 630 comporte un élément en saillie annulaire 676 complémentaire qui s'adapte dans et est reçu par le creux 674.
La configuration particulière peut être modifiée de plusieurs manières sous réserve qu'une série d'éléments radiaux 670 croisent au moins un élément circulaire ou polygonal 660. Par exemple, des éléments radiaux en saillie 670 du substrat 640 peuvent être de forme, largeur et épaisseur semblables aux, ou différentes des, éléments radiaux en saillie 670 de la table diamantée 630.
Pour la facilité de l'illustration, les dessins montrent dans l'ensemble les surfaces d'interface 632,642 comme ayant des coins vifs. Il est cependant compris qu'en pratique il est souhaitable dans l'ensemble d'avoir des coins arrondis ou biseautés aux intersections de surfaces planes, en particulier dans des zones où une fissuration peut se propager. De plus, les différents éléments annulaires circulaires et polygonaux montrés dans les figures le sont à titre d'illustration et des éléments annulaires 660 peuvent également avoir des géométries incorporant des segments arqués ou courbés, combinés avec des segments droits d'une manière alternée, par exemple pour produire un élément annulaire façonné de manière irrégulière dans l'ensemble si cela est souhaité.
Le substrat 640 et/ou la table diamantée 630 peuvent être de toute configuration ou type de section transversale, y compris circulaire, polygonal et irrégulier. De plus, la table diamantée peut avoir une face de coupe 644 qui est plate, arrondie ou de toute autre configuration appropriée.
La figure 22A représente une autre forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle un couteau 690 est particulièrement approprié pour, mais non limité à, une utilisation comme élément inséré de cône roulant dans un cône de galet ou un trépan de roche. Le couteau 690 comporte un substrat 692 en carbure, de préférence en carbure de tungstène, et a une table ou comprimé 694 très abrasif ou diamanté montré en traits interrompus, placé sur le substrat 692 d'une manière connue et exposée ci-dessus. L'interface profilée, entre le comprimé de diamant 694 et le substrat 692 est équipée de rainures 698 orientées radialement dans l'ensemble et s'étendant de préférence depuis un centre 696 préférablement plan jusqu'à la
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circonférence externe du couteau 690.
Des rainures 700 évidées, annulaires ou concentriques dans l'ensemble, qui s'étendent de manière circonférentielle coupent et segmentent de préférence des rainures radiales 698 en une pluralité de rainures, ou de parties évidées, interrompues orientées radialement dans l'ensemble, pour procurer dans le comprimé de diamant 694 et au voisinage de l'interface la précontrainte de compression souhaitée.
Plus particulièrement, la partie intérieure de la table ou comprimé de diamant 694 est mis de préférence en compression radiale et la partie extérieure de la table ou comprimé de diamant 694 est mis en compression circonférentielle avec le résultat net que des précontraintes de compression bi-axiales dans l'ensemble sont distribuées à travers la table ou comprimé de diamant 694 et l'interface entre le substrat 692 pour mieux résister au différents types de forces de traction primaire agissant sur le couteau lorsqu'il est mis en service. De plus, les rainures 698 orientées radialement et/ou les rainures annulaires 700 peuvent être configurées en variante de façon à être des nervures faisant saillie du substrat 692 et reçues dans le comprimé 194, une configuration de ce genre étant montrée à la figure 22B.
Comme montré à la figure 22B, le couteau 690' peut être construit avec les mêmes matières et processus que décrits en ce qui concerne le couteau 690 mais, au lieu de cela, il a un substrat 692' qui comporte également une table ou comprimé de diamant 694' , montré en traits interrompus, placé sur le substrat 692' comme cela est connu dans le métier.
Cependant, l'interface profilée, entre le comprimé de diamant 694' et le substrat 692', est équipée de nervures ou crêtes 698' dressées, orientées radialement dans l'ensemble et qui s'étendent de préférence depuis un centre 696' , dressé de préférence, vers la circonférence externe du couteau 690'. Des parties dressées annulaires ou concentriques dans l'ensemble, désignées comme nervures ou crêtes 700' et s'étendant de manière circonférentielle, coupent les, et se joignent de préférence aux, crêtes radiales 698' pour obtenir les mêmes résultats que ceux décrits en ce qui concerne le couteau 690 de la figure 22A. D'une même manière, le comprimé diamanté 694' aurait une interface qui reçoit les crêtes dressées du substrat 692' mais dans une configuration inverse à celle décrite précédemment.
Lorsqu'on construit un couteau suivant le couteau 690' en variante, du soin doit être apporté pour ne pas permettre aux nervures ou parties dressées de faire saillie trop loin dans le comprimé 694', de façon à éviter, là où des parties dressées de ce genre sont placées, que l'épaisseur relativement mince ou réduite du comprimé 694' soit vulnérable à un écaillage ou une rupture localisé.
