CA2091676A1 - Taillant d'outil de forage auto-affutable - Google Patents
Taillant d'outil de forage auto-affutableInfo
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Abstract
2091676 9205335 PCTABS00110 L'invention concerne un taillant d'outil de forage auto-affûtable en forme de plaquette comprenant une couche extérieure polycristalline diamantée (22) déposée sur une couche en carbure de tungstène (24), chaque taillant étant fixé sur un support (18) solidaire du corps (12) de l'outil. Sur le taillant et/ou sur son support (18) sont formées des zones (26) de moindre résistance, telles que des rainures, qui peuvent initier des cassures successives faisant un angle de dépouille aigu (.alpha.) avec la formation rocheuse à forer (28).
Description
W092/05335 2 ~ 9 ~ PCT/FR91/00720 TAILL~NT D'OUTIL DE FOR~GE AUTO-AF~T~B~
La présente invention concerne un taillant d'outil de forage auto-a~f~ tab le .
On sait que 'es taillants d'outils u~llisés dans le forage pétrolier ou minier sont généralement en forme de plaquette comprenant une couche extérieure polycristalline diamantée déposée sur une couche en carbure de tungstène.
Chaque tail ~nt est brasé, soit su- un support tel qu'un plot, lui-même serti dans le corps de l'outil, soit sur une matrice en carbure de tungstène.
L'utilisation de ces taillants dans les ~conditions difficiles qui prévalent dans le forage pétrolier ou minier peut occasionner leur destruction, notamment par usure normale, ?ar impact à la sùite de surcharges ou encore par suite d'échauffement excessif.
Lorsque les taillants sont usés, le~r surface de contact avec la roche à forer est plus élevée, de sorte que l'efficacité de l'outil est nettement réduite. Pour garder une certaine efficacité, on doit appliquer à
l'outil un effort pl~ important, mais alors on risque de provoquer ainsi une cassure des taillan~s par suite de surcharge. Cette cassure est souvent franche et orientée dans des directions ~rès aléatoires, qui peuvent être soit favorables ou au cor~raire néfastes. La cassure est bien orientée lorsqu'elle a pour origlne la zone située juste à
l'arrière de la couche polycristalline en diamant nar rapport au sens de déplacement du taillant, et qu't_le fait un an~le de dépouille aigu avec la surface de la formation rocheuse.
De plus, l'effort accru appliqué à l'outil risque de provoquer la destruction partielle ou la perte des taillants par échauffement.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant des taillants auto-affûtables, c'est-à-dire qui sont susceptibles de se briser selon des surfaces ayant des orientations favorables, chaque fois que l'effort appliqué à l'outil cevient supérieur à un seuil donné.
, ';' ~
WO 92t05335 PCl/FR91/00720 29~1~ r;l3 2 ~ cet effet, l'invention a pour objet un taillant d'outil de forage du type défini préc~demment, caractérisé
en ce que sur le taillant et/ou sur son sùpport sont formées des zones de moindre résistance, telles que des rainures, qui peuvent initier des cassures successives faisant un angle de dépouille aigu avec la formation rocheuse ~ forer.
L'angle de dépouille est de préférence compris entre 25 et 55.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
; La figure l est une vue en perspective d'un outil de forage d'un type connu;
~a figure est une vue en perspective d'un taillant fixé sur plot, les rainures étant formées à la fois sur ces deux éléments;
Les figures 3 à 6 montrent des phases successives du processus d'affûtage du taillant et du plot de la figure
La présente invention concerne un taillant d'outil de forage auto-a~f~ tab le .
On sait que 'es taillants d'outils u~llisés dans le forage pétrolier ou minier sont généralement en forme de plaquette comprenant une couche extérieure polycristalline diamantée déposée sur une couche en carbure de tungstène.
Chaque tail ~nt est brasé, soit su- un support tel qu'un plot, lui-même serti dans le corps de l'outil, soit sur une matrice en carbure de tungstène.
