La présente invention a~ ~p~u~r~objet~ dans le domaine du forage pour l'etude et l'exploitation du sous-sol, un taillant de concePtion nouvelle destiné à etre mis en oeuvre notamment dans le mode de forage dit roto-percutant à
circulation inverse, martPau hors du trou.
On sait que le forage ~ circulation inverse implique la mise en oauvre d'une chemise concentrique au tube de forage, le fluide de orage étant i.njecte dans l'espace annulaire les séparant et remontant par le tube de foraye avec les debris de roche.
Dans cette technique, le fluide, le plus souvent de l'eau ou de l'air, sort autour du taillant fixé
l'extrémite du tube de forage et remonte avec les debris de roche jusqu'en surface.
Toutefois, ce mode da forage presente c~!rtains inconvénients, notamment que le fluide sous pression jaillit radialement entre la chemise et la tete du taillant, ce qui a pour conséquence qu'il creuse des cavités dans la paroi du trou de forage au niveau des parties tendres du sol, cavités qui nuisent ~ la solidite du trou et entraîn~nt parfois une remontae parti~lle du fluide entre la chemise de tubage et la paroi du trou de forage, ce qui est prejudiciable à une bonne remontée axiale.
D'autre part la remontée du fluide et des debris par le conduit central du taillant occasionnQ l'usure en cone dudit conduit, qui perd proyressivement le r~le de calibrage qui lui est devolu, entraînant le risgue que des debris de trop grande~ dimensiQns puissent passer et obstruer la tube de forage.
La présente invention vise ~ remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de forage qui se caractérise essentiellement en ce qu'il met ~n oeuvre un taillant d'une conception nouvelle dont la t8te est munie au voisinage de sa périphérie de canaux parall~les à l'axe de forage, positionnés dans le prolongement d'une chambre annulaire délimitée par une yorge periphérique du taillant et la chemise concentrique, laquelle coiffe la tete cylindrique dudit taillant en venant en butee sur un épaulement pratiqu ~8~'2~
sur la periphérie de ladi-te tete du taillant, ~ courte distance en-dessous ds ladite yorge périphérique.
Selon une caracteristique additionnelle de l'invention, l`ouverture menagée à la base du taillant pour la 5 remontée des débris est munie d'elements de protection constitués d'inserts réalisés en un materiau ultra-dur tel que le carbure de tungst~ne, judicieusement disposés obliquement à
la périphérie supérieure de ladite c)uverture, en vue de pallier l'usure prématurée de l'entrae du conduit de remontée.
Le dispositif selon l'invention permet d'autre part d'éviter le creusement de cavités dans la paroi du trou de forage, en raison du fait que le fluid0 de forage ne peut se diriger que vers l'ouverture frontale du taillant.
Ladite ouverture du taillant peut être en outre avantageusement munie d'éléments casse-carott2 constitués d'inserts ultra-durs disposes verticalement, destines à
provoquer le fractionnement des morceaux de roches avant leur remontée par le conduit vertical, selon une technique couramment mise en oeuvre.
Les caractéristiques et avantages de la prasente invention seront mi~ux compris à la lecture de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, étant bien entendu que cette description ne presente aucun caractère limita~if vis à vis de l'invention.
Dans le dessin ann~xé :
- la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale de l'extrémité inférieure ~'un dispositif de forage existant.
- la f~gure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un taillant de forage selon l'invention.
- la figure 3 représente une vue frontale d'un mode de réalisation d'un taillant selon l'invention.
- la figure 4 représen~e une vue frontale d'un autre mode de réalisation d'un taillant selon l'invention.
5i on se réfère ~ la figure 1 on peut voir qu'un dispositif de forage existant ~omporte des élements tubulaires mis bout à bou et constituant la chemise périphérigue 2, ~
l'intérieur de laquelle passe concentriquement un tube de ~802~
forage 3, cons-titué egalement d'&lements tubulaires aboutes et à l'extremite inférieure duquel est solidarisé un taillant 1 par l'intermediaire d'un manchon 30.
Entre le tube de forage 3 et la paroi interne de la chemise 2, un espace annulaire 31 permet le passage du fluide, represente par des El~ches, vers le fond du forage, le fluide remontant à la surface, chargé d~s débris issus du forage, par l'interieur du tube de forag~e 3.