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Comme cela peut être apprécié à présent, une interface de couteau mettant en oeuvre la présente invention procure un couteau qui a une résistance supérieure à une brisure, un écaillage et un délaminage de la table ou comprimé de diamant.
La figure 23 procure une représentation éclatée d'encore un autre couteau 702 mettant en oeuvre la présente invention. Le coteau 702 comprend un substrat 704 qui a une table de comprimé 804 en diamant très abrasif retirée de l'interface 750, qui comprend une surface d'interface de substrat 706, présentant une configuration 707, et une surface d'interface de table diamantée 806 qui a une configuration 807 réciproquement complémentaire mais inverse. La configuration d'interface de substrat 707 comprend une partie circonférentielle 708 de bordure, épaulement ou rebord et une paroi circonférentielle 710 en pente vers l'intérieur et menant jusqu'à une première partie dressée 712. La partie dressée 712 a de préférence une surface plane dans l'ensemble mais n'est pas limitée à cela.
A l'intérieur de la partie dressée 712, il y a une rainure concentrique ou annulaire 714 et à l'intérieur de la rainure 714 il y a une seconde partie dressée 716. Comme on peut le voir à la figure 23, une encoche 718 de plein diamètre, façonnée de manière rectangulaire dans l'ensemble et s'étendant jusqu'à une profondeur présélectionnée, divise la configuration d'interface 707 en moitiés symétriques avec une zone évidée, rainure ou encoche 718 comportant des parois 720 écartées d'une largeur W.
L'encoche 718 est équipée de préférence d'une surface de fond 722 plane dans l'ensemble.
D'une manière inverse, la configuration d'interface 807 de la table diamantée 804 est équipée d'une bordure périphérique 808, qui se joint à la bordure 708, et d'une paroi en pente 810 qui se joint à la paroi en pente 710. Une première partie évidée 812, séparée par une crête concentrique en saillie 814, et une seconde partie évidée 816 respectivement reçoivent les parties dressées 712 et 716 et la rainure 714 du substrat 704. Egalement s'étendant au travers de toute la configuration diamétrale 807 de la surface d'interface 806 de la table diamantée 804, il y a un tenon ou patte 818 rectangulaire dans l'ensemble pour correspondre à, et remplir, l'encoche rectangulaire 718. Des parois de tenon 820 se joignent d'une même manière aux parois d'encoche 720 et une surface de tenon 822 se joint à la surface de fond 722 de l'encoche 718.
Le tenon 818, en combinaison avec l'encoche 718, procure effectivement les bénéfices d'optimisation de tensions d'interface, décrits précédemment, des rainures et parties dressées complémentaires, qui s'étendent
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radialement, des couteaux illustrés dans les dessins précédents.
De préférence, la largeur W des encoche 718 / tenon 818 se situe entre approximativement 0,04 et 0,4 fois le diamètre du couteau 702. Cependant, la largeur W des encoche 718 / tenon 818 peut être de toute dimension appropriée. De préférence, la profondeur des encoche 718/ tenon 818 ne dépasse pas l'épaisseur approximative de la table très abrasive 804 qui s'étend sur les zones de substrat autres que celles directement au-dessus des encoche 718/ tenon 818. En d'autres mots, la profondeur approximative des encoche 718 / tenon 818 ne dépasse pas de préférence l'épaisseur minimale approximative de la table très abrasive 804. Cependant, les encoche 718/ tenon 818 peuvent avoir n'importe quelle profondeur estimée appropriée.
Bien que l'encoche 718 et le tenon 818 ont été montrés comme ayant une géométrie préférée de section transversale rectangulaire dans l'ensemble, comprenant des parois 720,820 et surfaces 722,822 planes dans l'ensemble, les encoche 718 / tenon 818 peuvent être pourvus d'une autre géométrie de section transversale si souhaité. Par exemple, les parois 720 peuvent être planes dans l'ensemble mais peuvent être équipées de coins à rayons à proximité de la surface de fond 722 pour former une section transversale plus arrondie. Les parois 720 et les surfaces de fond 722 peuvent être pourvues de plus de configurations non planes, si cela est souhaité, de façon à être courbées dans l'ensemble ou façonnées de manière irrégulière.
De façon correspondante, le tenon 818 peut être équipé de courbures à rayons où les parois 820 se joignent ou coupent la surface 822 pour procurer un tenon d'une section transversale plus courbée dans l'ensemble que la section transversale préférée, rectangulaire dans l'ensemble, telle que montrée. Les parois 820 et la surface 822 peuvent de plus être équipées de configurations non planes pour correspondre et compléter des configurations non planes choisies pour les parois 720 et la surface de fond 722 de l'encoche 718.
