FR2517357A1 - Boring rod for ground working - is divided into three zones with centre having hard covering and shearing neck at top - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les tiges utilisées pour effectuer des forages dans le sol. The present invention relates to rods used for drilling in the ground.
Pour effectuer un forage dans le sol, on utilise généralement un trépan que lton anime en rotation à laide de tiges, ces tiges étant accouplées bout à bout à mesure que le forage progresse dans le sol. Afin de réaliser des forages dans de bonnes conditions et relativement profonds il a dejà eté proposé dtutiliser des tiges de forage de caractéristiques mécaniques différentes selon la position qu'elles occupent dans le train de tiges.C'est ainsi que la tige de forage située en tête, c'est-à-dire la tige de forage sur laquelle est fixé le trépan, communément appelée "drill collar", est une tige qui est de préférence à la fois lourde et rigide, tandis que les autres tiges forment ensemble du train de tiges, appelées communément "drill pipes" sont de préférence des tiges à la fois légères et souples. Dans la pratique, la différence de caractéristiques entre la tige de tête et les autres tiges est obtenue par une différence du diamètre des tiges de différentes sortes, et éventuellement, par une différence des caractéristiques mécaniques du métal constituant ces tiges. Un tel ensemble est relativement bien adapté aux forages rectilignes de grande profondeur.Toutefois, dans le cas de forages particulièrement difficiles, on a remarqué des comportements néfastes et une mauvaise résistance des tiges au niveau de la liaison entre la tige de tete relativement rigide et la tige suivante relativement souple. Pour cette raison, il a déjà été proposé dtin- tercaler, entre la tige dette communément appelée "drilI collar", et les tiges souples, communément appelées "drill pipe", une tige dite 'fintermédiai- re", qui est moins lourde et moins rigide que la tige de tete et plus lourde et plus rigide que les autres tiges. To drill in the ground, a drill is generally used which is driven in rotation using rods, these rods being coupled end to end as the drilling progresses in the ground. In order to carry out drilling in good conditions and relatively deep, it has already been proposed to use drill pipes with different mechanical characteristics depending on the position they occupy in the drill string. This is how the drill pipe located in head, that is to say the drill rod on which the drill bit is fixed, commonly called "drill collar", is a rod which is preferably both heavy and rigid, while the other rods form together the train rods, commonly called "drill pipes" are preferably rods that are both light and flexible. In practice, the difference in characteristics between the head rod and the other rods is obtained by a difference in the diameter of the rods of different kinds, and possibly, by a difference in the mechanical characteristics of the metal constituting these rods. Such an assembly is relatively well suited to very deep rectilinear drilling, however, in the case of particularly difficult drilling, harmful behavior and poor resistance of the rods have been noted at the connection between the relatively rigid head rod and the relatively flexible next stem. For this reason, it has already been proposed to insert, between the debt rod commonly called "drilI collar", and the flexible rods, commonly called "drill pipe", a rod called "finmediate", which is lighter and less rigid than the head rod and heavier and more rigid than the other rods.
Ce train de tiges utilisant une tige intermédiaire soulève un autre problème qui est celui de l'effet de collage des tiges. Lorsque les tiges de forage sont de forme cylindrique, à parois lisses et de diamètre seulement légèrement inférieur au diamètre du trou de forage, il se produit un effet de collage de ia tige sur la paroi du trou, d à une pression différentielle entre la pression de la boue entourant la tige et la pression des fluides contenus dans le terrain traversé. Ce phénomène bien connu peut être amplifié par l'adjonction d'une tige intermédiaire cylindrique à parois lisses. This string of rods using an intermediate rod raises another problem which is that of the sticking effect of the rods. When the drill rods are cylindrical in shape, with smooth walls and with a diameter only slightly smaller than the diameter of the borehole, there is a sticking effect of the rod on the wall of the hole, at a pressure differential between the pressure of mud surrounding the rod and the pressure of the fluids contained in the ground crossed. This well-known phenomenon can be amplified by the addition of a cylindrical intermediate rod with smooth walls.
Il est connu d'éviter le phénomène de collage précédemment cité en ménageant dans les tiges de forage des rainures hélicoldales. Seulement, les tiges ainsi rainurées présentent une surface externe réduite et s'usent par conséquent beaucoup plus vite, surtout dans leur partie centrale. It is known to avoid the above-mentioned bonding phenomenon by providing helical grooves in the drilling rods. Only, the rods thus grooved have a reduced external surface and therefore wear out much faster, especially in their central part.