L'utilisation de ces taillants dans les ~conditions difficiles qui prévalent dans le forage pétrolier ou minier peut occasionner leur destruction, notamment par usure normale, ?ar impact à la sùite de surcharges ou encore par suite d'échauffement excessif.
Lorsque les taillants sont usés, le~r surface de contact avec la roche à forer est plus élevée, de sorte que l'efficacité de l'outil est nettement réduite. Pour garder une certaine efficacité, on doit appliquer à
l'outil un effort pl~ important, mais alors on risque de provoquer ainsi une cassure des taillan~s par suite de surcharge. Cette cassure est souvent franche et orientée dans des directions ~rès aléatoires, qui peuvent être soit favorables ou au cor~raire néfastes. La cassure est bien orientée lorsqu'elle a pour origlne la zone située juste à
l'arrière de la couche polycristalline en diamant nar rapport au sens de déplacement du taillant, et qu't_le fait un an~le de dépouille aigu avec la surface de la formation rocheuse.
De plus, l'effort accru appliqué à l'outil risque de provoquer la destruction partielle ou la perte des taillants par échauffement.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant des taillants auto-affûtables, c'est-à-dire qui sont susceptibles de se briser selon des surfaces ayant des orientations favorables, chaque fois que l'effort appliqué à l'outil cevient supérieur à un seuil donné.
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WO 92t05335 PCl/FR91/00720 29~1~ r;l3 2 ~ cet effet, l'invention a pour objet un taillant d'outil de forage du type défini préc~demment, caractérisé
en ce que sur le taillant et/ou sur son sùpport sont formées des zones de moindre résistance, telles que des rainures, qui peuvent initier des cassures successives faisant un angle de dépouille aigu avec la formation rocheuse ~ forer.
L'angle de dépouille est de préférence compris entre 25 et 55.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
; La figure l est une vue en perspective d'un outil de forage d'un type connu;
~a figure est une vue en perspective d'un taillant fixé sur plot, les rainures étant formées à la fois sur ces deux éléments;
Les figures 3 à 6 montrent des phases successives du processus d'affûtage du taillant et du plot de la figure
2;
Les figures 7 ~ 11 sont des vues en élévation de plusieurs variantes de formation des rainures sur le taillant et sur le plot.
Avec référence ~ la figure 1, l'outil 10 comprend un corps en acier 12 portant sur sa paroi lat~rale une pluralité de taillants 14 disposés sur plusieurs rangées.
L'outil se termine par une portion filetée 16 destinée à
la connexion avec le tubage d'entra~nement en rotation, non représenté.
Comme le montre la figure 2, chaque taillant 14 est serti dans une extrémité d'un plot 18 sensiblement cylindrique, dont l'autre extrémité est elle-même sertie sur le corps 12. Le taillant est en forme de plaquette circulaire comprenant une premi~re couche polycristalline diamantée 22, qui est liée, au moyen d'un liant approprié, une seconde couche 24 en carbure de tungstène.
Sur la paroi latérale du taillant 14 et du plot 18 sont imprimées plusieurs rainures 26, qui peuvent être ., .
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Les figures 7 ~ 11 sont des vues en élévation de plusieurs variantes de formation des rainures sur le taillant et sur le plot.
Avec référence ~ la figure 1, l'outil 10 comprend un corps en acier 12 portant sur sa paroi lat~rale une pluralité de taillants 14 disposés sur plusieurs rangées.
L'outil se termine par une portion filetée 16 destinée à
la connexion avec le tubage d'entra~nement en rotation, non représenté.
Comme le montre la figure 2, chaque taillant 14 est serti dans une extrémité d'un plot 18 sensiblement cylindrique, dont l'autre extrémité est elle-même sertie sur le corps 12. Le taillant est en forme de plaquette circulaire comprenant une premi~re couche polycristalline diamantée 22, qui est liée, au moyen d'un liant approprié, une seconde couche 24 en carbure de tungstène.
Sur la paroi latérale du taillant 14 et du plot 18 sont imprimées plusieurs rainures 26, qui peuvent être ., .
