FR2579663A1

FR2579663A1 - Trepan a fond de trou recuperable

Info

Publication number: FR2579663A1
Application number: FR8508033A
Authority: FR
Original assignee: MAYFIELD WALTER
Current assignee: MAYFIELD WALTER
Priority date: 1984-05-31
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1986-10-03
Also published as: US4651837A; CA1240983A; DE3519564A1; JPS6157789A; GB8512032D0; GB2159555A; GB2159555B

Abstract

UN TREPAN ROTATIF DE PERCAGE DE PUITS EST ABAISSE DANS UN TRAIN DE TIGES DE FORAGE 21 VERS UN ELEMENT TUBULAIRE SPECIAL D'ORIENTATION, DE POSITIONNEMENT ET D'ALIGNEMENT 22 FIXE A LA PARTIE INFERIEURE DU TRAIN DE TIGES DE FORAGE 21 A L'AIDE DE LA PRESSION DE LA BOUE ALORS QUE LE TREPAN 23 EST TOURNE D'ENVIRON 90 PAR RAPPORT A SA POSITION DE FONCTIONNEMENT NORMALE. LE TREPAN 23 EST PRE-POSITIONNE AVANT DE PENETRER DANS LE TRAIN DE TIGES DE FORAGE 21 ET UTILISE DES MOYENS DE POSITIONNEMENT DE TREPAN POUR ORIENTER ET POSITIONNER CORRECTEMENT LE TREPAN 23 AU FOND DU TROU FORE. UNE FOIS POSITIONNE ET ORIENTE CORRECTEMENT, UN MOTEUR 52 FIXE AU CABLE DE FORAGE 53 FAIT TOURNER UN ARBRE DE LIAISON 24 QUI SOULEVE LE TREPAN 23 DANS SON RECEPTACLE 41. LE RETRAIT DU TREPAN 23 EST REALISE EN REABAISSANT LE MOTEUR 52 FIXE AU CABLE DE FORAGE 53 ET EN FAISANT TOURNER L'ARBRE DE LIAISON 24 POUR DEGAGER L'ARBRE 25 DU TREPAN 23 ET SOULEVER LE CABLE DE FORAGE 53, LE MOTEUR 52 FIXE A CE CABLE, L'ARBRE DE LIAISON 24 ET LE TREPAN 23 DANS LE TRAIN DE TIGES DE FORAGE 21.

Description

Trépan à fond de trou récupérable.

La pratique habituelle, pour le creusement par rotation de trous de forage, est d'utiliser un trépan rotatif fixé à l'extrémité inférieure d'un train de tiges de forage. Du fait de l'usure du trépan, il faut récupérer l'ensemble du train de tiges de forage, remplacer le trépan émoussé par un trépan neuf ou réparé, puis réabaisser l'ensemble du train de tiges de forage dans le trou de forage. Ceci constitue une opération relativement lente et co6teuse, due en grande partie au temps nécessaire au désaccouplement et au réaccouplement subséquent des sections de la tige de forage. En outre, le temps nécessaire et les coûts augmentent à mesure que la profondeur du forage augmente. Les coûts deviennent même plus importants quand il s'agit de forages au large des c8tes, dits off- shore, du fait des coûts horaires très élevés des opérations effectuées sur les plate-formes de forage off-shore et

les navires de forage.

Il a été proposé d'éviter les dépenses provoquées par la remontée et l'abaissement de l'ensemble du train de tiges de forage en prévoyant un trépan d'un type pouvant être installé et récupéré directement en passant par l'intérieur du train de tiges de forage. Lorsque le trépan est émoussé, on le remplace sans retirer l'ensemble du train de tiges de forage. Mais les tentatives effectuées selon cette approche n'ont pas eu de succès du fait que les lames du trépan ont été relativement petites, imposant ainsi des limites au diamètre du trou qu'elles peuvent effectivement percer. La faible dimension des trépans est due en partie au fait que le diamètre interne du train de tiges de forage est relativement réduit. Le plus grand diamètre d'un train de tiges de

forage classique est d'environ 4 pouces (10,16 cm).

L'art antérieur a décrit divers types de trépans récupérables.

Mais aucun de ces derniers ne s'est comporté de façon satisfaisante dans les conditions de fonctionnement rencontrées quand on perce un trou de forage. Parmi ces conditions figurent les forces extrêmes agissant sur un trépan au cours du forage. Ces forces peuvent varier en fonction de la surface spécifique du trépan, du type du terrain, de la friction et de la chaleur. Lorsque les trépans sont incorrectement conçus, ces forces peuvent être transmises à des éléments qui ne peuvent leur résister. La conception de la structure d'un trépan est donc extrêmement importante; s'il en est autrement, des forces de forage importantes peuvent se concentrer sur un faible nombre de pièces qui sont vitales pour empêcher les trépans de casser ou d'être mis hors service de toute autre manière. Ceci a posé un problème particulier

pour les trépans récupérables de l'art antérieur.

Les opérateurs d'installations de forage sont peu enclins à utiliser des trépans susceptibles de casser dans un trou en raison des problèmes et des coûts occasionnés par la récupération des petits fragments de trépan hors du trou foré. Ils évitent également les trépans qui ne sont pas fiables en fonctionnement. Avec les trépans rétractables de l'art antérieur il n'a pas été possible de déterminer un procédé mécanique fiable de verrouillage d'un trépan dans sa

position de fonctionnement normale et de récupérer ensuite le trépan.

Les procédés de récupération et de verrouillage de trépans récupérables doivent être fiables, et les procédés aussi bien que les trépans doivent être capables de résister aux vibrations, aux forces et à la

chaleur existant dans l'environnement du forage.