Bien que le couteau 702 est montré avec une extrémité d'interface du substrat 704 qui a des parties dressées 716, 712, et une bordure 708, planes ou plates au travers dans l'ensemble, la configuration générale totale de la surface d'interface 706 peut être façonnée en dôme ou de façon semi-sphérique de façon à ce que les extrémités d'interface des substrats 692 et 692' des couteaux 690 et 690' respectivement, représentés aux figures 22A et 22B, conservent encore la configuration d'interface préférée montrée à la figure 23 ou des variantes de celle-ci.
D'une même manière, la table très abrasive 804 serait configurée et façonnée à l'inverse pour former une table façonnée en dôme dans l'ensemble, comme les tables
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694 et 694', et serait disposée sur, et en ayant une surface d'interface 806 complémentaire pour recevoir, une surface d'interface modifiée 706 de ce genre. Un couteau modifié comportant des substrat et table très abrasive de ce genre façonnés de manière semi-sphérique est particulièrement approprié pour une installation et utilisation sur des trépans du genre à cône de galet dans lesquels une pluralité de couteaux sont installés sur un ou plusieurs cônes de galet de façon à être mobiles par rapport au trépan tout en entrant en prise avec la formation.
Ainsi, il peut être apprécié qu'une unique grande saillie qui s'étend radialement ou diamétralement et une partie évidée configurée de manière complémentaire peuvent également être utilisées pour obtenir les avantages de la présente invention.
Comme avec les couteaux 690 et 690' représentés aux figures 22A et 22B respectivement, le couteau 702 peut avoir des configurations 707 et 807 inversées. C'est-à-dire qu'un tenon faisant saillie vers le haut à partir de la surface d'interface de substrat 706 est disposé dans une encoche de réception dans la surface d'interface de table diamantée 806. De même, des parties dressées 712 et 716 pourraient être, au lieu de cela, des parties évidées, pour recevoir des parties dressées complémentaires qui s'étendent depuis la table 804.
Les figures 24A à 24F montrent un substrat de couteau 850 construit en une matière appropriée, comme du carbure de tungstène, et qui comprend une face d'extrémité 852 façonnée de manière circulaire dans l'ensemble et comportant une configuration topographique présélectionnée, suivant la présente invention. Le substrat 850 comprend une paroi latérale 854 radialement la plus externe, qui détermine dans l'ensemble la périphérie radialement la plus externe du substrat 850, et une autre face d'extrémité 872 qui peut comprendre une chambre périphérique comme cela est illustré. La face d'extrémité 850 comprend une première surface arquée annulaire 856 qui présente une forme convexe déterminée par une surface de révolution sphérique présentant un point central coïncidant avec la ligne centrale ou axe longitudinal L.
Entourant, et aboutissant, dans l'ensemble à la périphérie la plus externe de la surface convexe 856, il y a une seconde surface arquée annulaire 858 qui présente une forme concave déterminée par une surface partielle d'un premier tore comportant un point central radialement décalé de la ligne centrale longitudinale L. Dans l'ensemble, entourant et aboutissant à la périphérie externe de la surface concave 858, il y a une troisième surface arquée annulaire 860 qui présente une forme convexe déterminée par une surface partielle d'un second tore qui a un point central radialement décalé de
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la ligne centrale longitudinale L.
S'étendant de la partie ou périphérie radialement la plus externe de la surface concave 858, il y a une paroi latérale radialement insérée 862 qui s'étend dans l'ensemble parallèlement à la ligne centrale longitudinale L de façon à couper ou joindre une surface de rebord annulaire 864. La surface de rebord annulaire 864 peut également être désignée en tant qu'épaulement ou bordure périphérique. La surface de rebord annulaire 864 s'étend de préférence radialement vers l'extérieur à partir de la paroi latérale radialement insérée 862 pour couper ou se joindre à la paroi latérale radialement la plus externe 854.
De préférence, la surface de rebord annulaire 864 est perpendiculaire dans l'ensemble à la ligne centrale longitudinale L et ainsi est également perpendiculaire dans l'ensemble à la paroi latérale radialement la plus externe 854, bien qu'il devrait être compris que la paroi latérale 854 peut comporter un petit angle de dépouille afin de faciliter le retrait du substrat 850 hors de son moule de façonnage (non montré) comme cela est connu dans le métier.
S'étendant dans l'ensemble transversalement au travers d'une partie importante de la face d'extrémité 852, il y a une zone évidée 866 qui peut également être désignée en tant qu'encoche ou rainure. La zone évidée 866 comprend une surface de fond 868 de préférence plane dans l'ensemble et une paire de parois latérales 870 opposées. Les parois latérales 870 opposées sont de préférence inclinées ou obliques comme on peut le voir plus aisément à la figure 24C, de manière à être séparées par une distance WIL désignée comme la largeur longitudinalement inférieure de la zone évidée ou rainure 866. Une largeur supérieure de la zone évidée WIU est de préférence légèrement plus grande que WIL de manière à procurer une inclinaison, par rapport à la ligne centrale longitudinale, que les parois latérales 870 mont de préférence.