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3~ 2 ~ rl1 ~; PCI/FR91/1)0720 parallèles entre elles. Chaque ralnure comprend deu~
branches (une seule étant visible ~ur la fi~ure 2) qui descendent depuls le taillant 1l~ jusque dans le plot, symétrlquement par rapport au plan m~diateur du taillant, ee qul se rejoL~nent au dos du plot. Chaque rainure définit ainsi une surface de rupture préférentielle clu taillant et du plot.
La fragiliqation du taillant est aqsurée par le choix de l'orientation, des dlmensions et du ~ositionnement des rainures. La cassure selon une surface de rupture donnée s'effectue lorsque le taillant a subl un cereain degr~
d'usure et qu'll lui e~t appliqué une charge prédéterminée.
Sur la figure 2, on a représente un talllant fixé sur L5 plot e~empt de toute usure, et l'on a désign~ par 2~ la formation rocheuse A forer et par la flèche f la ~irection de déplacement du taillant. Initialement, la face supérieure fait un angle aigu fuyant ~ avec la paroi de la formation rocheuse, de sorte que seul le taillant 14 attaque la roche. ~'efficacité du ~aillant e~t alors optimum.
La figure 3 montre le taillant et le plot dans un état ultérieur. Toute la partie sup~rieure du taillant et du plot a ét~ us~e par la roche. Le contact avec la formation rocheuse se fait ~ présent par toute la surface plane sup~rieure 30. L'efficacité du taillant diminue. Si l'on applique une plus &rande charge pour garder la meme efficacit~, on provoque une cassure du talllant et du plot selon la surface contenant la premi~re rainure 261. Le taillant prend alors la forme affQt~e montrée A la fi~ure nouveau, il a son efficacit~ maximale puisqu'il attaque la roche sous l'angle ai~u ~ qui est nettement supérieur ~ l'angle limite ~ indiqu~ ?réc~demment.
~u cours de l'utilisation ult~r:Leure, le taillant s'use davantae et prend la forme il ustrée ~ la fi~ure 5.
Il y appara~t une surface rabot~e 3~. ~ nouveau, la ~urface de contact avec la roche aunmente et les efforts appliqués doivent être accrus, ce qui provoque la cassure , . ,. . - - ~.
w092/0~33~ PCT/FR91/00~20 2 o ~ 1 ~ 7 ~ 4 du taillant et du plot selon la surface qui contient la seconde rainure 262. On obtient ainsi le taillant affQté
de la figure 6.
Le processus d'usure-aEf~tage se poursuit de la même fa~on jusqu'A ce que la dernière rainure ait été atteinte.
Le nombre de rainures peut être quelconque. Sur la figure 2, on n'en a indiqué, à titre d'exemple non limitatif, que cinq.
Leur espacement ainsi que leur profondeur peut aussi varier dans de larges limites, par exemple entre 0,1 et 10 mm. Dans le mode de réalisation de la figure 7, les rainures ont toutes la même largeur et la même profondeur.
Mais il est possible, comme dans le ~ode de réalisation de la figure 8, d'alterner des rainures profondes 26a avec des rainures moins profondes ~6b.
Les rainures peuvent déflnir des surfaces planes parallèles, comme sur les figures 7 et 8 où l'on n'aper~oit, en raison de la perspective, que des portions - rectilignes parallèles de rainures.
Sur la figure 10, les rainures 26c sont constituées en perspective par des lignes brisées formées de tron~ons "rectilignes".
Dans le mode de réalisation de la figure 11, les rainures 26d sont courbes de manière que les cassures successives s'effectuent selon des surfaces concaves.
Les rainures peuvent avoir leur origine sur le taillant 14 près de la zone cristalline en diamant (figures 8,10 et 11), sur le plot 1~ ~figure 7), ou encore de façon alternée sur le taillant et sur le support (figure 9).
De nombreuses autres modificat ons de détail peuvent encore être apportées aux modes de réalisation décrits.