Le brevet US No 3 306 377 décrit un trépan rétractable comportant un élément coulé ou corps bulbeux de forme généralement conique et convergeant vers le bas, avec un point inférieur correspondant au centre du trou de forage. Plusieurs segments de trépan en forme de coins et disposés verticalement sont montés de façon pivotante aux extrémités inférieures du corps bulbeux. L'ensemble des segments du trépan est abaissé à l'intérieur d'un train de tiges de forage et déployé dans la position de forage des segments, au dessous du train de tiges. On récupère le trépan en rétractant les segments en un ensemble compact et en faisant remonter cet ensemble dans le train de tiges de forage. Le brevet US No 3 369 618 décrit un trépan récupérable comprenant

une paire de lames coniques entraînées par un moteur à fond de trou.

Les lames sont suspendues côte à côte à l'intérieur d'un train de tiges de forage, au dessous du moteur. Quand elles sont abaissées au-dessous du train de tiges de forage, elles sont entraînées par la force centrifuge provoquée par le moteur vers leur position de forage. Il est possible de charger les lames en transmettant un poids à partir du train de tiges de forage et indirectement à ces lames. Mais les lames

sont nécessairement petites.

Le brevet US No 3 554 304 décrit un trépan rétractable complexe dans lequel trois segments de trépan en forme de losanges sont disposés l'un au-dessus de l'autre dans un raccord double femelles spécial à l'extrémité inférieure du train de tiges de forage. Le raccord comprend des guides qui orientent et assemblent les lames quand elles sont abaissées vers leur position de forage au-dessous du train de tiges de forage. On récupère le trépan en rétractant successivement ses segments

vers leur position de départ dans le raccord spécial.

Le brevet US No 3 880 247 décrit un trépan récupérable utilisant

deux lames coniques fixes centrales et deux lames coniques expansibles.

Toutes les lames sont nécessairement petites pour qu'elles puissent se loger à l'intérieur de la tige de forage. Cette faible dimension se

traduit par une faiblesse mécanique.

Un but général de la présente invention est de proposer un trépan rotatif perfectionné susceptible d'être abaissé et remonté à l'intérieur d'un train de tiges de forage. Un autre but est de proposer un trépan n'ayant pas besoin d'être assemblé et désassemblé en un ensemble de segments. Un autre but encore est de proposer un trépan récupérable, mais également simple et robuste, et capable de résister à

de fortes charges de forage.

Le trépan de l'invention est constitué par un trépan en une seule pièce que l'on peut remonter et faire descendre à l'intérieur d'un train de tiges de forage et que l'on peut positionner positivement et verrouiller dans sa position de fonctionnement normale dans un réceptacle situé au fond d'un raccord double femelle spécial ou de moyens tubulaires ou cylindriques creux. Ce raccord est fixé à l'extrémité inférieure d'un train de tiges de forage. Les charges provenant du forage peuvent donc être transmises directement du train de tiges de forage au trépan. La surface de forage du trépan est généralement plate et présente une dimension transversale suffisante

pour couvrir le diamètre du trou à forer.

Il présente une seconde dimension transversale susceptible de se disposer et de se déplacer à l'intérieur et le long du train de tiges de forage. Le trépan est conçu pour effectuer un mouvement en translation à partir d'une première orientation dans le sens du train de tiges de forage vers une seconde orientation de forage quand il émerge du fond du train de tiges de forage. Dans cette deuxième orientation, le trépan est en engagement positif avec le train de tiges de forage de manière à pouvoir être entraîné en rotation et chargé par

ce train de tiges de forage.

La présente invention procure de nombreux avantages qui apparaîtront plus clairement après avoir considéré une forme selon laquelle elle peut être mise en oeuvre. Ce mode de réalisation est illustré sur le dessin annexé qui fait partie de la présente

description. On comprendra que la description de ce mode de réalisation

est simplement illustrative et ne doit pas être prise dans un sens limitatif. La figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un trépan à fond de trou récupérable, lorsqu'il est abaissé en position, la figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, du trépan à fond de trou récupérable quand il est parvenu à la partie inférieure de son parcours, mais avant d'avoir été verrouillé en position de forage, la figure 3 est une vue en élévation, partiellement en coupe, du trépan à fond de trou récupérable dans sa position de forage normale, la figure 4 est une vue en élévation, partiellement en coupe, du trépan à fond de trou récupérable, dont l'arbre d'assemblage est détaché du trépan, la figure 5 est une vue en élévation, partiellement en coupe, du trépan à fond de trou récupérable lorsque le trépan est soulevé depuis sa position de forage normale, la figure 6 est une vue en perspective du moteur en bout de câble, du manchon à encoches de fixation au câble, du mécanisme de positionnement du trépan à fond de trou récupérable, et une vue fragmentaire de l'arbre d'assemblage, la figure 7 une vue en élévation du trépan, du dispositif de pivotement, du mécanisme de désaxage, des moyens élastiques et d'un câble de retenue de trépan, et la figure 8 est une vue par dessous d'un trépan à fond de trou récupérable dans sa position de forage normale, selon la ligne 8-8 de

la figure 3.

Le trépan à fond de trou récupérable spécifique qui est illustré sur le dessin peut être récupéré dans son ensemble par un train de tiges de forage 21 entre une installation de forage et le fond du trou de forage. Le trépan peut être déplacé dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux spécial 22 fixé à la partie inférieure du train de tiges de forage. Avant de commencer a abaisser le trépan dans le train de tiges de forage 21, on soulève ce

train de tiges de forage 21 du fond du trou foré.

Comme illustré à la figure 1, le trépan 23 est abaissé dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22, dans une position qui est approximativement à 90 par rapport à sa position de forage normale. Le trépan 23 est fixé à l'extrémité inférieure d'un arbre de liaison 24 au moyen d'un élément fileté 25 qui se visse dans un trou taraudé 26 constitué dans le trépan 23. Le trépan 23 présente des surfaces de coupe semblables aux surfaces de coupe habituellement connues dans ce domaine de la technique, telles que celles d'un trépan en losange ou un trépan en queue de poisson ou encore un trépan à lames. L'élément fileté 25 est fixé de façon pivotante par un dispositif de pivotement 27 à la partie inférieure du mécanisme de désaxage 28. Une extrémité d'un mécanisme de désaxage 28 est fixée de façon pivotante à un mécanisme de désaxage 29. Le mécanisme de désaxage 29 permet d'abaisser un trépan surdimensionné 23 dans le diamètre interne limité du train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 en décalant l'axe du mécanisme de désaxage inférieur 28 par rapport à l'axe de l'arbre de liaison 24. Le mécanisme de désaxage 29 est fixé à l'extrémité

inférieure 24a de l'arbre de liaison et donc à l'arbre de liaison 24.