Egalement représenté à la figure 24C, il y a le diamètre externe d de la paroi latérale radialement insérée 862, qui peut être désigné comme étant le diamètre de "colonne" du substrat 850. C'est-à-dire que la partie de la face d'extrémité 852 qui s'étend longitudinalement au-dessus de la surface de rebord annulaire 864 peut être désignée comme étant une "colonne" dans laquelle la table très abrasive 880 sera disposée dessus et autour. Le diamètre d correspond également à la longueur diamétrale préférée de la zone évidée 866.
Comme cela peut être vu aux figures 24C et 24D, la zone évidée 866 comprend des extrémités opposées 874 qui déterminent l'étendue radiale de la zone évidée 866. C'est-à-dire que chaque extrémité 874 est positionnée radialement à proximité de la paroi latérale radialement insérée 862, donnant lieu par cela à la zone
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évidée 866 qui s'arrête radialement au seuil de la surface de rebord annulaire 864. La surface de fond 868 plane dans l'ensemble est de préférence positionnée longitudinalement au-dessus de la surface de rebord annulaire 864 et est positionnée en dessous de l'étendue longitudinalement la plus haute de la surface convexe 860, qui peut être désignée comme étant une hauteur H868 comme cela est montré à la figure 24C.
Egalement montrées à la figure 24C, il y a des hauteurs respectives, prises dans une coupe radiale, longitudinalement parallèlement à la ligne centrale longitudinale, de la surface convexe 860 et de la paroi latérale radialement insérée 862, désignées respectivement par H860 et H862. De préférence, les zones évidées, rainures ou encoches 866 sont meulées dans la face d'extrémité 852 du substrat 850 après que le substrat 850 a été façonné par des processus de façonnage à haute pression et haute température connus dans le métier, de façon à augmenter la résistance de liaison d'un volume, disposé subséquemment, de matière très abrasive sur la face d'extrémité 852 afin d'y procurer une table très abrasive.
En variante, les zones évidées 866 peuvent être moulées dans la face d'extrémité 852 du substrat 850 lorsque le substrat 850 est construit au départ et peuvent ensuite être soufflées avec des perles ou du sable ou être autrement préparées pour recevoir un volume de matière très abrasive disposé là-dessus.
La figure 24E représente une vue en coupe transversale du substrat 850 après qu'une table de diamant très abrasive 880, comprenant un volume de matière très abrasive connu dans le métier, a été disposée sur la face d'extrémité 852 par des procédés à haute température et haute pression connus dans le métier. La table très abrasive 880 comprend une surface sommitale 890, une surface latérale 892, qui a dans l'ensemble le même diamètre D que celui du substrat 850, et comprend de plus une interface 904 où la table très abrasive 880 est jointe à la face d'extrémité 852. La table très abrasive 880 comprend de plus une paroi latérale 892 qui a une étendue radialement la plus externe 888 à proximité d'aussi bien la paroi latérale 854 que le bord périphérique ou de coupe de départ 882.
Le bord périphérique 882 est déplacé typiquement radialement vers l'intérieur jusqu'à une position 883 ou au-delà, sous la forme d'un plat ou surface d'usure 886, montré en traits interrompus, formé sur le couteau 902. Il est attendu qu'un plat d'usure de ce genre soit formé sur le couteau 902 vraiment en cours d'utilisation pour entrer en prise avec une formation, après que le couteau 902 a été installé sur la face ou structure de lame d'un trépan, par exemple le trépan représenté à la figure 17. La table très abrasive 880 présente une épaisseur maximale présélectionnée T880, telle que mesurée usuellement à partir de la surface
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de rebord annulaire 864 jusqu'à la surface sommitale 890 de la table 880, qui s'élève à plus de 6,35 mm (0,250 pouce).
La table très abrasive 880 présente dans l'ensemble une épaisseur minimale présélectionnée t880 lorsqu'elle est fabriquée et est usuellement mesurée à partir de la partie la plus haute de la face d'extrémité 852 jusqu'à la surface sommitale 890 de la talle 880. Bien qu'il n'y ait dans l'ensemble aucune épaisseur de table minimale t880 requise, une dimension nouvellement formée et non utilisée pour t880 s'élève de préférence de 0,76 mm à 2,29 mm (0,030 pouce à 0,090 pouce) de manière à procurer un couteau avec une table très abrasive d'épaisseur suffisante pour une durée de service appropriée. La vue en coupe transversale de la figure 24E montre également l'orientation préférée de la zone évidée 866 par rapport à l'emplacement auquel il est attendu de former le plat d'usure 886, lorsque le couteau 902 est mis en fonctionnement.