Par exemple, les rainures peuvent _tre discontinues sous forme de points ou de traits. Les -ainures peuvent faire tout le tour du taillant et du plot ou seulement d'une partie seulement de ces dern~ers.
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branches (une seule étant visible ~ur la fi~ure 2) qui descendent depuls le taillant 1l~ jusque dans le plot, symétrlquement par rapport au plan m~diateur du taillant, ee qul se rejoL~nent au dos du plot. Chaque rainure définit ainsi une surface de rupture préférentielle clu taillant et du plot.
La fragiliqation du taillant est aqsurée par le choix de l'orientation, des dlmensions et du ~ositionnement des rainures. La cassure selon une surface de rupture donnée s'effectue lorsque le taillant a subl un cereain degr~
d'usure et qu'll lui e~t appliqué une charge prédéterminée.
Sur la figure 2, on a représente un talllant fixé sur L5 plot e~empt de toute usure, et l'on a désign~ par 2~ la formation rocheuse A forer et par la flèche f la ~irection de déplacement du taillant. Initialement, la face supérieure fait un angle aigu fuyant ~ avec la paroi de la formation rocheuse, de sorte que seul le taillant 14 attaque la roche. ~'efficacité du ~aillant e~t alors optimum.
La figure 3 montre le taillant et le plot dans un état ultérieur. Toute la partie sup~rieure du taillant et du plot a ét~ us~e par la roche. Le contact avec la formation rocheuse se fait ~ présent par toute la surface plane sup~rieure 30. L'efficacité du taillant diminue. Si l'on applique une plus &rande charge pour garder la meme efficacit~, on provoque une cassure du talllant et du plot selon la surface contenant la premi~re rainure 261. Le taillant prend alors la forme affQt~e montrée A la fi~ure nouveau, il a son efficacit~ maximale puisqu'il attaque la roche sous l'angle ai~u ~ qui est nettement supérieur ~ l'angle limite ~ indiqu~ ?réc~demment.
~u cours de l'utilisation ult~r:Leure, le taillant s'use davantae et prend la forme il ustrée ~ la fi~ure 5.
Il y appara~t une surface rabot~e 3~. ~ nouveau, la ~urface de contact avec la roche aunmente et les efforts appliqués doivent être accrus, ce qui provoque la cassure , . ,. . - - ~.
w092/0~33~ PCT/FR91/00~20 2 o ~ 1 ~ 7 ~ 4 du taillant et du plot selon la surface qui contient la seconde rainure 262. On obtient ainsi le taillant affQté
de la figure 6.
Le processus d'usure-aEf~tage se poursuit de la même fa~on jusqu'A ce que la dernière rainure ait été atteinte.
Le nombre de rainures peut être quelconque. Sur la figure 2, on n'en a indiqué, à titre d'exemple non limitatif, que cinq.
Leur espacement ainsi que leur profondeur peut aussi varier dans de larges limites, par exemple entre 0,1 et 10 mm. Dans le mode de réalisation de la figure 7, les rainures ont toutes la même largeur et la même profondeur.
Mais il est possible, comme dans le ~ode de réalisation de la figure 8, d'alterner des rainures profondes 26a avec des rainures moins profondes ~6b.
Les rainures peuvent déflnir des surfaces planes parallèles, comme sur les figures 7 et 8 où l'on n'aper~oit, en raison de la perspective, que des portions - rectilignes parallèles de rainures.
Sur la figure 10, les rainures 26c sont constituées en perspective par des lignes brisées formées de tron~ons "rectilignes".
Dans le mode de réalisation de la figure 11, les rainures 26d sont courbes de manière que les cassures successives s'effectuent selon des surfaces concaves.
Les rainures peuvent avoir leur origine sur le taillant 14 près de la zone cristalline en diamant (figures 8,10 et 11), sur le plot 1~ ~figure 7), ou encore de façon alternée sur le taillant et sur le support (figure 9).
De nombreuses autres modificat ons de détail peuvent encore être apportées aux modes de réalisation décrits.
