EP0296208B1 - Outil de forage a jet incline - Google Patents

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EP0296208B1
EP0296208B1 EP88900697A EP88900697A EP0296208B1 EP 0296208 B1 EP0296208 B1 EP 0296208B1 EP 88900697 A EP88900697 A EP 88900697A EP 88900697 A EP88900697 A EP 88900697A EP 0296208 B1 EP0296208 B1 EP 0296208B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
orifice
accordance
orifices
rotary members
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP88900697A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0296208A1 (fr
Inventor
Henri Cholet
Christian Bardin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP0296208A1 publication Critical patent/EP0296208A1/fr
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/08Roller bits
    • E21B10/18Roller bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids

Definitions

  • the present invention relates to a drilling tool. More particularly, but without being limiting, the present invention relates to a drilling tool or drill bit which can be fixed to the lower end of a drilling column.
  • the tool according to the invention is of a type comprising several rotating members provided with cutting elements, these members being able to be conical knobs rotating around bearings whose axes are inclined relative to the central axis of the tool.
  • the fluid jets open out at a place located notably above the level of the rollers.
  • the jets pass through the drilling fluid loaded with cuttings which fills the bottom of the drilled hole.
  • the flow velocity of the jets at waistline level is significantly slowed down, reducing their effectiveness.
  • the jets entrain part of the drilling fluid loaded with cuttings towards the cutting face where the cuttings are reground by the tool, the yield of which is thus reduced.
  • the fluid jets create an overpressure on the cutting face which compresses the ground and it can be seen that the contact zone between the tool and the cutting face where the cuttings are produced is not sufficiently irrigated by the drilling fluid.
  • the present invention provides a tool of the first type defined above, which, by its design, is simple and robust, while having considerably improved operating performance compared to tools of the same type and which approximate those of the second type, while they do not include suction jets.
  • the tool according to the invention comprises three rotating members defining three spaces comprised between two adjacent rotating members, and for which only two of the spaces are equipped with calibrated orifices, only one of these spaces being free of any fluid injection orifice. .
  • the tool according to the invention comprises irrigation means which comprise an extension carrying the calibrated orifice, the extension being at a minimum distance t from the plane P, then the magnitudes D, H and t can be such that: t ⁇ 1.5 H and 0.1 D ⁇ t ⁇ 0.15 D
  • the irrigation means may include at least two calibrated orifices adapted to produce fluid jets respectively directed towards the two rotating members between which the first space is defined.
  • the irrigation means may include at least one irrigation nozzle or nozzle having the calibrated orifice (s).
  • the jet of fluid produced by the orifice may have an orientation substantially tangential to the exterior surface of the rotating members.
  • the rotating members may have a substantially conical shape, and the orifice may be constituted by slots whose direction of elongation may be substantially parallel to a generator of a rotating member.
  • the axis of the jet produced by the orifice when the latter is supported by a nozzle, may make an angle between 15 ° and 45 ° with the plane P and preferably an angle equal to 30 °.
  • two of the walls defining the internal shape of this slit may belong to two planes making an angle of 15 ° between them.
  • the tool may include two calibrated orifices located on either side of a plane substantially parallel to the axis of the tool, containing substantially the axis of rotation of a member. turning. These orifices can be adapted to each produce a jet oriented towards the rotating member and directed towards the cutting face. In addition, these orifices can be adapted to produce jets offset from one another.
  • the tool may include two other calibrated orifices each of said orifices being adapted to produce a jet directed towards the cutting face and towards one of said other rotating members respectively.
  • Each of the jets produced by the other orifices can be oriented substantially at 60 ° relative to the median axis defined by the two rotating members closest to said orifice.
  • One of the offset jets can make an angle close to 30 ° relative to the median axis defined by the two rotating members closest to this orifice.
  • the tool according to the present invention is particularly well suited for drilling soft and sticky terrains.
  • the tool represented in the figures is composed of a body 1 provided with three arms 2, only two of which are represented in FIGS. 2 and 3. These arms carry bodies for attacking the terrains constituted, for example, by rollers or conical knobs 3, 4 and 5 rotating on bearings not shown and whose axes are inclined relative to the axis 6 of the tool which corresponds to the direction of advance of the tool.
  • Each of these rotating members which can be of any known type, has teeth, as shown in Figures 1 and 2, capable of attacking the terrain at the level of the cutting face.
