FR2686648A1 - DEVICE FOR ROTOPERCUTANT DRILLING WITH REVERSE FLUID CIRCULATION. - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour forage rotopercutant marteau hors du trou à circulation inverse de fluide, comprenant une chemise (2) concentrique au tube de forage (3), à l'extrémité duquel est solidarisé, au moyen d'un manchon (30), un taillant (1) comportant un conduit axial (8) raccordé par un conduit incliné (22) à l'ouverture frontale (13). Le taillant (1) comporte à sa partie inférieure d'une part une chambre annulaire (12) délimitée par un prolongement (21) de la chemise (2) et une gorge annulaire (11) du taillant (1), ledit prolongement (21) pouvant venir en butée sur un épaulement (14) du taillant (1) positionné à courte distance en dessous de ladite gorge annulaire (11); et d'autre part, à proximité de sa périphérie, des canaux (15) disposés parallèlement à l'axe du tube de forage (3), lesdits canaux (15) présentant des extrémités inférieures (16) évasées et ouvertes vers l'intérieur pour diriger le fluide vers l'ouverture (13) et le conduit incliné (22) dudit taillant (1).Device for rotary percussion hammer drilling out of the hole with reverse flow of fluid, comprising a jacket (2) concentric with the drilling tube (3), at the end of which is secured, by means of a sleeve (30), a bit ( 1) comprising an axial duct (8) connected by an inclined duct (22) to the front opening (13). The bit (1) comprises at its lower part on the one hand an annular chamber (12) delimited by an extension (21) of the sleeve (2) and an annular groove (11) of the bit (1), said extension (21) ) being able to come into abutment on a shoulder (14) of the cutting edge (1) positioned a short distance below said annular groove (11); and on the other hand, near its periphery, channels (15) arranged parallel to the axis of the drill pipe (3), said channels (15) having lower ends (16) flared and open inwardly for directing the fluid towards the opening (13) and the inclined duct (22) of said cutting edge (1).
Description
La présente invention a pour objet, dans le domaine du forage pour l'étudeThe subject of the present invention is, in the field of drilling for the study
et l'exploitation du sous-sol, un taillant de conception nouvelle destiné à être mis en oeuvre notamment dans le mode de forage dit roto-percutant à circulation inverse, marteau hors du trou. On sait que le forage à circulation inverse implique la mise en oeuvre d'une chemise concentrique au tube de forage, le fluide de forage étant injecté dans l'espace annulaire les séparant et remontant par le tube de forage avec and the exploitation of the subsoil, a cutter of new design intended to be implemented in particular in the mode of drilling known as roto-percussive with reverse circulation, hammer out of the hole. It is known that reverse circulation drilling involves the implementation of a jacket concentric with the drilling tube, the drilling fluid being injected into the annular space separating them and going up through the drilling tube with
les débris de roche.rock debris.
Dans cette technique, le fluide, le plus souvent de l'eau ou de l'air, sort autour du taillant fixé à l'extrémité du tube de forage et remonte avec les débris de In this technique, the fluid, most often water or air, leaves around the cutter attached to the end of the drill pipe and rises with the debris of
roche jusqu'en surface.rock to the surface.
Toutefois, ce mode de forage présente certains inconvénients, notamment que le fluide sous pression jaillit radialement entre la chemise et la tête du taillant, ce qui a pour conséquence qu'il creuse des cavités dans la paroi du trou de forage au niveau des parties tendres du sol, cavités qui nuisent à la solidité du trou et entraînent parfois une remontée partielle du fluide entre la chemise de tubage et la paroi du trou de forage, ce qui est préjudiciable à une bonne However, this drilling method has certain drawbacks, in particular that the pressurized fluid spurts radially between the liner and the head of the cutter, which has the consequence that it digs cavities in the wall of the borehole at the tender parts. from the ground, cavities which affect the solidity of the hole and sometimes cause a partial rise of the fluid between the casing jacket and the wall of the borehole, which is detrimental to good
remontée axiale.axial ascent.