C'est-à-dire qu'il est préféré que le plat d'usure 886 soit formé radialement à proximité d'une des zones ou parties d'extrémité 874 des zones évidées ou rainure 866 pour des motifs à exposer ci-après.
La figure 24F est une vue en coupe transversale radiale, en plein diamètre, prise parallèlement à la ligne centrale longitudinale L et montrant la face d'extrémité 852 du substrat 850. Comme montré, la surface de révolution sphérique RC qui détermine la surface convexe 856 comprend un rayon Ri de dessin ou de référence qui s'étend vers l'extérieur à partir d'un point central CRC qui est positionné en coïncidence sur la ligne centrale longitudinale L. La surface concave 858 qui entoure et se joint à la périphérie externe de la surface convexe 856 est déterminée par une surface partielle de tore Ti qui présente un rayon R2 et une point central CT1.
La surface convexe 860 qui entoure et se joint à la périphérie externe de la surface concave 858 est déterminée par une surface partielle d'un tore T2 qui a un rayon R3 et un point central CT2. La paroi latérale radialement insérée 862 s'étend dans l'ensemble verticalement vers le bas à partir de l'étendue radialement externe de la surface convexe 860, de façon à couper ou rencontrer la surface de rebord annulaire 864. De préférence, la jonction entre la paroi latérale radialement insérée 862 et la surface de rebord annulaire 864 comprend un rayon de courbure R4 de manière à éviter que surviennent des accroissements de tensions.
La paroi latérale radialement insérée 862 ne doit pas être parallèle à la ligne centrale longitudinale L mais peut être inclinée par rapport à celle-ci ou être équipée de multiples surfaces annulaires comme cela sera représenté en ce qui concerne d'autres formes de réalisation de la présente invention.
De nombreux couteaux qui ont une interface de substrat / table très abrasive configurée telle que représentée en ce qui concerne le couteau 902 ont été
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construits et testés avec succès en laboratoire par la cessionnaire de la présente invention. Les dimensions suivantes à titre d'exemple des couteaux testés sont indiquées ci-dessous :
D=19,1 mm d = 14,48 mm
WIL = 2,5 mm, W1U = 3,3 mm
R1 = 3,76 mm, R2 = 3,3 mm, R3 = 22,1 mm, R4 = 0,38 mm
H860 = 0,86 mm, H862 = 1,68 mm, H868 = 1,3 mm
T = 4,1mm t = 1,8 mm
Il devrait compris que les dimensions ci-dessus des couteaux de test à titre d'exemple, construits par la présente cessionnaire sont donnés purement à titre d'exemple et des couteaux incorporant la présente invention peuvent être construits de manière à avoir une configuration de face d'extrémité qui a une ample variété de géométries et de dimensions spécifiques.
De plus, les dimensions spécifiques de différentes configurations géométriques spécifiques comprises dans l'exemple ci- dessus d'un couteau mettant en #uvre la présente invention peuvent être revues et configurées à nouveau de manière à optimiser les avantages offerts par la présente invention pour des formations et applications de trépans particulières.
Des tests de laboratoire des couteaux à titre d'exemple ci-dessus, qui ont la configuration du couteau 902, comprenant une zone évidée 866 et les dimensions exposées ci-dessus, comprenaient une entrée en prise avec une formation de granite blanc sierra, avec les spécimens de tests, et une mesure de la quantité de formation coupée par le couteau avant que la table très abrasive fasse défaut ou qu'il soit retiré en raison du degré d'usure de la table. Les résultats de test ont indiqués que des couteaux de ce genre, qui ont une zone évidée 866, pouvaient durer 26 pour cent de plus que des couteaux de test qui ont les mêmes configuration et dimension de surface d'extrémité que les exemples de test du couteau 902, en l'absence d'une zone évidée 866.
En d'autres mots, des couteaux de test qui ont une zone évidée 866 ont prouvé pouvoir durer 26 pour cent de plus que des couteaux qui ont dans l'ensemble la même configuration de face d'extrémité, à l'exception de ne pas avoir une zone évidée 866 qui s'étend diamétralement et qui est remplie avec de la matière très abrasive.
En effectuant une analyse d'éléments finis sur les couteaux qui ont la configuration du couteau 902 à titre d'exemple, il apparaît que comprendre une zone évidée ou rainure comme la zone évidée 866 sert à amoindrir ou empêcher la
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propagation subséquente de toutes fissures dans la table très abrasive, comme la table 880, qui peuvent se développer lorsque le couteau est mis en service. Ainsi, la zone évidée ou à l'inverse la zone de "barre" ou "tenon", de la table très abrasive, qui fait saillie dans et remplit la zone évidée apparaît être un instrument pour accroître la durabilité de couteaux qui incorporent la présente invention.