  • the height H, Figure 2 designates the height of the teeth.
  • the upper part 7 of the body 1 (fig. 3 and 4) is threaded to ensure the connection of the tool to a tool-carrying element which drives it in rotation.
  • This tool holder designated by the reference 8 (cf. FIG. 4), can be constituted by the drilling column in the case of rotary drilling.
  • the tool holder When the tool is directly driven in rotation by a downhole motor, the tool holder will be constituted by the rotor of this motor.
  • a cavity 9 which communicates directly with the inner pipe of the drill string.
  • the body of the tool is provided with nozzles 10a and 11a having calibrated orifices (10b, 10c, 11b and 11c) which communicate with the cavity 9 through the passages 15 and 16.
  • the nozzles 10a and 11a are placed in two free spaces 10 and 11 between the rollers, preferably being located substantially in the bisector planes of these spaces.
  • pairs of orifices (10b, 10c; 11b, 11c) are placed so that, during the operation of the tool, the fluid which feeds the cavity 9 escapes through these orifices (10b, 10c; 11b, 11c ) by forming two pairs of irrigation jets which flow in two free spaces 10 and 11 included respectively between the rotary members 4 and 5, 3 and 5 and in a direction having a component directed in the direction of progression of the tool in operation.
  • the reference 12 designates the third free space between the rotary members 3 and 4 which is free of any injection orifice (cf. Figures 1 and 4).
  • This provides an area for clearing the mud loaded with cuttings which is quickly removed from the face.
  • the supply of fluid to the calibrated orifices (10b, 10c; 11b, 11c), from the cavity 9 is through conduits designed so as to reduce the most possible pressure losses of the fluid in particular by a tangential connection to the wall of the cavity 9.
  • the calibrated orifices (10b, 10c; 11b, 11c) are constituted by the orifices of the nozzles 10a and 11a respectively.
  • the different orifices can be oriented so that the jets of fluid which exit from these orifices reach the rotating members in the immediate vicinity of the cutting face.
  • the axes of the jets leaving the calibrated orifices can be substantially tangent to the rotating members.
  • calibrated orifices can be circular orifices, but preferably they will have a slit shape, as can be seen in FIG. 2.
  • each of these slots is substantially parallel to the generator of the rotating member reached by the fluid jet, and arranged so that the jet acts over the greatest length. possible from this generator.
  • FIG. 5 represents the section of a calibrated orifice 10b. This orifice is connected to a conduit 21 having a central axis 22 opening at 18 at the level of the orifice 10.
  • the orifices 10b, 10c, 11b and 11c can have a slit shape, as shown in FIG. 2.
  • the planes 23 and 24 defining the walls of the duct 21 may make between them a low angle alpha (in Greek letter in FIG. 5), for example substantially close to 15 °.
  • the beta angle (in Greek letter in FIG. 5) formed by the axis 22 of the conduit 10b, this axis corresponding substantially to the axis of the jet, with the plane P may advantageously be between 15 ° and 45 ° and preferably equal to 30 °.
  • the central axes of these orifices can advantageously form an angle of 120 ° between them.
  • the nozzles are fixed interchangeably and they will be chosen by the user according to the flow rate and the pressure of the irrigation fluid.
  • the irrigation nozzles such as 10a could be carried by an extension 13 fixed to the body of the tool by any known means, such as a keying or a thread 14.
  • This extension could be an integral part of the tool body.
  • Figure 6 shows an embodiment of the tool particularly favorable for the removal of cuttings. This figure corresponds to a view from above of the face.
  • the arrow 25 corresponds to the direction of rotation of the tool.
  • This embodiment is described on the basis of a tool comprising three rotating members which are cones 26, 27 and 28.
  • References 32 and 33 designate two nozzles each having two oblong orifices, respectively 32b, 32c and 33b, 33c, placed on either side of the cone 26.
  • the jets 34, 35, 36 and 37 produced by the calibrated orifices 32b, 32c, 33b and 33c may be inclined at 60 ° (average value with respect to the axis of the tube supplying the fluid extender, which is parallel to tool axis). This corresponds to the gamma angle in Figure 5.
  • each jet can be tangent to the cone it sprinkles, in contact with the tool and the rock.