D'autre part la remontée du fluide et des débris par le conduit central du taillant occasionne l'usure en cône dudit conduit, qui perd progressivement le rôle de calibrage qui lui est dévolu, entraînant le risque que des débris de trop grandes dimensions puissent passer et obstruer le tube de forage. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de forage qui se caractérise essentiellement en ce qu'il met en oeuvre un taillant d'une conception nouvelle dont la tête est munie au voisinage de sa périphérie de canaux parallèles à l'axe de forage, positionnés dans le prolongement d'une chambre annulaire délimitée par une gorge périphérique du taillant et la chemise concentrique, laquelle coiffe la tête cylindrique dudit taillant en venant en butée sur un épaulement pratiqué sur la périphérie de ladite tête du taillant, à courte On the other hand, the ascent of the fluid and debris by the central duct of the cutter causes the cone wear of said duct, which gradually loses the calibration role assigned to it, causing the risk that debris of too large dimensions can pass and obstruct the drill pipe. The present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a drilling device which is essentially characterized in that it implements a cutter of a new design whose head is provided in the vicinity of its periphery with channels parallel to the drilling axis, positioned in the extension of an annular chamber delimited by a peripheral groove of the cutter and the concentric liner, which covers the cylindrical head of said cutter coming into abutment on a shoulder formed on the periphery of said head of the cutter short
distance en-dessous de ladite gorge périphérique. distance below said peripheral groove.
Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, l'ouverture ménagée à la base du taillant pour la remontée des débris est munie d'éléments de protection constitués d'inserts réalisés en un matériau ultra-dur tel que le carbure de tungstène, judicieusement disposés obliquement à la périphérie supérieure de ladite ouverture, en vue de According to an additional characteristic of the invention, the opening made at the base of the cutter for raising debris is provided with protective elements consisting of inserts made of an ultra-hard material such as tungsten carbide, judiciously arranged obliquely to the upper periphery of said opening, with a view to
pallier l'usure prématurée de l'entrée du conduit de remontée. to mitigate premature wear of the entry of the ascent duct.
Le dispositif selon l'invention permet d'autre part d'éviter le creusement de cavités dans la paroi du trou de forage, en raison du fait que le fluide de forage ne peut The device according to the invention also makes it possible to avoid the digging of cavities in the wall of the borehole, due to the fact that the drilling fluid cannot
se diriger que vers l'ouverture frontale du taillant. only go towards the front opening of the cutting edge.
Ladite ouverture du taillant peut être en outre avantageusement munie d'éléments casse-carotte constitués d'inserts ultra-durs disposés verticalement, destinés à provoquer le fractionnement des morceaux de roches avant leur remontée par le conduit vertical, selon une technique Said opening of the cutter can also be advantageously provided with carrot-breaking elements made up of ultra-hard inserts arranged vertically, intended to cause the splitting of the pieces of rock before their ascent by the vertical conduit, according to a technique
couramment mise en oeuvre.commonly implemented.
Les caractéristiques et avantages de la présente The features and advantages of this
invention seront mieux compris à la lecture de la description invention will be better understood on reading the description
qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, étant bien which follows and which relates to the attached drawing, being well
entendu que cette description ne présente aucun caractère understood that this description has no character
limitatif vis à vis de l'invention. limiting with respect to the invention.
Dans le dessin annexé: la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale de l'extrémité inférieure d'un dispositif de In the accompanying drawing: FIG. 1 represents a view in longitudinal section of the lower end of a device
forage existant.existing drilling.
la figure 2 représente une vue en coupe Figure 2 shows a sectional view
longitudinale d'un taillant de forage selon l'invention. longitudinal of a drill bit according to the invention.
la figure 3 représente une vue frontale d'un Figure 3 shows a front view of a
mode de réalisation d'un taillant selon l'invention. embodiment of a cutting edge according to the invention.
la figure 4 représente une vue frontale d'un Figure 4 shows a front view of a
autre mode de réalisation d'un taillant selon l'invention. another embodiment of a cutting edge according to the invention.
Si on se réfère à la figure 1 on peut voir qu'un dispositif de forage existant comporte des éléments tubulaires mis bout à bout et constituant la chemise périphérique 2, à l'intérieur de laquelle passe concentriquement un tube de forage 3, constitué également d'éléments tubulaires aboutés et à l'extrémité inférieure duquel est solidarisé un taillant 1 Referring to FIG. 1, it can be seen that an existing drilling device comprises tubular elements placed end to end and constituting the peripheral jacket 2, inside which concentrically passes a drilling tube 3, also constituted by 'butted tubular elements and at the lower end of which is cut a cutting edge 1
par l'intermédiaire d'un manchon 30. via a sleeve 30.