L'extrémité inférieure de la chemise 2 présente sur une certaine longueur et intérieurement des cannelures longitudinales 20, dans lesquelles s'ins~rent des cannelures longitudinales 10 ménagées ~ la péripherie du taillant 1 en vue de permettre sa solidarisation ~ la chemise 2, lesdites cannelures longitudinales 10 etant en nombre inf~rieur ~ celui des cannelures longitudinales 20 de la chemise 2 de. manière que le fluide puisse transiter par les cannelures 20 non occupees .pour passer de l'espace annulaire 1 jusqu'~
l'extrémité frontale du taillant 1.
Les cannelures longitudinales 10 du taillant 1 sont prolongees à leur extremite inférieure par une gorge péripherique 11 recouverte partiellement ou totalement par la chemise Z, en fonction du déplacement longitudinal de cette dernière par rapport au tube de forage 3. Lorsque la chemise 2 est dans la position extrême représentée sur la figure, sa base dégage un espace périphérique 9 i~portant par lequel le fluide sous pression jaillit radialement, ce qui a pour effet le creusement de cavités dans la paroi du trou de forage au niveau des parties tendres du sol.
En regard des cannelures 20 non occupées de la chemise 2, des gorges longitudinales 10' sont ménagées en periphérie du taillant 1 pour le passage du fluide, qui se repand ensuite sous le taillant 1 avant de remonter dans le tube de forage 3 par l'ouverture centrale 13 pratiquée à la base du taillant 1, puis par un conduit incliné 22 prolongé
par un conduit axial 8 situa dans le prolongement du tube de forage 3.
L'ouverture 13 du taillant 1 est munie ~ sa péripherie de six pions 27 ~n carbure inclinés vers .
..~... . .
' ~; The present invention has ~ ~ p ~ u ~ r ~ object ~ in the field of drilling for the study and exploitation of the subsoil, a new design cutter intended to be put in works in particular in the so-called roto-percussive drilling mode at reverse circulation, hammer out of the hole.
We know that drilling ~ reverse circulation involves the fitting of a concentric jacket to the tube drilling, the storm fluid being i.njected into space annular separating them and going up by the tube of foraye with rock debris.
In this technique, the fluid, most often water or air, comes out around the fixed cutting edge the end of the drill pipe and goes up with the debris of rock to the surface.
However, this drilling mode has some ~!
disadvantages, in particular that the pressurized fluid gushes out radially between the shirt and the cutting head, which has as a consequence that it digs cavities in the wall of the borehole at the level of the tender parts of the ground, cavities which adversely affect the strength of the hole and sometimes results in Part of the fluid between the casing jacket and the wall of the borehole, which is detrimental to good axial ascent.
On the other hand the rise of the fluid and debris through the central pipe of the cutter causing cone wear of said conduit, which proyressively loses the role of calibration vested in him, leading to the risk that debris from too large ~ dimensiQns can pass and obstruct the tube drilling.
The present invention aims ~ remedy these disadvantages by proposing a drilling device which is essentially characterized in that it implements a n cutting a new design which the head is equipped with vicinity of its periphery of channels parallel to the axis of drilling, positioned in the extension of a chamber annular delimited by a peripheral edge of the cutting edge and the concentric shirt, which covers the cylindrical head said cutter coming into abutment on a practical shoulder ~ 8 ~ '2 ~
on the periphery of the ladi-te head of the cutting edge, ~ short distance below said peripheral yorge.
According to an additional characteristic of the invention, the opening made at the base of the cutter for the 5 debris lift is fitted with protective elements made up of inserts made of an ultra-hard material such as tungst carbide ~ ne, judiciously arranged obliquely to the upper periphery of said c) opening, with a view to to mitigate the premature wear of the entee of the ascent duct.
The device according to the invention allows other part of avoiding the digging of cavities in the wall of the hole due to the fact that the drilling fluid cannot only go towards the front opening of the cutting edge.
Said opening of the cutter can also be advantageously provided with breaker-carrott2 elements made up ultra-hard inserts arranged vertically, intended for cause the pieces of rock to split before they are raised by the vertical duct, using a technique commonly implemented.
The characteristics and advantages of the prasente invention will be mi ~ ux understood on reading the description which follows and which relates to the attached drawing, being well understood that this description has no character limited ~ if opposite the invention.