  • each nozzle 32, 33 has 2 orifices including one 32b, and 33b respectively, is oriented at approximately 60 ° with respect to the median axis 38, and 39 respectively, of the two cones 26, 28, and 26, 27 respectively, towards the inter-cone space 40 having no nozzles (space between cones 27 and 28 in Figure 6).
  • the orientation of the jet is about 30 °, so as to clean the teeth of the taper 26 located near the center of the tool.
  • the angle of 30 ° is to be considered with respect to the median axis 38 of the cones 26 and 28.
  • D is the diameter of the tool, as already indicated.
  • the angle Theta is to be considered with respect to the median axis 39 of the cones 26 and 27.
  • the tool can be fitted with a central nozzle for good cleaning of the dome and the center of the tool.
  • the nozzles 47 can be made of carbide. They can be placed inside the extension tubes 42, in order to provide protection against impacts.
  • the internal shape 43 is in the lower part, conical or paraboloid of revolution, so as to ensure perfect continuity of the flow between the tube and the nozzle.
  • FIG. 8 represents an embodiment of the nozzle 32 and FIG. 9 of the nozzle 33.
  • the angle Theta is 72 °.
  • Reference 44 designates a fixing mark.
  • the fixing of the nozzles in the extension tubes can be done either by brazing (non recoverable tubes), or mechanically (removable tubes).
  • FIG. 10 represents a removable nozzle 45.
  • the sealing of this nozzle to the extension tube is ensured by a seal 46 "0 RING".
  • Two keys 47 and 48 (fig. 11) allow the nozzle to be fixed in the transerval position along the median axis.
  • a locking screw 49 with stud can provide positioning security and avoids any vibration phenomenon.
  • This screw with nipple rests on a washer 50 in neoprene (or any other elastomer) in order to ensure the brake, unscrewing and creep functions of the elastomer after tightening, generates a setting of the nipple in the housing in the nozzle .

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Abstract

Outil pour le forage ayant un diamètre D, des dents de hauteur H portées par des molettes, des moyens d'irrigation adaptés à délivrer au moins un jet fluide d'irrigation par un orifice calibré, le centre dudit jet à sa sortie dudit orifice étant situé à une distance d du plan perpendiculaire à l'axe de l'outil passant par le sommet des dents considérées du côté du front de taille. Selon la présente invention les grandeurs D, H et d sont telles que d 1,8 H et 0,125 D<d<0,185 D. Application au forage des sols.

Description

  • La présente invention concerne un outil de forage. Plus particulièrement, mais sans que cela soit limitatif, la présente invention se rapporte à un outil ou trépan de forage pouvant être fixé à l'extrémité inférieure d'une colonne de forage. L'outil selon l'invention est d'un type comportant plusieurs organes tournants munis d'éléments taillants, ces organes pouvant être des molettes coniques tournant autour de roulements dont les axes sont inclinés par rapport à l'axe central de l'outil.
  • Par le passé, les performances de tels outils, utilisés pour le forage des terrains, ont été améliorées par l'action simultanée de jets de fluide de forage qui frappent le fond du trou, ou front de taille, dans chacun des espaces libres entre les organes d'attaques des terrains. Au niveau de l'outil, ce fluide de forage doit avoir comme fonctions essentielles de refroidir l'outil, de nettoyer cet outil ainsi que le front de taille, et d'évacuer rapidement les déblais (cuttings) vers l'espace annulaire compris entre la colonne de forage et la paroi du trou foré.
  • Dans un premier type d'outils selon l'art antérieur, les jets de fluide débouchent à un endroit situé notablement au-dessus du niveau des molettes. Il en résulte qu'avant d'atteindre le front de taille, les jets traversent le fluide de forage chargé en déblais qui remplit le fond du trou foré. De ce fait, la vitesse d'écoulement des jets au niveau de front de taille est considérablement ralentie, ce qui réduit leur efficacité. De plus, les jets entraînent une partie du fluide de forage chargé en déblais vers le front de taille où les déblais sont rebroyés par l'outil dont le rendement est ainsi diminué. Par ailleurs, les jets de fluide créent sur le front de taille une surpression qui comprime les terrains et l'on constate que la zone de contact entre l'outil et le front de taille où sont produits les déblais n'est pas suffisamment irriguée par le fluide de forage.