Entre le tube de forage 3 et la paroi interne de la chemise 2, un espace annulaire 31 permet le passage du fluide, représenté par des flèches, vers le fond du forage, le fluide remontant à la surface, chargé des débris issus du Between the drilling tube 3 and the internal wall of the jacket 2, an annular space 31 allows the passage of the fluid, represented by arrows, towards the bottom of the drilling, the fluid rising to the surface, loaded with debris from the
forage, par l'intérieur du tube de forage 3. drilling, from inside the drilling tube 3.
L'extrémité inférieure de la chemise 2 présente sur une certaine longueur et intérieurement des cannelures longitudinales 20, dans lesquelles s'insèrent des cannelures longitudinales 10 ménagées à la périphérie du taillant 1 en vue de permettre sa solidarisation à la chemise 2, lesdites cannelures longitudinales 10 étant en nombre inférieur à celui des cannelures longitudinales 20 de la chemise 2 de manière que le fluide puisse transiter par les cannelures 20 non occupées pour passer de l'espace annulaire 31 jusqu'à The lower end of the liner 2 has over a certain length and internally longitudinal grooves 20, into which are inserted longitudinal grooves 10 formed at the periphery of the cutting edge 1 in order to allow its attachment to the liner 2, said longitudinal grooves 10 being less in number than that of the longitudinal grooves 20 of the jacket 2 so that the fluid can pass through the grooves 20 unoccupied to pass from the annular space 31 to
l'extrémité frontale du taillant 1. the front end of the cutting edge 1.
Les cannelures longitudinales 10 du taillant 1 sont prolongées à leur extrémité inférieure par une gorge périphérique 11 recouverte partiellement ou totalement par la chemise 2, en fonction du déplacement longitudinal de cette dernière par rapport au tube de forage 3 Lorsque la chemise 2 est dans la position extrême représentée sur la figure, sa base dégage un espace périphérique 9 important par lequel le fluide sous pression jaillit radialement, ce qui a pour effet le creusement de cavités dans la paroi du trou de forage au The longitudinal grooves 10 of the cutter 1 are extended at their lower end by a peripheral groove 11 partially or totally covered by the jacket 2, as a function of the longitudinal displacement of the latter relative to the drill pipe 3 When the jacket 2 is in the position extreme shown in the figure, its base gives off a large peripheral space 9 through which the pressurized fluid gushes radially, which has the effect of digging cavities in the wall of the borehole at
niveau des parties tendres du sol.level of the tender parts of the soil.
En regard des cannelures 20 non occupées de la chemise 2, des gorges longitudinales 10 ' sont ménagées en périphérie du taillant 1 pour le passage du fluide, qui se répand ensuite sous le taillant 1 avant de remonter dans le tube de forage 3 par l'ouverture centrale 13 pratiquée à la base du taillant 1, puis par un conduit incliné 22 prolongé par un conduit axial 8 situé dans le prolongement du tube de Opposite the unoccupied grooves 20 of the liner 2, longitudinal grooves 10 ′ are provided at the periphery of the cutting edge 1 for the passage of the fluid, which then spreads under the cutting edge 1 before rising back into the drilling tube 3 through the central opening 13 made at the base of the cutting edge 1, then by an inclined conduit 22 extended by an axial conduit 8 situated in the extension of the tube
forage 3.drilling 3.
L'ouverture 13 du taillant 1 est munie à sa périphérie de six pions 27 en carbure inclinés vers l'extérieur et de trois pions 28 également en carbure inclinés vers l'intérieur D'autre part le fond de l'ouverture 13 est muni, au niveau de l'orifice d'entrée du conduit incliné 22, The opening 13 of the cutting edge 1 is provided at its periphery with six carbide pins 27 inclined towards the outside and three carbide pins 28 also inclined towards the inside. On the other hand, the bottom of the opening 13 is provided, at the inlet of the inclined conduit 22,
de deux pions 29 casse-carotte disposés verticalement. of two 29 carrot breaker pins arranged vertically.
Si on se réfère maintenant à la figure 2, on peut vair que le dispositif de forage selon l'invention comporte un taillant 1 dont la tête est recouverte par un prolongement 21 de la chemise 2, créant une chambre annulaire 12 qui demeure fermée quelle que sait la position du tube de forage 3 par rapport à la chemise 2, l'extrémité du prolongement 21 recouvrant complètement la gorge périphérique 11 du taillant 1 et pouvant venir en butée sur un épaulement 14 pratiqué en If we now refer to FIG. 2, it may be true that the drilling device according to the invention comprises a cutter 1 whose head is covered by an extension 21 of the liner 2, creating an annular chamber 12 which remains closed whatever knows the position of the drill pipe 3 relative to the jacket 2, the end of the extension 21 completely covering the peripheral groove 11 of the cutter 1 and which can come into abutment on a shoulder 14 made in
périphérie du tail lant 1.periphery of the tail lant 1.