Le bord supérieur 30 du trépan 23 est disposé étroitement contre le côté du mécanisme de désaxage 29, permettant ainsi à un trépan sur-dimensionné de se disposer correctement dans le diamètre interne du train de tiges de forage 21 et du diamètre interne de l'élément

tubulaire creux 22 quand le trépan 23 est abaissé en position.

Le trépan 23 est maintenu en position verticale, qui est environ à par rapport à sa position de travail normale, par la section de

paroi plus mince 31 d'un dispositif de positionnement 32.

Le dispositif de positionnement 32 consiste en un élément tubulaire ou cylindrique creux dont le diamètre externe est complémentaire du diamètre interne de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22, avec des tenons de positionnement de trépan 33, des fentes longitudinales 34, un manchon fileté captif 35, une section de paroi plus mince 31, et une partie inférieure en caoutchouc 65. Le manchon fileté captif 35 consiste en un corps cylindrique dont le diamètre externe est complémentaire du diamètre interne du dispositif de positionnement 32, il se visse de manière à être en engagement avec l'arbre d'assemblage 24, et il comprend des tenons anti-rotation en saillie en engagement dans les fentes longitudinales 34. Les deux tenons de positionnement de trépan 33 du dispositif de positionnement 32 sont espacés de 180 . Les deux fentes longitudinales 34 constituées dans le dispositif de positionnement 32 sont espacées l'une de l'autre de 180 , et de 90 par rapport aux tenons de positionnement 33 du trépan. Les tenons de positionnement de trépan 33 sont engagés dans des fentes ou gorges 37 qui font partie intégrante de l'élément tubulaire ou cylindrique creux spécial 22. Les tenons 33 sont guidés dans les gorges ou fentes 37 de la manière nouvelle et innovatrice montrée aux figures 1 et 2. Les parois à gorges ou fentes 37 sont usinées de manière à être inclinées en direction d'un sommet 38 constitué par une paroi en pente graduelle 39. Le sommet 38 est arrondi à son point supérieur, ce qui permet au tenon de positionnement 33 de venir en contact soit avec le sommet 38, soit avec les parois en pente 39. Ces moyens de guidage permettent donc au tenon 33 d'être guidé graduellement et de façon uniforme dans la fente ou gorge 37 et donc de positionner et d'insérer positivement le tenon de positionnement 33 du

dispositif de positionnement de trépan 32 dans la fente ou gorge 37.

Le trépan 23 est abaissé dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22, les tenons anti-rotation 36 du manchon fileté étant appliqués contre l'extrémité supérieure 40 des fentes longitudinales 34. L'orientation correcte du trépan 23 est facilitée, pour rendre son positionnement correct et sa mise en place dans le réceptacle 41 plus faciles, par des écrous de verrouillage 42 montés sur l'arbre de liaison fileté sur la surface supérieure 43 du

manchon taraudé 35.

Le trépan est positionné au moyen d'un gabarit de positionnement, et lorsque l'orientation correcte du trépan est atteinte, on serre les écrous de verrouillage 42 contre la surface supérieure 43 du manchon taraudé 35. L'orientation correcte du trépan est ainsi assurée lorsque l'ensemble du dispositif descend dans le train de tiges de forage 21 et

l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22.

Le trépan est abaissé dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 au moyen d'un manchon à encoches de fixation à un câble 44. La descente de l'ensemble du trépan dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 est facilitée en partie par l'écoulement de la boue dans le centre du train de tiges de forage 21. Ce courant de boue

facilite la poussée et le mouvement descendant du trépan.

Le manchon de fixation au câble 44 consiste en un manchon rotatif creux dont le diamètre externe est complémentaire du diamètre interne de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22, et il comprend une partie inférieure taraudée 46 vissée sur l'arbre ou la tige d'assemblage 24. Le manchon à encoches de fixation au câble 44 est maintenu captif dans l'arbre ou la tige d'assemblage 24 au moyen d'une butée d'extrémité d'arbre 47. Le manchon à encoches de fixation au câble 44 comprend deux jeux de gorges ou encoches. Un jeu de gorges ou encoches dénommées fentes d'abaissement et de positionnement 48 sont utilisées pour coopérer avec les tenons 49 de l'arbre de sortie du moteur en bout de câble pendant l'abaissement du trépan à fond de trou récupérable. Le second jeu de fentes dénommées fentes de soulèvement et de récupération 50 coopère avec les tenons 49 de l'arbre de sortie du moteur en bout de câble pour soulever le trépan à fond de trou récupérable hors de l'élément cylindrique creux 22 et de la tige de

forage 21.

Les tenons 49 de l'arbre de sortie du moteur en bout de câble font saillie de cet arbre 51. L'arbre 51 est entraîné ou mis en rotation soit dans le sens des aiguilles d'une montre soit en sens contraire (vu par le dessus du moteur et vers le bas) par le moteur en bout de câble de forage 52. Le moteur est fixé au câble de forage 53 au point de fixation 54. A mesure que le câble de forage 53 abaisse le moteur et le dispositif à trépan récupérable qui est fixé sur lui dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22, les tenons anti- rotation 55 du moteur en bout de câble sont guidés par le sommet 38 des gorges ou fentes et des parois en pente 39 dans la fente ou gorge 37. La gorge ou fente 37 empêche la rotation du carter 52 du moteur en bout de câble chaque fois que l'arbre 51 de ce moteur est entraîné en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire. Le moteur en bout de câble 52 est excité par le câble

électrique 56 qui est enroulé en spirales autour du câble de forage 53.