  • Diverses modifications ont été proposées, en particulier les outils du type indiqué ci-dessus ont été modifiés pour que les jets de fluide de forage débouchent aussi près que possible du front de taille et, parfois même, un jet axial a été ajouté. Néanmoins, ces perfectionnements n'ont pas donné entièrement satisfaction : le rebroyage des déblais n'a pas pu être supprimé, pas plus que la surpression au niveau du front de taille.
  • Dans un second type d'outil selon l'art antérieur, on a proposé d'utiliser, en combinaison avec les moyens d'irrigation constitués par des jets de fluide, des moyens d'aspiration du fluide chargé en déblais, ces moyens comportant un jet dirigé en sens opposé à celui de la progression de l'outil.
  • De tels outils sont notamment décrits dans les brevets français 2.378.938, 2.421.270 et 2.421.271.
  • La présente invention propose un outil du premier type ci-dessus défini, qui, par sa conception, est de réalisation simple et robuste, tout en ayant des performances d'utilisation considérablement accrues par rapport aux outils du même type et qui se rapprochent de celles du deuxième type, alors qu'ils ne comportent pas de jets d'aspiration.
  • L'outil pour le forage de terrains comporte, selon la présente invention :
    • . un corps d'outil destiné à être entraîné en rotation par un porte-outil, une cavité étant ménagée dans ce corps pour recevoir à travers le porte-outil un fluide sous pression,
    • . une pluralité d'organes tournants portés par le corps de l'outil et munis de dents d'attaque des terrains sur un front de taille, ces dents ayant une hauteur H, le diamètre dudit outil étant D,
    • . des moyens d'irrigation adaptés à délivrer au moins un jet fluide d'irrigation dirigé vers le front de taille, ces moyens comportant au moins un premier orifice calibré implanté sur le corps de l'outil, communiquant avec la cavité du corps d'outils et débouchant dans un espace compris entre deux organes tournants adjacents, ledit orifice calibré étant adapté à produire un jet fluide dirigé vers l'un des deux organes tournants entre lesquels est défini ledit premier espace, le centre dudit jet à sa sortie dudit orifice étant situé à une distance d du plan P perpendiculaire à l'axe de l'outil passant par le sommet des dents considérées du côté du front de taille. Selon la présente invention les grandeurs D, H et d sont telles que
    d ≧ 1,8 H et
    Figure imgb0001
    0,125 D < d < 0,185 D
    Figure imgb0002
  • L'outil selon l'invention comporte trois organes tournants définissant trois espaces compris entre deux organes tournants adjacents, et pour lequel uniquement deux des espaces sont équipés d'orifices calibrés, un seul de ces espaces étant exempt de tout orifice d'injection de fluide.
  • Lorque l'outil selon l'invention comprend des moyens d'irrigation qui comportent un prolongateur portant l'orifice calibré, le prolongateur étant à une distance minimum t du plan P, alors les grandeurs D, H et t peuvent être telles que : t ≧ 1,5 H et
    Figure imgb0003
    0,1 D < t < 0,15 D
    Figure imgb0004
  • Les moyens d'irrigation pourront comporter au moins deux orifices calibrés adaptés à produire des jets fluides respectivement dirigés vers les deux organes tournants entre lesquels est défini le premier espace.
  • Les moyens d'irrigations pourront comporter au moins une buse ou duse d'irrigation comportant le ou les orifices calibrés.
  • Le jet de fluide produit par l'orifice pourra avoir une orientation sensiblement tangentielle à la surface extérieure des organes tournants.
  • Les organes tournants pourront avoir sensiblement une forme conique, et l'orifice pourra être constitué par des fentes dont la direction d'allongement pourra être sensiblement parallèle à une génératrice d'un organe tournant.
  • L'axe du jet produit par l'orifice, lorsque celui-ci est supporté par une duse, pourra faire un angle compris entre 15° et 45° avec le plan P et préférentiellement un angle égal à 30°.
  • Lorsque l'orifice d'injection a une forme de fente, deux des parois définissant la forme interne de cette fente pourront appartenir à deux plans faisant entre eux un angle de 15°.
  • Selon une variante l'outil peut comporter deux orifices calibrés situés de part et d'autre d'un plan sensiblement parallèle à l'axe de l'outil, contenant sensiblement l'axe de rotation d'un organe tournant. Ces orifices pourront être adaptés à produire chacun un jet orientés vers l'organe tournant et dirigés vers le front de taille. De plus ces orifices pourront être adaptés à produire des jets décalés l'un par rapport à l'autre.