Une autre forme de réalisation de la présente invention est représentée aux figures 25A à 25D. Un substrat 850' en variante, qui a une face d'extrémité 852' en variante, est équipé d'une seconde zone évidée 866B en plus d'une première zone évidée 866A. Enoncé de manière générale, la face d'extrémité 852' du substrat 850' en variante est construite pour avoir dans l'ensemble la même configuration topographique que la face d'extrémité 852 du substrat 850 tel que représenté et exposé précédemment, à l'exception d'être équipée d'au moins une partie évidée supplémentaire. Le substrat 850' comprend également une paroi latérale 854 et une autre face d'extrémité 872.
Comme on peut le voir dans les vues respectives fournies par les figures 25B à 25D, la seconde zone évidée 866B est munie de préférence des mêmes particularités et mêmes dimensions que la première zone évidée 866A. C'est- à-dire que la seconde zone évidée comprend des parois latérales 870B qui s'étendent longitudinalement vers le bas dans l'ensemble, afin de rencontrer une surface de fond 868B qui s'étend diamétralement à travers la face d'extrémité 852' à proximité, mais de préférence radialement au seuil, de la surface de rebord annulaire 864 de manière à avoir effectivement une longueur égale à la dimension d. C'est-à-dire que les parties d'extrémité 874B sont positionnées de préférence à proximité de la paroi radialement insérée 862 et ainsi ne s'étendent pas radialement au-delà de celle-ci.
La seconde zone évidée 866B traverse ou bissecte de préférence la première zone évidée 866A à l'endroit de la ligne centrale longitudinale L. De plus, la seconde zone évidée 866B est de préférence perpendiculaire dans l'ensemble à la première zone évidée 866A, comme cela est vu en regardant longitudinalement vers le bas, tel que représenté dans les figures 25A et 25C, bien que l'angle relatif entre les première et seconde zones évidées puisse être autre que perpendiculaire ou de 90 comme représenté. De préférence, les largeurs supérieures et inférieures WIL et WIU sont les mêmes pour chacune des zones évidées ou rainures, en inclinant légèrement par cela les parois latérales 870A, B légèrement radialement vers l'intérieur à partir de la face d'extrémité 852, 852' jusqu'à la surface de fond 868, 868'.
Il devrait être compris que, bien que la seconde zone évidée 866B ait été représentée et décrite comme ayant dans l'ensemble les mêmes configuration et dimension que la première zone
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évidée 866A, des zones évidées secondes ou supplémentaires de différentes configurations et dimensions peuvent être utilisées suivant la présente invention.
Telle que représentée, la paroi latérale radialement insérée 862 du substrat 850' a été munie d'une surface de chanfrein annulaire 876 qui a une hauteur H876 à proximité de la troisième surface convexe 860, avec la partie restante 878 de la paroi latérale radialement insérée 862, voisine de la surface de rebord annulaire 864, qui est parallèle dans l'ensemble à l'axe longitudinal ou ligne centrale L. La surface chanfreinée annulaire 876 est montrée comme étant inclinée d'approximativement 20 par rapport à la ligne centrale longitudinale L.
Bien sûr, la surface chanfreinée annulaire 876 peut être inclinée de moins ou de plus que l'angle de 20 approximatif préféré et peut être utilisée pour amoindrir la formation de concentrations ou accroissements de tension dans la zone voisine, qui peuvent induire une fissure dans le substrat 850' ou dans une table très abrasive à y disposer finalement. Pour servir d'exemple à la dimension relative préférée de la surface chanfreinée annulaire 876, un substrat de couteau, comme le substrat 850' qui a un diamètre D de 1,91 mm (0,075 pouce), peut avoir une hauteur H876 d'approximativement 0,84 mm (0,033 pouce), la partie restante 878 présentant une hauteur H878 d'approximativement 1,14 mm (0,045 pouce).
Comme avec le substrat 850, la jonction de la surface de rebord annulaire 864 et de la paroi latérale radialement insérée 862 du substrat 850', ou plus précisément de la partie restante de fond 878 de la paroi latérale radialement insérée 862, est munie d'un petit rayon de courbure R4. Un rayon de courbure R4 de ce genre peut être d'approximativement 0,25 mm à 0,50 mm (0,010 pouce à 0,020 pouce), 0,38 mm (0,015 pouce) apparaissant être bien approprié pour éviter des concentrations de tension ou des accroissements de tension dans le voisinage.
Comme avec la première zone évidée 866A, la seconde zone évidée 866B est de préférence meulée dans la face d'extrémité 852' après que le substrat 850' a été construit. Un meulage est préféré parce qu'il est supposé offrir une résistance de liaison accrue entre les surfaces intérieures des parties évidées et la matière très abrasive qui y est disposée lorsqu'un volume de matière très abrasive est disposé sur la face d'extrémité 852' de manière à former une table très abrasive 880 sur le couteau 902' comme montré à la figure 25D. La surface extérieure de la table 880 présente les mêmes particularités que celles décrites par rapport au couteau 902 et une surface de plat d'usure 886 typique est montrée en lignes interrompues comme expliqué précédemment.