Le moteur 52 peut être un moteur alimenté soit en courant continu soit en courant alternatif. En variante, les conducteurs électriques utilisés pour exciter le moteur en bout de câble de forage 52 peuvent

faire partie intégrante du câble de forage 53.

En variante, on peut utiliser un moteur hydraulique à la place d'un moteur électrique, cas dans lequel les conduites hydrauliques sont enroulées en spirale autour du câble de forage ou font partie

intégrante de ce dernier.

De toute manière, le moteur doit être capable de changer de sens selon les désirs de l'opérateur situé en haut de l'installation de forage. La boue de forage est mise en circulation sur le fond du trépan pour faciliter la lubrification de ce trépan pendant le forage, et pour faciliter l'évacuation des débris détachés par le forage. La boue s'écoule par un passage annulaire ou une chemise à boue 57 définie par un anneau constitué dans les parois internes de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22. La chemise à boue 57 est munie d'entrées de boue 59. A mesure que la boue est pompée vers le bas dans le train de tiges de forage 21, elle pénètre par les entrées de boue 59 et descend autour de la chemise à boue 57. Quand la boue atteint le fond 60 de la chemise à boue, elle pénètre dans les buses à boue 61. La boue qui pénètre dans les buses à boue 61 sort par des sorties de boue 62 illustrées à la figure 8. Pour faciliter la circulation de la boue autour de la circonférence extérieure du réceptacle à trépan 41, des fentes 63 sont découpées dans la circonférence extérieure du réceptacle à trépan 41, comme illustré à la figure 8. On comprendra que l'on puisse pomper la boue de forage au fond du train de tiges de forage 21 par les entrées de boue 59, la fait sortir par les sorties de boue 62 et la ramener vers le haut par les fentes à boue 63; ou en variante, il est possible de pomper la boue du forage dans le bas sur la circonférence extérieure du train de tiges de forage 21 et au travers des fentes à boue 63, les ouvertures à boue 62 étant utilisées comme parcours de retour pour la boue de forage. Dans ce cas, la boue passe par les buses à boue 61 pour parvenir au fond de la chemise à boue 60, traverse la chemise à boue 57, sort par des sorties de boue 59 et remonte par le train de tiges de

forage 21.

Lorsque le dispositif à trépan à fond de trou récupérable est abaissé dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22, les tenons de positionnement de trépan 33 sont guidés par le sommet 38 et les parois en pente 39 vers les gorges ou fentes de positionnement 37. Lorsque le dispositif de positionnement 32 descend dans les gorges ou fentes 37, les tenons anti-rotation 55 du moteur en bout de câble sont guidés par le sommet 38 et les parois en pente 39 vers les fentes ou gorges de positionnement 37. Le déplacement du dispositif à trépan à fond de trou récupérable se poursuit jusqu'à ce que le fond 64 de la gorge ou fente 37 soit atteint. Ensuite, le trépan 23 continue à se déplacer jusqu'à ce que les tenons anti-rotation 36 atteignent le fond 67 des fentes longitudinales 34 (voir figures 1 et 2). Lorsque les tenons anti-rotation glissent du haut 40 des fentes longitudinales 34 vers le fond 67 de ces fentes longitudinales 34, le trépan 23 sort en glissant de la section plus mince 31 du dispositif de positionnement 32 et est propulsé en partie dans une position dans laquelle le trépan 23 est dans un alignement lui permettant d'être reçu dans le réceptacle à trépan 41, par les moyens de sollicitation 66 et également en partie par la boue qui descend par le centre du train de tiges de forage 21. En ce point, le trépan 23 a pénétré dans le réceptacle à trépan 41 et l'axe du trépan 33 est approximativement perpendiculaire à l'axe de l'arbre d'assemblage,

comme illustré à la figure 2.

Le trépan 23 'a été orienté de manière à être disposé dans le réceptacle 41 par le dispositif de positionnement 32 et les écrous de

verrouillage 42 qui sont serrés contre la surface 43 du manchon fileté.

Lorsque les tenons de positionnement 33 établissent un contact avec le fond 64 de la fente ou gorge 37, le trépan 23 sort en glissant de la section à paroi plus mince 31 du dispositif de positionnement 32 (illustré à la figure 2), au-delà de la pointe en caoutchouc flexible 65. Le parcours descendant du trépan 23 se poursuit jusqu'à ce que la surface 46a, au fond du manchon rotatif creux 43, établisse un contact avec la surface 32a à la partie supérieure du manchon de positionnement 32. Le trépan 32 est également sollicité vers une position perpendiculaire à l'axe de l'arbre d'assemblage par des moyens de sollicitation ou un élément élastique 66. Les moyens de sollicitation ou l'élément élastique 66 peuvent être constitués par tout élément

élastique approprié tel qu'un ressort.

Lorsque le trépan 23 a été sollicité vers une position qui est approximativement celle o l'axe du trépan 23 est perpendiculaire à l'axe de l'arbre ou de liaison 24, la mise en place du trépan 23 dans le réceptacle à trépan 41 peut être partiellement facilitée en abaissant le train de tiges de forage 21 sur le trépan 23, ce qui sollicite le réceptacle à trépan 41 contre le trépan 23. Le trépan 23 est verrouillé en position en faisant tourner le manchon rotatif 44 dans le sens des aiguilles d'une montre (quand on regarde du haut vers le bas) autour de l'arbre de liaison 24. Le manchon rotatif creux 44

est en engagement par vissage avec les filets de l'arbre de liaison 24.

Cet engagement par vissage de l'arbre de liaison 24 fait remonter le

trépan 23 en le tirant vers le haut dans le réceptacle à trépan 41.