  • L'outil pourra comporter deux autres orifices calibrés chacun desdits orifices étant adapté à produire un jet dirigé vers le front de taille et vers l'un desdits autres organes tournant respectivement.
  • Chacun des jets produit par les autres orifices pourra être orienté sensiblement à 60° par rapport à l'axe médian défini par les deux organes tournant les plus proches dudit orifice.
  • L'un des jets décalés pourra faire un angle voisin de 30° par rapport à l'axe médian défini par les deux organes tournant les plus proches de cet orifice.
  • L'autre jet décalé pourra faire un angle voisin de thêta, thêta étant défini par : tg(thêta) = 3 1- 4e D
    Figure imgb0005
    où D correspond au diamètre de l'outil comme cela à déjà et e correspond à la distance séparant ledit orifice de la circonférence circonscrite à l'outil.
  • L'outil selon la présente invention est particulièrement bien adapté pour le forage des terrains tendres et collants.
  • L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
    • la figure 1 représente, vu de dessous, l'outil selon l'invention;
    • la figure 2 illustre schématiquement les grandeurs ayant une importance pour l'obtention de bonnes performances de l'outil;
    • les figures 3 et 4 montrent l'outil vu en coupe, respectivement selon les lignes X′X et Y′Y de la figure 1,
    • la figure 5 illustre schématiquement la configuration d'un orifice calibré avec son conduit amont,
    • la figure 6 représente un mode de réalisation particulièrement efficace pour l'enlèvement des déblais, et
    • les figures 7 à 11 montrent les différentes variantes de réalisation et de fixation des duses;
  • L'outil représenté sur les figures est composé d'un corps 1 muni de trois bras 2, dont deux seulement sont représentés aux figures 2 et 3. Ces bras portent des organes d'attaque des terrains constitués, par exemple, par des rouleaux ou molettes coniques 3, 4 et 5 tournant sur des roulements non représentés et dont les axes sont inclinés par rapport à l'axe 6 de l'outil qui correspond à la direction d'avancement de l'outil. Chacun de ces organes tournants, qui peut être de tout type connu, comporte des dents, comme représenté aux figures 1 et 2, capables d'attaquer les terrains au niveau du front de taille. La hauteur H, figure 2, désigne la hauteur des dents.
  • La partie supérieure 7 du corps 1 (fig. 3 et 4) est filetée pour assurer le raccordement de l'outil à un élément porte-outil qui l'entraîne en rotation.
  • Ce porte-outil, désigné par la référence 8 (cf. figure 4), peut être constitué par la colonne de forage dans le cas du forage rotary. Lorsque l'outil est directement entraîné en rotation par un moteur de fond, le porte-outil sera constitué par le rotor de ce moteur.
  • Dans le corps 1 de l'outil est ménagée une cavité 9 qui communique directement avec la canalisation intérieure de la colonne de forage.
  • Le corps de l'outil est pourvu de buses 10a et 11a ayant des orifices calibrés (10b, 10c, 11b et 11c) qui communiquent avec la cavité 9 par les passages 15 et 16. Les buses 10a et 11a sont placées dans deux espaces libres 10 et 11 entre les molettes, en étant de préférence situées sensiblement dans les plans bissecteurs de ces espaces. Les couples d'orifices (10b, 10c ; 11b, 11c) sont placés de telle sorte que, pendant le fonctionnement de l'outil, le fluide qui alimente la cavité 9 s'échappe par ces orifices (10b, 10c ; 11b, 11c) en formant deux paires de jets d'irrigation qui s'écoulent dans deux espaces libres 10 et 11 compris respectivement entre les organes tournants 4 et 5, 3 et 5 et dans un sens ayant une composante dirigée dans le sens de progression de l'outil en fonctionnement.
  • La référence 12 désigne le troisième espace libre compris entre les organes tournants 3 et 4 qui est exempt de tout orifice d'injection (cf. figures 1 et 4).
  • On dispose ainsi d'une zone de dégagement de la boue chargée de déblais qui est évacuée rapidement du front de taille.
  • Les déblais sont ainsi évacués du front de taille aussitôt qu'ils sont formés et, dans ces conditions, l'outil de forage reste propre en permanence, ce qui permet des vitesses de forage accrues et augmente la longévité des organes de l'outil (dentures, paliers, etc...). Ceci est symbolisé par les flèches 17.