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Les figures 26A à 26D des dessins représentent encore un couteau supplémentaire 850" comprenant une face d'extrémité 852" comportant une configuration topographique présélectionnée comprenant au moins une surface arquée annulaire et au moins une partie évidée, suivant la présente invention. La face d'extrémité 852" est construite effectivement pour comporter les mêmes particularités que celles prévues dans la face d'extrémité 852 du substrat 850, comme décrit et représenté précédemment, à l'exception d'une pluralité de secondes zones évidées 894 plus petites, écartées radialement ou sur la circonférence autour de la face d'extrémité 852" , et de la paroi latérale 862 radialement insérée qui comprend une surface chanfreinée annulaire 876 telle que décrite et représenté en ce qui concerne la face d'extrémité 852' du substrat 850'.
La pluralité de secondes zones évidées plus petites et s'étendant radialement sont de préférence espacées diamétralement à l'opposé l'une de l'autre de façon à être écartées l'une de l'autre et de la première zone évidée 866 plus grande, d'une manière égale radialement et de manière angulaire ou sur la circonférence. Dans la forme de réalisation particulière montrée aux figures 26A à 26D, les secondes zones évidées 894 sont écartées de manière angulaire l'une de l'autre selon un angle # d'approximativement 45 , d'autres angles pouvant aussi bien être appropriés.
Bien que la face d'extrémité 852" soit montrée comme ayant 6 secondes zones évidées 894 plus petites, un nombre supérieur ou un nombre inférieur de secondes zones évidées peut être prévu. Les secondes zones évidées ou rainures 894 sont déterminées par une surface de fond 896 et des parois latérales 898. Dans la forme de réalisation particulière représentée aux figures 26A à 26D, les parois latérales 898 des secondes zones évidées 894 sont montrées comme étant parallèles dans l'ensemble à la ligne centrale longitudinale L et ainsi elles sont séparées par une largeur W2 constante, légèrement plus petite, au contraire des parois latérales inclinées préférées de la première zone évidée 866 plus grande.
La largeur W2 va de préférence d'approximativement 0,5 mm (0,02 pouce) à approximativement 2,0 mm (0,08 pouce), approximativement 1,14 mm (0,045 pouce) étant approprié pour beaucoup d'applications. Une autre différence entre les secondes zones évidées ou rainures 894 et la première zone évidée 866 est la longueur radiale L2 sensiblement plus courte en comparaison de la longueur de la première zone évidée 866 et qui est de préférence de la même longueur que la dimension d. La longueur radiale L2 des secondes zones évidées 894 va de préférence d'approximativement 2,5 mm (0,1 pouce) à approximativement 5,08 mm (0,2 pouce), approximativement 4,1 mm (0,16 pouce)
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étant approprié pour beaucoup d'applications.
Comme on peut le mieux le voir aux figures 26A et 26C, les secondes zones évidées 894 comprennent une partie d'extrémité 900A radialement la plus interne, positionnée dans une surface concave 858, et une partie d'extrémité 900B radialement la plus externe, positionnée pour se terminer à proximité de la paroi latérale radialement insérée 862, de façon à être radialement au seuil de la surface de rebord annulaire 864.
Bien sûr, le positionnement exact des parties d'extrémité 900A et 900B peut être modifié comme peut l'être l'intervalle entre les parois latérales 898 et les étendue longitudinale et profondeur suivant lesquelles les parois latérales 898 s'étendent longitudinalement à partir de la face d'extrémité 852" vers la surface de fond de substrat 872 (montré pour la première fois à la figure 24A) de la même manière que la première zone évidée 866 peut être modifiée pour optimiser les avantages de la présente invention.
La figure 26D montre un couteau 902" dans lequel un volume de matière très abrasive a été disposé sur la face d'extrémité 852" pour y former une table très abrasive 880. La figure 26D montre également l'orientation préférée de la première partie évidée 866 par rapport à l'emplacement dans lequel il et attendu que le plat d'usure 886 se présente sur le couteau 902" lorsqu'installé dans un trépan et mis en service. C'est-à-dire que, comme avec les autres formes de réalisation de la présente invention qui comprennent une zone évidée dans la face d'extrémité du substrat, il est préféré que le plat d'usure soit formé radialement au voisinage d'une partie d'extrémité 874 d'une zone évidée ou rainure 866.