L'arbre de liaison 24 est empêché de tourner lorsque le manchon rotatif creux 44 est entratné en rotation par les écrous de verrouillage 42 reposant contre la partie supérieure de la surface 43 du manchon fileté 35. Le manchon fileti 35 est empêché de tourner lorsque le manchon rotatif creux 44 est entraîné en rotation par les tenons anti-rotation 36 disposés dans des fentes longitudinales 34 du dispositif de positionnement 32. Ce dispositif de positionnement 32 est empêché de tourner lorsque le manchon rotatif creux 44 est entratné en rotation par les tenons de positionnement 33 engagés dans les gorges ou fentes

37. La rotation du manchon rotatif 44 se poursuivant, les tenons -

anti-rotation 36 circulent depuis le fond 67 des fentes longitudinales 34 vers le haut en direction de la partie supérieure 40 desdites fentes longitudinales 34. Le manchon fileté 35 se déplaçant du fond 67 des fentes longitudinales 34 vers le haut en direction de la partie supérieure 40 desdites fentes longitudinales 34, le trépan 23 est soulevé vers sa position de forage normale et verrouillé dans le réceptacle à trépan 41. Quand le trépan 23 est reçu dans le réceptacle à trépan 41, ce qui est sa position de forage normale, le manchon rotatif creux 44 maintient l'arbre 24 sous tension, ce qui retient le trépan 23 dans sa position de forage normale. Une fois que le trépan 23 est reçu et verrouillé dans le réceptacle à trépan 41, la poursuite de la rotation du manchon creux 44 est arrêtée par la partie supérieure du manchon de positionnement 32a qui porte contre la surface inférieure du

manchon rotatif creux 44.

Un aspect nouveau et innovateur de la présente invention est constitué par l"'élément en forme de T inverse" constitué par le trépan et l'arbre d'assemblage quand le trépan est dans sa position de fonctionnement normale. La surface supérieure du trépan est inclinée de manière à être adaptée de façon complémentaire aux surfaces inclinées du réceptacle à trépan 41. Ces surfaces inclinées complémentaires de même que la forme du trépan facilitent l'alignement et le positionnement corrects du trépan. De plus, la configuration du trépan réduit au minimum les forces qui sont concentrées sur de petites surfaces en augmentant la surface d'absorption de charge et en

réduisant de ce fait les charges par unité de surface.

Lorsque l'arbre de sortie 51 du moteur en bout de câble tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (quand on le regarde du haut vers le bas), le moteur 52 qui en bout de câble de forage est empêché de tourner par les tenons anti-rotation 52 maintenus captifs par les

gorges ou fentes 37.

La figure 3 montre le trépan 23 dans sa position de fonctionnement normale, verrouillé dans le réceptacle à trépan 41. Le positionnement et le logement corrects du trépan 23 dans le réceptacle à trépan 41 peuvent être répétés au moyen d'un microrupteur prévu dans le réceptacle à trépan. L'état du microrupteur est détecté par des fils supportés par le câble de forage qui sont abaissé en même temps que le moteur en bout de câble de forage. L'arbre de liaison 24 est maintenu sous tension du fait que cet arbre de liaison 24 est vissé dans le manchon rotatif creux 44, ce qui sollicite ce manchon rotatif creux 44 vers le bas, amenant la surface 46a du manchon rotatif creux 44 à reposer contre la surface 32a du dispositif de positionnement 32, avec pour résultat une force descendante appliquée au dispositif de

positionnement 32.

Les forces orientées vers le bas et agissant contre le dispositif de positionnement 32 sont transmises aux tenons de positionnement 33 qui sont de leur côté arrêtés par le fond de la fente ou gorge 64 qui résiste à ces forces. L'arbre de liaison 24 étant maintenu sous tension comme décrit ci-dessus, le trépan 23 est verrouillé dans sa position de forage normale dans le réceptacle à trépan 41. La tension appliquée à l'arbre de liaison 24 est maintenue en arrêtant la rotation de l'arbre

de liaison 24.

Avant de commencer les opérations de forage, le moteur en bout de câble de forage 52 et le câble de forage 53 sont retires du train de

tiges de forage 21 et de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22.

Le retrait du moteur 52 est réalisé par le retrait du câble de forage d'une manière classique. Au cours d'une opération de forage normale, le train de tiges de forage 21 est entraîné en rotation, ce qui provoque la rotation de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 et transmet la rotation au réceptacle à trépan 41 et au trépan 23. Dans le cas o le train de tiges de forage 21 est entraîné en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre (quand on regarde du haut vers le bas), les forces de rotation sont transmises des surfaces 69 et 70 aux surfacescorrespondantes du réceptacle à trépan (voir figures 7 et 8). Dans le cas o la rotation du train de tiges de forage 21 s'effectue dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (quand on regarde du haut vers le bas), les forces de rotation sont transmises par les surfaces

71 et 72 aux surfaces correspondantes du réceptacle à trépan.

Toutes forces ayant tendance à agir en compression ou vers le haut contre le trépan 23 sont transmises par la partie supérieure du trépan

73 aux surfaces correspondantes du réceptacle à trépan 41.

Un aspect nouveau et innovateur de ce trépan à fond de trou récupérable consiste dans le fait que toutes les forces de rotation et de compression du trépan sont transmises du trépan au réceptacle à trépan en utilisant de grandes surfaces en coupe, ce qui réduit la charge par unité de surface. Le trépan embrasse une surface importante en vue de la transmission des charges, ce qui réduit la possibilité de fatigue provoquée par des forces de forte amplitude réparties sur une

surface très petite.