  • Ainsi que le montre la figure 3, Il peut être avantageux, que l'alimentation en fluide des orifices calibrés (10b, 10c ; 11b, 11c), à partir de la cavité 9 se fasse par des conduits conçus de manière à réduire le plus possible les pertes de charges du fluide notamment par un raccordement tangentiel à la paroi de la cavité 9.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré dans les figures, les orifices calibrés (10b, 10c ; 11b, 11c) sont constitués par les orifices des buses 10a et 11a respectivement.
  • Les différents orifices peuvent être orientés de telle sorte que les jets de fluide qui sortent de ces orifices atteignent les organes tournants dans le voisinage immédiat du front de taille. Autrement dit, les axes des jets sortant des orifices calibrés peuvent être sensiblement tangents aux organes tournants.
  • Ces orifices calibrés peuvent être des orifices circulaires, mais de préférence ils auront une forme de fente, comme on peut le voir sur la figure 2.
  • Dans ces conditions, pour obtenir une efficacité maximale des jets d'irrigation, chacune de ces fentes est sensiblement parallèle à la génératrice de l'organe tournant atteinte par le jet de fluide, et agencée de façon que le jet agisse sur la plus grande longueur possible de cette génératrice.
  • D'excellents résultats peuvent être obtenus en respectant les conditions suivantes :
    Figure imgb0006

    ou/et
    Figure imgb0007
  • Les différentes lettres figurant dans les équations ci-dessus correspondent aux définitions ci-dessous qui sont illustrées par la figure 2.
  • d :
    distance qui sépare le centre 18 d'un orifice de sortie 10b du plan P perpendiculaire à l'axe de l'outil 6 et qui passe par le sommet 19 des dents les plus proches du front de taille;
    H :
    représente la hauteur des dents 20;
    D :
    représente le diamètre de l'outil. Sur la figure 2, on a représenté D/2 qui correspond au rayon de l'outil, et
    t :
    la distance minimum entre la base de la buse ou du prolongateur et le plan P.
  • La figure 5 représente la section d'un orifice calibré 10b. Cet orifice est connecté à un conduit 21 ayant un axe central 22 débouchant en 18 au niveau de l'orifice 10.
  • Les orifices 10b, 10c, 11b et 11c peuvent avoir une forme de fente, comme représenté à la figure 2.
  • Les plans 23 et 24 définissant les parois du conduit 21 pourront faire entre eux un angle alpha (en lettre grecque sur la figure 5) faible, par exemple sensiblement voisin de 15°.
  • L'angle bêta (en lettre grecque sur la figure 5) que fait l'axe 22 du conduit 10b, cet axe correspondant sensiblement à l'axe du jet, avec le plan P pourra être avantageusement compris entre 15° et 45° et préférentiellement égal à 30°.
  • Lorsqu'une buse comporte deux orifices calibrés, les axes centraux de ces orifices pourront faire, avantageusement, entre eux un angle de 120°.
  • Bien entendu, les buses sont fixées de façon interchangeable et elles seront choisies par l'utilisateur en fonction du débit et de la pression du fluide d'irrigation.
  • Des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, comme le montre la figure 3, les buses d'irrigation telles que 10a pourront être portées par un prolongateur 13 fixé au corps de l'outil par tout moyen connu, tel qu'un clavetage ou un filetage 14. Ce prolongateur pourra faire partie intégrante du corps de l'outil.
  • La figure 6 montre un mode de réalisation de l'outil particulièrement favorable à l'évacuation des déblais. Cette figure correspond à une vue par dessus du front de taille.
  • La flèche 25 correspond au sens de rotation de l'outil.
  • Ce mode de réalisation est décrit sur la base d'un outil comportant trois organes tournant qui sont des cones 26, 27 et 28.
  • Les axes de rotation des cônes sur eux-mêmes sont désignés respectivement par les références 29, 30 et 31.
  • Les références 32 et 33 désignent deux duses comportant chacune deux orifices de forme oblongue, respectivement 32b, 32c et 33b, 33c, placés de part et d'autre du cône 26.