Par exemple, les rainures peuvent _tre discontinues sous forme de points ou de traits. Les -ainures peuvent faire tout le tour du taillant et du plot ou seulement d'une partie seulement de ces dern~ers.
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Claims (9)
1- Taillant d'outil de forage auto-affûtable en forme de plaquette comprenant une couche extérieure polycristalline diamantée (22) déposée sur une couche en carbure de tungstène (24), chaque taillant étant fixé sur un support (18) solidaire du corps (12) de l'outil (10), caractérisé en ce que sur le taillant (20) et/ou sur son support (18) sont formées des zones (26) de moindre résistance, telles que des rainures, qui peuvent initier des cassures successives faisant un angle de dépouille aigu (.alpha.) avec la formation rocheuse à forer (28).
2- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de dépouille est de préférence compris entre 25 et 55°.
3- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures sont parallèles entre elles.
4- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures ont la même largeur et la même profondeur.
5- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que des rainures profondes (26a) sont alternées avec des rainures moins profondes (26b).
6- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque rainure comprend deux branches qui descendent symétriquement depuis le taillant (14) jusque dans le support (18), symétriquement par rapport au plan médiateur du taillant, et qui se rejoignent au dos du support.
7- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (26a) sont rectilignes de manière à
définir des surfaces de rupture planes.
définir des surfaces de rupture planes.
8- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures sont en forme de lignes brisées (26c), ou courbes (26d) et définissent des surfaces de rupture concaves.
9- Taillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures sont discontinues, par exemple sous forme de points ou de traits.
Applications Claiming Priority (2)
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FR90/11386 | 1990-09-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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CA2091676A1 true CA2091676A1 (fr) | 1992-03-15 |
Family
ID=9400340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CA002091676A Abandoned CA2091676A1 (fr) | 1990-09-14 | 1991-09-12 | Taillant d'outil de forage auto-affutable |
Country Status (10)
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US (1) | US5301762A (fr) |
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JP (1) | JPH06500836A (fr) |
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DK (1) | DK0548163T3 (fr) |
ES (1) | ES2053336T3 (fr) |
FR (1) | FR2666843B1 (fr) |
NO (1) | NO930907D0 (fr) |
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US5605198A (en) * | 1993-12-09 | 1997-02-25 | Baker Hughes Incorporated | Stress related placement of engineered superabrasive cutting elements on rotary drag bits |
US5590729A (en) * | 1993-12-09 | 1997-01-07 | Baker Hughes Incorporated | Superhard cutting structures for earth boring with enhanced stiffness and heat transfer capabilities |
US5435403A (en) * | 1993-12-09 | 1995-07-25 | Baker Hughes Incorporated | Cutting elements with enhanced stiffness and arrangements thereof on earth boring drill bits |
US5924501A (en) * | 1996-02-15 | 1999-07-20 | Baker Hughes Incorporated | Predominantly diamond cutting structures for earth boring |
US5706906A (en) * | 1996-02-15 | 1998-01-13 | Baker Hughes Incorporated | Superabrasive cutting element with enhanced durability and increased wear life, and apparatus so equipped |
US5967249A (en) * | 1997-02-03 | 1999-10-19 | Baker Hughes Incorporated | Superabrasive cutters with structure aligned to loading and method of drilling |
US5881830A (en) * | 1997-02-14 | 1999-03-16 | Baker Hughes Incorporated | Superabrasive drill bit cutting element with buttress-supported planar chamfer |
US6302224B1 (en) | 1999-05-13 | 2001-10-16 | Halliburton Energy Services, Inc. | Drag-bit drilling with multi-axial tooth inserts |
AU2004237810B2 (en) * | 2003-12-16 | 2010-09-23 | Voest-Alpine Bergtechnik Gesellschaft M.B.H. | Roadheading or mining machine with roof bolt drilling and setting devices |
US7373998B2 (en) * | 2004-04-01 | 2008-05-20 | Smith International, Inc. | Cutting element with improved cutter to blade transition |
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