Le passage du fluide de l'espace annulaire 31 au fond du forage est réalisé au travers de canaux 15 pratiqués à proximité de la périphérie du taillant 1 parallèlement à l'axe de forage 3, canaux 15 dont les extrémités inférieures 16 sont évasées et ouvertes du côté intérieur pour diriger le fluide vers l'ouverture centrale 13 du taillant 1, à la périphérie de laquelle sont disposées des plaquettes de creusement 19 The passage of the fluid from the annular space 31 to the bottom of the borehole is carried out through channels 15 formed near the periphery of the cutter 1 parallel to the drill axis 3, channels 15 whose lower ends 16 are flared and open on the inner side to direct the fluid towards the central opening 13 of the cutter 1, at the periphery of which are arranged digging plates 19
formant une couronne de creusement.forming a digging crown.
Si on se réfère également aux figures 3 et 4 on peut voir que pour éviter une trop rapide érosion du taillant 1 par le fluide et les débris qu'il transporte, au niveau de l'entrée du conduit 22 par lequel remonte le fluide chargé de débris, celle-ci comporte des pions 17 en carbure, disposés obliquement dans les zones d'usure maximale, c'est-à- dire approximativement à l'opposé diamétral des ouvertures 16 des canaux 15, en vue de protéger l'entrée du conduit 22 de manière à garantir son diamètre, afin qu'aucun débris de taille trop importante ne puisse pénétrer dans le conduit 22 If we also refer to Figures 3 and 4 we can see that to avoid too rapid erosion of the cutting edge 1 by the fluid and the debris it carries, at the entrance to the conduit 22 through which the fluid charged back debris, this comprises carbide pins 17, arranged obliquely in the zones of maximum wear, that is to say approximately diametrically opposite the openings 16 of the channels 15, in order to protect the entry of the conduit 22 so as to guarantee its diameter, so that no debris of too large a size can penetrate into conduit 22
et risquer d'obstruer le tube de forage 3. and risk blocking the drill pipe 3.
D'autres pions 18 casse-carotte, positionnés dans Other 18 carrot breaker pawns, positioned in
l'ouverture 13, permettent le fractionnement des débris et. opening 13, allow the splitting of debris and.
protègent également l'ouverture 13. also protect the opening 13.
Le nombre et la position des pions anti-usure 17 et des pions cassecarotte 18 sont variables en fonction notamment du nombre et de la position des canaux 15 et des plaquettes de creusement 19: ainsi dans le mode de réalisation représenté à la figure 3 le taillant comporte cinq plaquettes de creusement 19 disposées entre les ouvertures 16 de cinq canaux 15, trois pions 17 auti-usure disposés obliquement et un pion 18 casse-carotte disposé verticalement. Dans le mode de réalisation de la figure 4 le taillant comporte quatre plaquettes de creusement 19 disposés entre les ouvertures 16 de six canaux 15, trois pions 17 anti- usure disposés obliquement et un pion 18 casse-carotte disposé The number and the position of the anti-wear pins 17 and the cassecototte pins 18 are variable depending in particular on the number and the position of the channels 15 and the digging plates 19: thus in the embodiment represented in FIG. 3 the cutting edge comprises five digging plates 19 arranged between the openings 16 of five channels 15, three pins 17 self-wear arranged obliquely and a pin 18 carrot-breaker arranged vertically. In the embodiment of Figure 4 the cutter comprises four digging plates 19 arranged between the openings 16 of six channels 15, three pins 17 anti-wear arranged obliquely and a pin 18 carrot breaker arranged
verticalement.vertically.
Il va de soi que la présente invention ne saurait It goes without saying that the present invention cannot
être limitée à la description qui précède de certains de ses be limited to the foregoing description of some of its
modes de réalisation, susceptibles de subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention Notamment la couronne de creusement représentée aux figures 2, 3 et 4 peut être constituée d'éléments d'attaque autres que des plaquettes et pouvant consister en des inserts tels que ceux couramment dénommés "pions" ou "boutons". embodiments, liable to undergo a certain number of modifications without departing from the scope of the invention In particular the hollow ring shown in FIGS. 2, 3 and 4 may consist of attack elements other than plates and capable of consist of inserts such as those commonly referred to as "pawns" or "buttons".
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