  • Les jets 34, 35, 36 et 37 produits par les orifices calibrés 32b, 32c, 33b et 33c pourront être inclinés à 60° (valeur moyenne par rapport à l'axe du tube d'amenée au prolongateur du fluide, lequel est parallèle à l'axe de l'outil). Ceci correspond à l'angle gamma sur la figure 5.
  • De préférence chaque jet pourra être tangent au cône qu'il asperge, au contact de l'outil et de la roche.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 6, l'orientation des jets dans un plan normal à l'axe de l'outil au niveau du front de taille est la suivante : chaque duse 32, 33 possède 2 orifices dont un 32b, et 33b respectivement, est orienté à environ 60° par rapport à l'axe médian 38, et 39 respectivement, des deux cônes 26, 28, et 26, 27 respectivement, vers l'espace intercône 40 ne comportant pas de duses (espace compris entre les cônes 27 et 28 sur la figure 6).
  • En ce qui concerne les autres orifices 32c et 33c de chaque duse 32 et 33 respectivement, pour celui 32c situé entre les cônes entre les cônes 26 et 28, l'orientation du jet est à environ 30°, de manière à nettoyer les dents du cône 26 situées prés du centre de l'outil. L'angle de 30° est à considérer par rapport à l'axe médian 38 des cônes 26 et 28.
  • Pour l'orifice 33c situé entre les cônes 26 et 27, l'orientation du jet est réalisée suivant un angle Thêta défini par : tg (Thêta) = 3 1 - 4e D
    Figure imgb0008
    de manière à nettoyer efficacement le diamètre extérieur du trou en cours de forage, ainsi que les dents ou lames, ou picots extrêmes du cône 1, e correspond à la distance qui sépare le centre de l'orifice calibré 33c de la circonférence de l'outil.
  • D est le diamètre de l'outil, comme cela a déjà été indiqué.
  • L'angle Thêta est à considérer par rapport à l'axe médian 39 des cônes 26 et 27.
  • Si l'espace 40 entre les cônes 27 et 28 (selon fig. 1) comporte une duse celle-ci sera bouchée, ou l'emplacement sera évidé et organisé de manière à favoriser un bon retour des déblais vers l'annulaire.
  • L'outil pourra être équipé d'une duse centrale pour un bon nettoyage du dôme et du centre de l'outil.
  • Les duses 47 (figure 7) pourront être fabriquées en carbure. Elles pourront être placées à l'intérieur des tubes prolongateurs 42, afin d'assurer une protection contre les chocs.
  • La forme intérieure 43 est dans la partie inférieure, de forme conique ou paraboloïde de révolution, de façon à assurer une continuité parfaite de l'écoulement entre le tube et la duse.
  • La figure 8 représente un mode de réalisation de la duse 32 et la figure 9 de la duse 33. Dans ce mode de réalisation l'angle Thêta fait 72° . La référence 44 désigne un repère de fixation.
  • La fixation des duses dans les tubes prolongateurs peut se faire soit par brasage (duses non récupérables), soit mécaniquement (duses amovibles).
  • La figure 10 représente une duse amovible 45. L'étanchéité de cette duse au tube prolongateur est assurée par un joint 46 "0 RING".
  • Deux clavettes 47 et 48 (fig. 11) permettent de fixer la duse en position transervale suivant l'axe médian. Une vis de blocage 49 avec téton peut assurer une sécurité de positionnement et évite tout phénoméne vibratoire.
  • Cette vis avec téton prend appui sur une rondelle 50 en néoprène (ou tout autre élastomère) afin d'assurer les fonctions de frein, de dévissage et de fluage de l'élastomère après serrage, engendre un calage du téton dans le logement dans la duse.