Lorsque l'opérateur de l'installation de forage a constaté que le trépan 23 est émoussé, on soulève le train de tiges de forage du fond du trou foré et le moteur en bout de câble de forage 52 est abaissé dans le train de tiges de forage 21. L'abaissement du moteur en bout de câble de forage 52 peut être facilité en faisant circuler la boue de forage par le centre du train de tiges de forage 21, ce qui entraîne le moteur en bout de câble de forage 52 vers le bas. Le sommet 38 et les parois en pente 39 de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 guident les tenons d'orientation et anti-rotation du câble de forage dans la fente ou gorge 37. Le tenon 49 de l'arbre de sortie du moteur en bout de câble est guidé dans le manchon à encoches de fixation au câble de forage 44 par le sommet 44a du manchon à encoches et les cPtés en pente 44b, 44c. Lorsque la rotation de l'arbre 51 du moteur en bout de câble de forage commence dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (quand on regarde du haut vers le bas), le tenon 49 de l'arbre du moteur en bout de câble vient s'engager dans les fentes de soulèvement et de récupération 50 du manchon à encoches de fixation au câble de forage 44. La rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (en regardant du haut vers le bas) du manchon rotatif creux 44 amène la surface inférieure 46 du manchon rotatif creux 44 en contact avec l'extrémité de la butée 47 de l'arbre d'assemblage. Au moment o la surface 46 atteint l'extrémité de la butée 47 de l'arbre, l'ensemble de l'arbre 24 commence à tourner dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (quand on regarde du haut vers le bas). Cette rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre dévisse

l'arbre fileté 25 du réceptacle fileté 26 (voir figure 4).

Si l'on se réfère à la figure 4, la rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre de l'arbre d'assemblage 24 se poursuit jusqu'à ce que des moyens d'arrêt 74 viennent se coincer contre la surface inférieure 75 du manchon taraudé 35. Lorsque l'extrémité de la butée 74 de l'arbre vient en contact avec la surface de fond 75 du manchon taraudé 35, le moteur en bout de câble de forage 52 s'arrête, indiquant que le trépan 23 est parvenu au bout de sa course. On peut détecter la fin de cette course par un microrupteur monté dans le réceptacle du trépan. L'état du microrupteur est détecté par des fils supportés par le câble, abaissés avec le moteur en bout de

câble de forage.

Si on se réfère à la figure 5, le trépan à fond de trou récupérable est montré dans la position dans laquelle on le retire en utilisant le câble 53 pour soulever le moteur 52, le manchon rotatif creux 44, l'arbre de liaison 24, le dispositif de positionnement de trépan 32, l'élément inférieur de l'arbre de liaison 24a, les moyens de désaxage 29, l'élément inférieur des moyens de désaxage 28, le dispositif de pivotement 27 et le trépan 28 hors de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 et en le remontant par le train de tiges de forage 21. On récupère le trépan 23 au moyen du câble 76 qui est fixé au dispositif de pivotement 27 et au trépan 23. Le retrait du trépan et du moteur en bout de câble de forage est réalisé au moyen du retrait du

câble de la manière habituelle.

Lorsque l'ensemble ci-dessus a été sorti du train de tiges de forage 21 et lorsque le trépan 23 a été remplacé, on réengage l'arbre fileté 25 du trépan dans le réceptacle taraudé 26 de ce trépan. Le trépan 23 est également tourné de 90 par rapport à sa position de fonctionnement normale, l'axe vertical du trépan 23 tourné vers le haut étant désaxé par rapport à l'axe de l'arbre de liaison 24. Le trépan est poussé vers le haut au-delà des parties supérieures en caoutchouc jusque dans les moyens de retenue de trépan consistant en la section 31 de parois plus minces du dispositif de positionnement 32. Les écrous de verrouillage 42 montés sur l'arbre de liaison 24 sont positionnés à l'avance contre la surface supérieure 43 du manchon taraudé 35 pour

assurer un positionnement et une orientation corrects du trépan 23.

Lorsque le dispositif à trépan a été préparé et pré-positionné, on engage et on accouple le tenon 49 de l'arbre de sortie du moteur en bout de câble de forage dans les fentes d'abaissement et de positionnement 48 du manchon rotatif creux 44 et tout l'ensemble est abaissé dans le train de tiges de forage 21 et dans l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22. Cet abaissement du dispositif à trépan dans le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 est en partie facilité par le courant de boue descendant par le centre du train de tiges de forage 21. Ce courant de boue concourt à la poussée et facilite le parcours descendant du trépan. Une fois dans cette position, l'ensemble du processus de coulissement du trépan 23 hors des moyens de retenue 31 et dans le réceptacle à trépan 41 est répété. L'invention qui vient d'être décrite permet de retirer un trépan 23 sans retirer le train de tiges de forage 21 et l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22. L'invention décrit un moyen fiable de remplacement d'un trépan sans le trajet d'aller et retour au cours duquel on retire le train de tiges de forage du trou fore, ce qui demande du temps. De plus, l'invention concerne un procédé selon lequel un trépan monobloc et robuste 23 est efficacement abaissé dans un train de tiges de forage et au travers de l'élément tubulaire ou cylindrique creux 22 en vue d'être correctement positionné et orienté, en vue

d'assurer une mise en place correcte dans le réceptacle à trépan 41.

L'invention ci-dessus a été mise en oeuvre en utilisant un filetage à droite sur l'arbre de liaison et sur toutes les surfaces filetées. Cependant, on comprendra que l'invention puisse être également mise en oeuvre avec un arbre de liaison et des surfaces

filetées à filetage à gauche.

La présente invention fournit un dispositif à trépan à fond de trou récupérable décrit sous forme d'un mode de réalisation spécifique; mais de nombreuses variantes, modifications et variations apparaîtront

clairement à l'homme de l'art à lecture de la description qui précède

sans pour autant sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Trépan à fond de trou récupérable (23) destiné à être utilisé avec un train de tiges de forage pour le forage d'un trou, caractérisé en ce que: (a) un trépan monobloc (23) est dimensionné selon une première dimension latérale de manière à être soulevé et abaissé dans une première position à l'intérieur et le long du train de tiges de forage (21), ledit trépan (23) est dimensionné selon une seconde dimension latérale en vue de couvrir, dans une seconde position, le diamètre du trou foré, lesdites première et seconde dimensions étant approximativement à 90 l'une par rapport à l'autre, (b) des moyens sont prévus pour faire passer ledit trépan de ladite première position à ladite seconde position lorsque ledit trépan (23) émerge à l'extrémité inférieure (41) dudit train de tiges de forage, (c) et des moyens d'inter-engagement réversibles (35) sont prévus pour verrouiller de façon amovible le trépan (23) dans ladite seconde

position à l'extrémité inférieure dudit train de tiges de forage.