La figure 27 procure une vue en perspective du couteau 902 avec une table très abrasive 880 montrée comme étant transparente. Le plat ou surface d'usure 886 qui surgit du couteau 902 entrant en prise avec une formation souterraine lorsqu'il est mis en service comme décrit précédemment est représenté. Il est connu que des couteaux, y compris des couteaux 902 et les autres couteaux exposés ici et leurs variantes, subissent une grande quantité de chaleur Q induite primairement par frottement et produite en tant que résultat du frottement entre le couteau et la formation lorsque le trépan dans lequel le couteau est installé entre en prise et retire de la matière de formation.
La majorité de la chaleur Q produite pendant un forage prend naissance dans et autour de la partie du couteau qui entre réellement en contact avec la formation et cela est dans la plupart des cas la zone dans laquelle le plat ou surface d'usure 886 est façonné. Les inventeurs de la présente invention s'attendent à ce que des tests thermiques de couteaux mettant en #uvre la présente invention confirmeront
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que la chaleur Q est plus efficacement conduite à l'écart du plat d'usure 886 en raison de la zone évidée 866 qui est remplie de la matière très abrasive de la table très abrasive 880.
Les inventeurs croient que ceci peut être attribué à ce que la matière très abrasive de la table 880 présente usuellement un coefficient de conductivité thermique considérablement plus élevé ou plus grand en comparaison du coefficient de conductivité thermique de la matière dans laquelle le substrat porteur 850 est réalisé.
Par exemple, le coefficient de conductivité thermique Damant d'une table très abrasive à base de diamant est souvent approximativement six fois le coefficient de conductivité thermique ksuBSTRAT EN CARBURE d'un substrat à base de carbure, et cela donne un rapport de conductivité thermique relatif d'approximativement 6/1.
Ainsi, en raison de la table de diamant ou de la "barre" qui s'étend dans et qui remplit la zone évidée 866, ou d'une pluralité de zones évidées, prévues dans l'interface 904 entre la table 880 et la face d'extrémité 852, de la chaleur Q sera conduite plus aisément le long des trajets montrés par les multiples flèches et dans lesquels la chaleur peut être dissipée à travers la partie restante du couteau, dans la face du trépan ainsi que dans le fluide de forage environnant lorsque le couteau est en fonctionnement.
Comme de la chaleur est plus efficacement transférée à l'écart, tant radialement que vers le haut, à partir de la surface antérieure 883 la plus coupante ainsi que du plat d'usure 886 en raison du volume accru de matière très abrasive qui a un plus grand Damant et qui est disposée dans la zone évidée 866, des couteaux incorporants une zone évidée de ce genre, qui est orientée de préférence comme cela est montré en ce qui concerne la partie du couteau qui entre en prise en premier lieu avec la formation, sont supposés montrer une résistance accrue à des fissures ou des défauts de structure induits thermiquement.
Comme de la chaleur Q est conduite à l'écart du plat d'usure ou de la surface de coupe active du couteau, comme cela est représenté par les flèches comprises dans la figure 27 et qui représentent des trajets à titre d'exemple dans lesquels de la chaleur Q sera dissipée, tant longitudinalement que radialement à l'écart du plat d'usure 886, le couteau présenterait moins de zones localisées de hautes températures induites par frottement ou de "points chauds" qui pourraient mettre en danger la résistance et l'intégrité de la table très abrasive liée au substrat à l'interface 904 et qui sinon conduiraient vraisemblablement à des fissures non souhaitées et à une fragmentation prématurée de la table et/ou du couteau lorsque le couteau est mis en service.
En conséquence, la présente invention, en particulier des formes de réalisation incorporant au moins une partie évidée dans la face d'extrémité du substrat,
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procurent un couteau présentant des caractéristiques accrues de transfert de chaleur par comparaison à des couteaux de l'état antérieur de la technique qui ont des interférences usuelles.
Il sera compris que la référence à des surfaces "annulaires" n'est pas limitée ici à des surfaces déterminant un anneau ou bague complet. Par exemple, un anneau partiel dans la zone de la face d'extrémité de substrat, orientée pour recevoir une sollicitation résultante sur le bord coupant, est considérée comme comprise dans la présente invention. De même, une surface annulaire discontinue ou segmentée est de même comprise.
De plus, une topographie à surface "arquée" comprend des surfaces qui se courbent selon un rayon constant, comme des surfaces de révolution sphériques et des tores de section transversale circulaire, aussi bien que des surfaces sphéroïdales comme celles qui comprennent des composants à partir par exemple de deux rayons distincts autour de points centraux et qui comprennent de plus des surfaces qui sont non linéaires mais courbes selon des rayons qui varient, variables de manière continue ou de manière intermittente.
Bien que la présente invention a été décrite en termes de certaines formes de réalisation à titre d'exemple, ceux qui sont expérimentés dans le métier comprendront et apprécieront qu'elle n'y est pas limitée. Plusieurs additions, suppressions, combinaisons et modifications de l'invention telle que décrite ici peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni de la portée de l'invention telle que revendiquée.