Claims (13)

1. Outil pour le forage de terrains, comportant :
- un corps d'outil (1) destiné à être entraîné en rotation par un porte-outil (8), une cavité (9) étant ménagée dans ce corps (1) pour recevoir à travers le porte-outil (8) un fluide sous pression,
- une pluralité d'organes tournants (3, 4, 5) portés par le corps (1) de l'outil et munis de dents d'attaque des terrains sur un front de taille, ces dents ayant une hauteur H, le diamètre dudit outil étant D,
- des moyens d'irrigation (10a,11a) adaptés à délivrer au moins un jet fluide d'irrigation dirigé vers le front de taille, ces moyens (10a,11a) comportant au moins un premier orifice calibré (10b,10c,11b,11c) implanté sur le corps (1) de l'outil, communiquant avec la cavité (9) du corps d'outil (1) et débouchant dans un espace (10, 11) compris entre deux organes tournants adjacents (4, 5 ; 5, 3), ledit orifice calibré (10b, 10c, 11b, 11c) étant adapté à produire un jet fluide dirigé vers l'un des deux organes tournants (4, 5 ; 5, 3) entre lesquels est défini ledit premier espace (10, 11), le centre dudit jet à sa sortie dudit orifice (10b, 10c, 11b, 11c) étant situé à une distance d du plan perpendiculaire à l'axe (6) de l'outil passant par le sommet des dents considérées du côté du front de taille, ledit outil comportant trois organes tournants (3, 4, 5) définissant trois espaces (10, 11, 12) compris entre deux organes tournants adjacents (4, 5 ; 5, 3 ; 3, 4) caractérisé en ce que deux seulement de ces espaces (10, 11) sont équipés d'orifices calibrés (10b, 10c, 11b, 11c), en ce qu'un seul espace (12) est exempt de tout orifice d'injection et en ce que les grandeurs D, H et d sont telles que
d ≧ 1,8 H et
Figure imgb0009
0,125 D < d < 0,185 D
Figure imgb0010
2. Outil selon la revendication 1, pour lequel lesdits moyens d'irrigation (10a, 11a) comportent un prolongateur portant ledit orifice calibré (10b, 10c, 11b, 11c), ledit prolongateur étant à une distance minimum t dudit plan, caractérisé en ce que les grandeurs D, H et t sont telles que : t ≧ 1,5 H et
Figure imgb0011
0,1 D < t < 0,15 D
Figure imgb0012
3. Outil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'irrigation comportent au moins deux orifices calibrés (10c, 10b ; 11b, 11c) adaptés à produire des jets fluides respectivement dirigés vers les deux organes tournants (4, 5 ; 5, 3) entre lesquels est défini ledit premier espace (10 ; 11).
4. Outil selon l'une des revendications 1 à 3 pour lequel les moyens d'irrigations comportent au moins une buse (10a ; 10b) d'irrigation supportant ledit ou lesdits orifices calibrés (10b, 10c ; 11b, 11c).
5. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jet fluide produit par ledit orifice (10b ; 10c ; 11b ; 11c) a une orientation sensiblement tangentielle à la surface extérieure desdits organes tournants (4 ; 5 ; 5; 3).
6. Outil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les organes tournants ont sensiblement une forme conique, caractérisé en ce que ledit orifice est constitué par des fentes sensiblement parallèles à une génératrice d'un organe tournant.
7. Outil selon l'une des revendications précédentes, pour lequel ledit orifice est supporté par une buse, caractérisè en ce que l'axe du jet produit par ledit orifice fait un angle compris entre 15 et 45° avec ledit plan et préférentiellement égal à 30°.
8. Outil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit orifice a une forme de fente dont deux des parois définissant la forme interne de ladite fente appartiennent à deux plans faisant entre eux sensiblement un angle de 15°.
9. Outil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux orifices calibrés situés de part et d'autre d'un plan sensiblement parallèle à l'axe de l'outil contenant sensiblement l'axe de rotation d'un organe tournant, caractérisé en ce que lesdits orifices sont adaptés à produire chacun un jet orienté vers ledit organe tournant et dirigé vers le front de taille et en ce que lesdits orifices sont adaptés à produire des jets décalés l'un par rapport à l'autre.
10. Outil selon la revendication 9 comportant deux autres organes tournants, caractérisé en ce qu'il comporte deux autres orifices calibrés chacun desdits orifices étant adapté à produire un jet dirigé vers le front de taille et vers l'un desdits autres organes tournants respectivement.
11. Outil selon la revendication 10, caractérisé en ce que chacun desdits jets produits par lesdits autres orifices est orienté sensiblement à 60° par rapport au plan défini par les deux organes tournants les plus proches dudit orifice.
12. Outil selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'un desdits jets décalés fait un angle voisin de 30° par rapport au plan défini par les deux organes tournants les plus proches dudit orifice.
13. Outil selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'autre jet décalé fait un angle voisin de thêta, thêta étant défini par : tg (Thêta) = 3 1 - 4e D
Figure imgb0013
ou D correspond au diamètre de l'outil et e correspond à la distance séparant ledit orifice de la distance du trou.
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