Autre part, lorsque le forage n'est plus rectiligne mais dévié, les tiges doivent être sensiblement aussi lourdes que dans le cas de forages rectilignes mais doivent être plus souples. I1 faut donc dans ce cas utiliser des tiges différentes pour le forage dévié et pour le forage rectiligne, ce qui multiplie le nombre de tiges différentes, compliquant ainsi la gestion de ces tiges. On the other hand, when the drilling is no longer straight but deflected, the rods must be substantially as heavy as in the case of straight drilling but must be more flexible. It is therefore necessary in this case to use different rods for deviated drilling and for straight drilling, which multiplies the number of different rods, thus complicating the management of these rods.
La présente invention concerne donc une tige de forage qui permet d'éviter au mieux les inconvénients précédemment cités. The present invention therefore relates to a drill pipe which makes it possible to best avoid the abovementioned drawbacks.
La présente invention concerne plus particulièrement une tige de forage comprenant essentiellement un tube allongé muni aux deux extrémités dtéléments d'accouplement. The present invention relates more particularly to a drill pipe essentially comprising an elongated tube provided at both ends with coupling elements.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, il est prévu que le tube allongé présente longitudinalement trois zones différentes, une zone centrale et deux zones s'étendant de part et vautre de la zone centrale jusqutau voisinage des extrémités du tube, que les zones latérales se distinguent de la zone centrale par une plus grande flexibilité transversale obtenue par des rainures creusées hélicoidalement dans ces zones latérales, que les trois zones ont en outre un même diamètre externe, et que la zone centrale présente une surface cylindrique lisse ayant subi un rechargement de métal plus dur que le métal constituant le tube, afin de limiter l'usure dans cette zone. According to an essential characteristic of the invention, it is provided that the elongated tube has three different zones longitudinally, a central zone and two zones extending from one side and spanning from the central zone to the vicinity of the ends of the tube, than the lateral zones. are distinguished from the central zone by a greater transverse flexibility obtained by grooves helically hollowed in these lateral zones, that the three zones have moreover the same external diameter, and that the central zone presents a smooth cylindrical surface having undergone a reloading of harder metal than the metal constituting the tube, in order to limit wear in this area.
Une tige de forage conforme à la présente invention peut etre utilisée avantageusement, soit comme tige intermédiaire, soit, notamment dans les forages déviés, comme tige de tête munie du trépan. A drill rod according to the present invention can be used advantageously, either as an intermediate rod, or, in particular in deviated drilling, as a head rod provided with the drill bit.
D'autres caractéristiques et avantages propres à l'invention appa raîtront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, illustré par les dessins annexés. Other characteristics and advantages specific to the invention will appear during the detailed description of the embodiment which follows, illustrated by the appended drawings.
La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une tige de forage conforme à l'invention. Figure 1 shows an embodiment of a drill pipe according to the invention.
La figure 2 représente une variante de construction d'une tige de forage conforme à ltinvention. Figure 2 shows an alternative construction of a drill pipe according to the invention.
La figure 3 est une coupe transversale selon AA des figures 1 ou 2. FIG. 3 is a cross section along AA of FIGS. 1 or 2.
En se reportant à la figure 1, on distingue une tige de forage comprenant un corps allongé 1 muni à son extrémité supérieure d'un élément dtac- couplement 2 et muni à son extrémité inférieure d'un élément d'accouplement 3. Referring to FIG. 1, there is a drill rod comprising an elongated body 1 provided at its upper end with a coupling element 2 and provided at its lower end with a coupling element 3.
Les éléments d'accouplement 2 et 3 comportent respectivement des parties femelles et mâles filetées permettant la liaison bout à bout des tiges constituant le train de tiges. Le corps allongé 1 est constitué de trois zones 4, 5 et 6 différentes. La zone 5 est située approximativement au centre de la tige, elle a une forme cylindrique dont la surface externe lisse a subi un traitement destine à améliorer sa résistance à l'usure. The coupling elements 2 and 3 respectively comprise threaded female and male parts allowing the end-to-end connection of the rods constituting the drill string. The elongated body 1 is made up of three different zones 4, 5 and 6. Zone 5 is located approximately in the center of the rod, it has a cylindrical shape whose smooth outer surface has been treated to improve its resistance to wear.
Dans les zones latérales 4 et 6, s'étendant de part et d'autre de la zone centrale 5 jusqu'au voisinage des extrémités de la tige, le corps allongé 1 a une forme cylindrique et présente des évidements en forme de rainures hélicofdales 8, 9. Le diamètre du corps allongé 1 est le même pour les zones 4, 5 et 6. Les gorges hélicordales 8 et 9 permettent de diminuer la rigidité de la tige, tout en diminuant relativement peu le poids de cette tige.In the lateral zones 4 and 6, extending on either side of the central zone 5 to the vicinity of the ends of the rod, the elongated body 1 has a cylindrical shape and has recesses in the form of helical grooves 8 , 9. The diameter of the elongated body 1 is the same for zones 4, 5 and 6. The helical grooves 8 and 9 make it possible to reduce the rigidity of the rod, while relatively little reducing the weight of this rod.