In the ann ~ xed drawing:
- Figure 1 shows a sectional view longitudinal of the lower end ~ 'a device existing drilling.
- F ~ gure 2 shows a sectional view longitudinal of a drill bit according to the invention.
- Figure 3 shows a front view of a embodiment of a cutting edge according to the invention.
- Figure 4 represents a ~ front view of a another embodiment of a cutting edge according to the invention.
5i we refer ~ Figure 1 we can see that existing drilling device ~ omits tubular elements put end to end and constituting the peripheral shirt 2, ~
inside which concentrically passes a tube of ~ 802 ~
borehole 3, also consisting of butted tubular elements and at the lower end of which is cut a cutting edge 1 through a sleeve 30.
Between the drill pipe 3 and the internal wall of the jacket 2, an annular space 31 allows the passage of the fluid, represented by El ~ ches, towards the bottom of the borehole, the fluid rising to the surface, loaded with debris from the drilling, through the interior of the forag ~ e tube 3.
The lower end of the shirt 2 has over a certain length and internally grooves longitudinal 20, in which are inserted grooves longitudinal 10 arranged ~ the periphery of the cutting edge 1 in view to allow its connection ~ the shirt 2, said longitudinal grooves 10 being fewer in number ~ less than that longitudinal grooves 20 of the jacket 2 of. way the fluid can pass through the grooves 20 no occupied. to pass from annular space 1 to ~
the front end of the cutting edge 1.
The longitudinal grooves 10 of the cutting edge 1 are extended at their lower end by a groove peripheral 11 partially or totally covered by the jacket Z, as a function of the longitudinal displacement of this last relative to the drill pipe 3. When the jacket 2 is in the extreme position shown in the figure, its base releases a peripheral space 9 i ~ carrying by which the pressurized fluid gushes radially, which has the effect digging cavities in the wall of the borehole at level of the tender parts of the soil.
Opposite the unoccupied grooves 20 of the jacket 2, longitudinal grooves 10 'are provided in edge 1 of the cutting edge for the passage of the fluid, which then spread under the cutting edge 1 before going up in the drill pipe 3 through the central opening 13 made at the base of cutter 1, then by an inclined conduit 22 extended by an axial duct 8 located in the extension of the tube drilling 3.
The opening 13 of the cutting edge 1 is provided with ~ sa periphery of six pawns 27 ~ n carbide inclined towards .
.. ~ .... .
'~;
2~8~28 l'exterieur et de trois pions 28 également ~n carbure inclinés vers l'interieur. D'autre part le fond de l'o~verture 13 est muni, au niveau de l'orifice d'entree du conduit incline 22, de deux pions 29 casse-carotte disposes vert.icalement.
Si on se réf~re maintenant à la figure 2, on peut voir que le dispositif de Eorage selon l'invention comporte un taillant 1 dont la tête est recouverte par Im prolongement 21 de la chemise 2, creant une chambre annulaire 12 qui demeure fermée quelle que soit la position du tube de forage 3 par rapport ~ la chemise 2, l'extremite du prolongement 21 recouvrant complètement la gorge periphe:rique 11 du taillant 1 et pouvant venir en butee sur un épaulement 14 pratiqué en péripherie en peripherie du taillant 1.
Le passage du fluide de l'esp~ce annulaire 31 au lS fond du forage est realis~ au travers de canaux 15 pratiques proximite de la peripherie du taillant 1 parallèlement ~ l'axe de forage 3, canaux 15 dont les extremites inferieures 16 sont evasees et ouvertes du côte intérieur pour diriger le fluide vers l'ouverture centrale 13 du taillant 1, à la périphérie de laquelle sont disposées des plaquettes de creusement 19 formant une couronne de creusement.
Si on se refère également aux figures 3 et 4 on peut voir que pour évit~r une trop rapide érosion du taillant 1 par le fluide et les d~bris qu'il transporte, au niveau de l'entrée du conduit 22 par lequel remonte le fluide chargé de débris, celle-ci comporte des pions 17 en carbura, disposQs obliquement dans les zones d'usure ma~imale, c'est-~-dire approximativement à l'oppo-~e diamétral des ouvertures 16 des canaux 15, en vue de protéger l'entree du conduit 22 de maniere à gaxantir son diamètre, a~in qu'auc~n débris de taille trop importante ne puisse pénétrer dans le conduit 22 et risquer d'obstruer le tube de forage 3.