2. Trépan selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (76) sont prévus pour suspendre ledit trépan (23) sur lesdits moyens d'interengagement réversibles (35) après dégagement dudit

trépan de ladite seconde position.

3. Dispositif de forage à fond de trou destiné à être utilisé avec un train de tiges de forage (21) pour forer un trou, caractérisé en ce que: (a) un élément tubulaire (22) est apte à être fixé à son extrémité supérieure à l'extrémité inférieure dudit train de tiges de forage (21), ledit élément (22) ayant une structure à son extrémité inférieure lui permettant de recevoir et de retenir un trépan (23) en position de forage, (b) un trépan monobloc (23) est muni d'une surface de forage présentant une première dimension transversale suffisamment réduite pour permettre audit trépan d'être soulevé et abaissé à l'intérieur dudit train de tiges de forage (21) et dudit élément (22) dans une première position o la surface de forage du trépan (23) est sensiblement parallèle à l'axe de l'élément tubulaire (22), et une seconde dimension sensiblement égale au diamètre du trou foré, (c) un moteur à fond de trou réversible et récupérable (52) est apte à être abaissé à l'intérieur dudit train de tiges de forage (21) et dudit élément tubulaire (22) vers une position située à l'intérieur dudit élément (22), (d) un arbre (24) est accouplé fonctionnellement à son extrémité supérieure audit moteur (52) et accouplé fonctionnellement à son extrémité inférieure au corps dudit trépan (23), l'accouplement dudit trépan (23) étant désaxé par rapport à l'axe dudit élément tubulaire (22) et pivotant pour permettre audit trépan (23) de se déplacer de ladite première position vers une seconde position située au-dessous dudit élément (22), la longueur de la surface de forage du trépan étant sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'élément (22), (e) des moyens de sollicitations (66) sont prévus pour solliciter partiellement ledit trépan (23) de ladite première position vers ladite seconde position, (f) des moyens de coopération entre ledit élément tubulaire (22) et ledit arbre (24) sont prévus pour orienter ledit trépan (23) dans ladite seconde position de manière à être compatible avec la structure de réception de trépan (41) à l'extrémité inférieure dudit élément (22), (g) ledit moteur à fond de trou (52) peut être actionné dans un premier sens de rotation permettant audit arbre (24) de solliciter ledit trépan (23) dans ladite structure de réception (41), et peut fonctionner dans un second sens de rotation pour désaccoupler ledit trépan (23) dudit arbre (24), et (h) un élément de liaison (60) est prévu pour suspendre ledit

trépan (23) désaccouplé dudit arbre (24).

4. Trépan à fond de trou récupérable destiné à être utilisé avec un train de tiges de forage (21) pour le forage de trous, caractérisé en ce que: (a) un corps (23) d'un trépan monobloc est apte à être suspendu de façon pivotante (27) à l'intérieur du trou foré, et (b) une surface de coupe est prévue sur ledit corps (23) dudit

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trépan, présentant une première dimension linéaire transversale par rapport à une seconde dimension linéaire qui est suffisamment réduite pour permettre audit trépan (23) d'être soulevé et abaissé à l'intérieur du train de tiges de forage (21) et une seconde dimension linéaire sensiblement égale au diamètre du trou foré.

5. Trépan selon la revendication 4, caractérisé en ce que des moyens de sollicitation (66) sont prévus pour solliciter ledit trépan (23) à partir d'une première position dans laquelle la dimension linéaire de la surface de coupe est sensiblement parallèle à l'axe du train de tiges de forage (21) vers une seconde position dans laquelle la dimension linéaire de la surface de coupe est sensiblement

perpendiculaire à l'axe du train de tiges de forage (21).

6. Trépan à fond de trou récupérable destiné à forer un trou, caractérisé en ce que: (a) un trépan monobloc (23) est dimensionné selon une première dimension en vue d'être abaissé dans un train de tiges de forage (21) en étant tourné d'environ 90 par rapport à sa position de forage normale, ledit trépan (23) étant dimensionné selon une seconde dimension lui permettant de couvrir le trou foré quand il se-trouve dans sa position de forage normale, (b) des moyens sont prévus pour orienter, positionner et aligner ledit trépan (23) dans sa position de forage normale apres émergence de l'extrémité inférieure du train de tiges de forage (21), et (c) des moyens sont prévus pour verrouiller de façon amovible

ledit trépan (23) dans ladite position de forage normale.

7. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'orientation, de positionnement et- d'alignement dudit trépan (23) comprennent des fentes de positionnement (37) pour orienter le trépan (23) dans sa position de

fonctionnement normale.

8. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'orientation, de positionnement et d'alignement de trépan à fond de trou comprennent une chemise (60)

pour la circulation de la boue.

9. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'orientation, de positionnement et d'alignement comprennent un arbre de liaison (24) et un mécanisme de

désaxage (29) accouplé fonctionnellement audit arbre de liaison (24).

10. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit trépan (23) est fixé par vissage (26) à un élément de liaison (25) et également par des moyens de fixation

flexibles (76) pour faciliter le retrait du trépan (23).

11. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'orientation, de positionnement et d'alignement comprennent un arbre de liaison (24) comportant un

manchon à encoches pour sa fixation au câble de forage.

12. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un microrupteur détecte l'orientation et la

disposition correctes du trépan (23).