La zone centrale 5 qui présente le même diamètre que les zones latérales 4 mais qui ne présente pas de gorge , - a donc une rigide supérieure à celle des zones latérales 4 et 6, et a d'autre part une surface externe lisse qui résiste évidemment mieux à l'usure.The central zone 5 which has the same diameter as the lateral zones 4 but which does not have a groove, - therefore has a stiffness greater than that of the lateral zones 4 and 6, and on the other hand has a smooth external surface which obviously resists better to wear.
Lorsque la tige est utilisée dans un forage dévié, le frottement de la tige sur les parois du trou de forage est relativement important, notamment dans la région centrale de la tige. Il est important dans ces conditions, que la partie centrale de la tige présente une surface cylindrique dépourvue d'entailles, cette surface ayant subi de préférence un rechargement dur. Mais si cette zone centrale 5 est bien adaptée pour résister à l'usure, il nest pas souhaitable que le contact soit limité à cette zone 5.Pour cette raison, ensemble du corps allongé 1 présente un diamètre constant sur toute sa longueur, et ainsi la surface cylindrique 7 de la zone centrale 5 s'détend de part et d'autre, tout le long de la tige, en des surfaces cylindriques 12 et 13 de même diamètre, situées entre les rainures 8 et 9, et qui étendent la zone de contact de la tige avec le trou de forage à la majeure partie de la tige. Le fait que cette tige présente différentes zones avec des caractéristiques mécaniques différentes, tout en ayant un diamètre constant sur toute la longueur utile du corps 1, confère à la tige des performances inégalées jusqu'ici. When the rod is used in a deviated borehole, the friction of the rod on the walls of the borehole is relatively high, especially in the central region of the rod. It is important under these conditions, that the central part of the rod has a cylindrical surface devoid of notches, this surface having preferably undergone hard recharging. But if this central zone 5 is well suited to resist wear, it is not desirable that the contact is limited to this zone 5. For this reason, the entire elongated body 1 has a constant diameter over its entire length, and thus the cylindrical surface 7 of the central zone 5 extends on either side, all along the rod, into cylindrical surfaces 12 and 13 of the same diameter, located between the grooves 8 and 9, and which extend the zone rod contact with the drill hole at most of the rod. The fact that this rod has different zones with different mechanical characteristics, while having a constant diameter over the entire useful length of the body 1, gives the rod performances unequaled until now.
Le fait que la zone centrale 5 soit plus rigide que les zones latérales 4 et 6 procure à la tige un bon comportement, la flexibilité accrue vers les extrémités améliorant en effet la tenue des éléments d'accouplement 2, 3. On peut en outre améliorer encore cette tige en ménageant, à ses deux extrémités, un rétreint 10, 11, destiné à éviter les concentrations de contraintes au droit de l'élément d'accouplement correspondant 2, 3. Même si un rétreint 11 n'est pas prévu à la liaison entre l'extrémité inférieure du corps allongé 1 et l'élément dtaccouplement inférieur 3, comme représenté en figure 1, il peut être tout de même intéressant de ménager un rétreint 10 à la partie supérieure de la tige, afin de faciliter la saisie et le levage de cette tige. The fact that the central zone 5 is more rigid than the lateral zones 4 and 6 provides the rod with good behavior, the increased flexibility towards the ends in fact improving the behavior of the coupling elements 2, 3. It can also be improved still this rod by providing, at its two ends, a constriction 10, 11, intended to avoid the concentrations of stresses in line with the corresponding coupling element 2, 3. Even if a constriction 11 is not provided for in the connection between the lower end of the elongated body 1 and the lower coupling element 3, as shown in FIG. 1, it may still be advantageous to provide a constriction 10 at the upper part of the rod, in order to facilitate gripping and lifting this rod.
Dans la zone centrale 5, la surface externe peut être traitée de façon à accrottre sa dureté superficielle ou peut être recouverte d'une faible épaisseur de métal de dureté supérieure à celle de la tige, par exemple du carbure de tungstène, ou peut encore comporter des éléments en carbure de tungstène incrustés dans cette zone. In the central zone 5, the external surface can be treated so as to increase its surface hardness or can be covered with a small thickness of metal of hardness greater than that of the rod, for example tungsten carbide, or can also comprise tungsten carbide elements embedded in this area.