D'autres pions 18 casse-carotte, positionnés dans l'ouverture 13, permettent le fractionnement des debris ~t protègent également l'ouv~rture 13.
Le nombre et la position des pions anti-usure 17 et des pions cassa-carotte 18 sont variables en fonction notamment du nombre et de la position des canaux 15 ~t de~
:
. . .
plaquettes de creusement 19 : ~$i~ ~s le mode de realisation represente ~ la figure 3 le taillant comporte cinq plaquettes de creusement 19 disposaes entre les ouvertures 16 de cinq canaux 15, trois pions 17 auti-usure dispos~s obliquement et un pion 18 casse-carotte clisposé verticalement.
Dans le mode de réalisation de la figure 4 le taillant comporte quatre plaquettes de creusement 19 disposés entre les ouvertures 16 de six canaux 15, tro.is pions 17 anti-usure disposes obliquement et un pion lB casse-carotte dispose ~erticalement.
Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée à la description gui préc~lle de certains de ses modes de réalisation, susceptibles de subir un certain nombre de modifications sans pour autant ~ortir du cadre dè
l'invention. Notamment la couronne de creusement représentée aux figures 2, 3 et 4 peut etre constituée d'éléments d'attague autres que des plaquettes et pouvant consister en des inserts tels que ceux couramment deno~nes "pions" ou "boutons".
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' ~ 2 ~ 8 ~ 28 the outside and three pins 28 also ~ n inclined carbide towards the inside. On the other hand the bottom of the o ~ verture 13 is provided, at the inlet of the inclined conduit 22, of two pawns 29 carrot breakers arranged vertically.
If we now refer to Figure 2, we can see that the Storm device according to the invention comprises a cutting 1 whose head is covered by an extension 21 of the jacket 2, creating an annular chamber 12 which remains closed regardless of the position of the drill pipe 3 by report ~ the sleeve 2, the end of the extension 21 completely covering the periphic throat: risk 11 of the cutting edge 1 and can come into abutment on a shoulder 14 made in periphery around the cutting edge 1.
The passage of the fluid from the annular esp ~ 31 to The bottom of the borehole is made ~ through practical channels 15 proximity to the periphery of the cutting edge 1 parallel to the axis drilling 3, channels 15 whose lower ends 16 are flared and open on the inner side to direct the fluid towards the central opening 13 of the cutting edge 1, on the periphery of which are arranged digging plates 19 forming a digging crown.
If we also refer to Figures 3 and 4 we can see that to avoid too rapid erosion of the cutting edge 1 by the fluid and the debris it transports, at the level of the inlet of the duct 22 through which the fluid charged with debris, it has 17 carbura pins, disposQs obliquely in the wear zones ma ~ imale, that is ~ ~
approximately at the diametrical oppo- ~ e of the openings 16 of channels 15, in order to protect the entry of the conduit 22 from way to gaxantant its diameter, a ~ in that ~ n debris too large a size cannot enter the duct 22 and risk blocking the drill pipe 3.
Other 18 carrot breaker pawns, positioned in opening 13, allow the splitting of debris ~ t also protect the opening 13.
The number and position of the anti-wear pins 17 and 18 cassa-carrot pieces are variable depending in particular of the number and the position of the channels 15 ~ t of ~
:
. . .
digging pads 19: ~ $ i ~ ~ s the mode of realization represented ~ Figure 3 the cutter has five digging plates 19 disposed between the openings 16 of five channels 15, three pins 17 self-wear arranged ~ s obliquely and a carrot breaker pin 18 arranged vertically.
In the embodiment of Figure 4 the cutting comprises four digging plates 19 arranged between the openings 16 of six channels 15, three pins 17 anti-wear obliquely arranged and a lB carrot breaker token has ~ ertically.
It goes without saying that the present invention cannot be limited to the description above ~ lle of some of its embodiments, likely to suffer a number modifications without leaving the framework the invention. In particular the digging crown shown in Figures 2, 3 and 4 may consist of elements Attague other than platelets and which may consist of inserts such as those commonly deno ~ nes "pawns" or "buttons".
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