13. Trépan à fond de trou récupérable caractérisé en ce que: (a) un élément de coupe monobloc (23) est apte à être abaissé à l'intérieur d'un train de tiges de forage (21) en étant orienté approximativement à 90 par rapport à sa position de forage normale, ledit élément de coupe présentant une première dimension linéaire sensiblement égale au diamètre d'un trou à forer, ladite première dimension linéaire étant sensiblement parallèle à l'axe du train de tiges de forage (21) pendant cet abaissement, (b) un élément cylindrique creux à fond de trou (221) est fixé à l'extrémité inférieure du train de tiges de forage (21), (c) des fentes de positionnement (37) sont pratiquées dans ledit élément cylindrique creux pour orienter ledit élément de coupe (23) vers sa position de fonctionnement normale, (d) un arbre de liaison fileté (24) est monté de façon rotative à l'intérieur dudit élément cylindrique creux (22), son axe longitudinal étant sensiblement parallèle à l'axe de l'élément cylindrique creux (22), (e) un manchon de positionnement (32) de trépan (23) à tenons de positionnement (33) est supporté par ledit arbre de liaison (24) et se dispose dans lesdites fentes de positionnement (37), (f) un mécanisme de désaxage (29) est monté de façon pivotante par une extrémité à l'extrémité inférieure dudit arbre de liaison (24) et par son autre extrémité audit élément de coupe (23), (g) ledit élément de coupe est sollicité (66) pour se déplacer de sa position à l'intérieur dudit élément cylindrique creux (22) vers ladite position de forage normale, (h) un parcours annulaire à boue (60) est défini par les parois dudit élément cylindrique creux (22), (i) une tête (41) du réceptacle de l'élément de coupe à l'extrémité inférieure dudit élément cylindrique (22) est prévue pour coopérer avec ledit élément de coupe (23) quand ledit élément de coupe (23) se trouve dans ladite position de forage, et (j) des moyens de fixation flexibles (76) attachent ledit élément

de coupe audit arbre.

14. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 13, caractérisé en ce que des moyens élastiques (66) sont fixés audit fond

du mécanisme de désaxage.

15. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément de coupe (23) et l'arbre d'assemblage (27) forment un élément en T inversé quand le trépan (23) est dans sa

position de fonctionnement normale.

16. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit réceptacle (41) de l'élément de coupe comprend des fentes à boue (63) sur la circonférence extérieure du

réceptacle (41) de l'élément de coupe.

17. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 13, caractérisé en ce que la position de fonctionnement correcte de

l'élément de coupe est détectée par un microrupteur.

18. Trépan à fond de trou récupérable destiné à percer un trou, caractérisé en ce que (a) des moyens cylindriques creux sont fixés à la partie inférieure de moyens d'entraînement tubulaires avec (i) des moyens de positionnement de trépan (37) (ii) une chemise (60) pour la circulation de la boue, (iii) un réceptacle à trépan (41), (iv) des ouvertures de passage de boue sur la face dudit réceptacle (62) du trépan, (v) des fentes de passage de boue (63) sur la circonférence extérieure dudit réceptacle (41) du trépan, et (vi) des moyens de fixation destinés à être fixés à l'extrémité inférieure du train de tiges de forage (21), (b) un dispositif de positionnement et de retenue de trépan (32) est muni: (i) de moyens à tube longitudinal creux, (ii) de tenons de positionnement de trépan (33), (iii) de fentes longitudinales (37), (iv) d'un manchon taraudé (35) dimensionné pour pouvoir se loger dans lesdits moyens à tube longitudinal creux, (v) des tenons anti-rotation (36) sur ledit manchon taraudé (35) venant s'engager dans lesdites fentes longitudinales (37), (vi) des éléments flexibles (65) dans le fond dudit dispositif de positionnement et de retenue (32) du trépan (23), (c) un arbre de liaison fileté (24) est muni (i) d'une butée d'extrémité d'arbre (47), (ii) de moyens de pré-positionnement de trépan (42), (iii) de moyens d'arrêt d'arbre (74), (iv) de la partie inférieure de l'arbre fileté (24), (v) de moyens de désaxage de trépan (29), (vi) d'une partie inférieure des moyens de désaxage de trépan (28), (vii) d'un dispositif de pivotement (27), et

(viii) des moyens de fixation de trépan (25).

(d) un trépan (23) est fixé auxdits moyens de fixation de trépan (25) dans sa position de fonctionnement normale et pendant l'opération d'abaissement du trépan, (e) des moyens de fixation (76) sont prévus pour soulever le trépan (23) de sa position de fonctionnement normale quand il a été désaccouplé dudit arbre de liaison (24), (f) un manchon cylindrique et creux (44) de fixation au câble de forage est relié par vissage audit arbre de liaison fileté (24) avec (i) une partie inférieure taraudée (36), (ii) des fentes (48, 50) destinées à coopérer par engagement avec un arbre de sortie (51) d'un moteur en bout de câble de forage (52), (g) un moteur en bout de câble de forage (52) est muni: (i) d'un point de fixation de câble de forage (54), (ii) de tenons d'orientation et anti- rotation de moteur en bout de câble de forage (52) venant coopérer par engagement avec lesdits moyens de positionnement de trépan (37) desdits moyens cylindriques creux, et u10 (iii) un arbre de sortie (51) du moteur en bout de câble de forage venant coopérer par engagement dans lesdites fentes (48, 50) du

manchon de fixation.

19. Trépan à fond de trou récupérable selon -la revendication 18, caractérisé en ce qu'un élément compressible et élastique (66) est fixé

à ladite partie inférieure du mécanisme de désaxage (28).

20. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit trépan (23) coopère par vissage (25) avec

lesdits moyens de fixation de trépan (26).

21. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit trépan (23) et l'arbre de liaison (24) forment un élément en forme de T inversé quand le trépan (23) est dans

sa position de fonctionnement normale.

22. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 18, caractérisé en ce que la position de fonctionnement correcte du trépan

(23) est détectée par un microrupteur.

23. Trépan à fond de trou récupérable selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens de fixation (76) utilisés pour soulever le trépan (23) de sa position de fonctionnement normale sont

constitués par un câble flexible.