Les rainures hélicoidales 8 et 9 ménagées dans les zones 4 et 6 de la tige peuvent être réalisées, comme représenté en figure 3, par trois entailles plates régulièrement espacées, dont la profondeur p. est telle quelle laisse subsister une partie de la surface externe cylindrique 12, et dont cette même profondeur p est aussi, de préférence, telle que le moment d'inertie est sensiblement égal au moment d'inertie des rétreints 10 ou 11. The helical grooves 8 and 9 formed in the zones 4 and 6 of the rod can be produced, as shown in FIG. 3, by three regularly spaced flat notches, the depth of which p. is such that it leaves a part of the cylindrical external surface 12, and of which this same depth p is also, preferably, such that the moment of inertia is substantially equal to the moment of inertia of the constrictions 10 or 11.
Les rainures hélicoidales 8 et 9 évitent aussi à la tige l'effet de collage par le phénomène de pressions différentielles bien connu. The helical grooves 8 and 9 also avoid the sticking effect of the rod by the well-known differential pressure phenomenon.
On peut réaliser une tige de forage conforme à la présente invention en une seule pièce ou en plusieurs pièces. Sur-la figure 1, on a représenté une réalisation en trois pièces, les deux éléments dIaccouplement 2 et 3 étant constitués d'un premier matériau, le corps allongé 1 étant constitué d'un autre matériau, ces trois éléments étant soudés ensemble au niveau 14 et 15, de préférence à l'aide du procédé de soudage par friction. A drill rod can be produced in accordance with the present invention in one piece or in several pieces. In FIG. 1, an embodiment in three parts is shown, the two coupling elements 2 and 3 being made of a first material, the elongated body 1 being made of another material, these three elements being welded together at the level 14 and 15, preferably using the friction welding process.
Comme, en général, les éléments d'accouplement 2 et 3 ont un diamètre extérieur eupérieur au diamètre du corps allongé 1, ce procédé de construction en plusieurs éléments différents permet d'éviter un usinage sur toute la longueur du tube, entrainant une perte de matière et permet aussi de constituer chaque tronçon avec un matériau différent, le mieux adapté. Les zones 4, 5 et 6 du corps allongé peuvent etre éventuellement constituées de tron çons différents soudés bout à bout les uns aux autres.As, in general, the coupling elements 2 and 3 have an outside diameter greater than the diameter of the elongated body 1, this method of construction in several different elements makes it possible to avoid machining over the entire length of the tube, causing a loss of material and also makes it possible to constitute each section with a different material, the most suitable. The zones 4, 5 and 6 of the elongated body may possibly consist of different sections welded end to end to each other.
Dans la majeure partie des cas, la tige de forage comporte un trou longitudinal 16, le corps allongé 1 étant alors constitué d'un tube. In most cases, the drill pipe has a longitudinal hole 16, the elongated body 1 then being made of a tube.
Les dimensions du corps allongé 1 et de ses rainures, comparativement au diamètre du trou de forage, peuvent être telles que la tige conforme à l'invention présente une souplesse et un poids intermédiaires entre, respectivement, la souplesse et le poids de la tige munie du trépan et des au tres tiges. Par conséquent, une telle tige conforme à linvention peut être utilisée comme tige intermédiaire. The dimensions of the elongated body 1 and its grooves, compared to the diameter of the borehole, can be such that the rod according to the invention has a flexibility and an intermediate weight between, respectively, the flexibility and the weight of the rod provided of the drill bit and of the very stems. Consequently, such a rod according to the invention can be used as an intermediate rod.
Une tige conforme à la présente invention peut etre aussi utilisée comme tige de tête, cest-à-dire comme tige munie du trépan. Cette possibilité de double utilisation est un autre avantage de la tige conforme à l'invention. A rod according to the present invention can also be used as a head rod, that is to say as a rod provided with the drill bit. This possibility of dual use is another advantage of the rod according to the invention.
Pour réaliser une tige intermédiaire conforme à l'invention, on peut utiliser, de préférence, un acier de type 42 CD 4 pour le corps de la tige et 40 MD 7 pour les éléments d'accouplement. Le diamètre du corps de tige peut être de l'ordre de 70 % à 80 % du diamètre des éléments d'accouplement, et la profondeur p des rainures peut être de tordre de 12 /0 du diamètre du corps de tige. To produce an intermediate rod according to the invention, it is possible to use, preferably, a steel of type 42 CD 4 for the body of the rod and 40 MD 7 for the coupling elements. The diameter of the rod body can be of the order of 70% to 80% of the diameter of the coupling elements, and the depth p of the grooves can be of twist 12/0 of the diameter of the rod body.
L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui viennent dtêtre décrits, elle en comporte au contraire toutes les variantes et les perfectionnements de détail de construction. The invention is not limited to the embodiments which have just been described, on the contrary it includes all the variants and improvements in construction detail.
Claims (7)
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| FR8122227A FR2517357A1 (en) | 1981-11-27 | 1981-11-27 | Boring rod for ground working - is divided into three zones with centre having hard covering and shearing neck at top |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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ID=9264426
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Country Status (1)
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