FR2566833A1 - Methode et perfectionnement aux outils de forage comportant des passages d'eau permettant une grande efficacite du nettoyage du front de taille - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UNE METHODE ET UN OUTIL DE FORAGE AMELIORANT L'EVACUATION DES DEBLAIS LORS D'UN FORAGE. LA METHODE PERMET L'EVACUATION DES DEBLAIS D'UN OUTIL DE FORAGE 1 TOURNANT, NOTAMMENT SUR LUI-MEME EN FONCTIONNEMENT, AUTOUR D'UN AXE PROPRE 5, OU AXE DE L'OUTIL, LEDIT OUTIL COMPORTANT UN CORPS DONT UNE PREMIERE EXTREMITE EST ADAPTEE A SE RACCORDER A DES MOYENS D'ENTRAINEMENT EN ROTATION ET DONT LA SECONDE EXTREMITE 3, LADITE SECONDE EXTREMITE COMPORTANT DES PASSAGES D'EAU, DELIMITE LE FRONT DE TAILLE; LA ZONE DE LADITE SECONDE EXTREMITE VOISINE DUDIT AXE EST APPELEE PARTIE CENTRALE DE L'OUTIL 6; LEDIT OUTIL COMPORTE AU MOINS UNE DUSE 9. LA METHODE EST CARACTERISEE EN CE QUE LADITE DUSE EST POSITIONNEE DANS UN PASSAGE D'EAU POUR PRODUIRE UN ECOULEMENT ORIENTE VERS LA PARTIE CENTRALE 6 DE L'OUTIL, LE VECTEUR OBTENU PAR LA PROJECTION ORTHOGONALE SUR UN PLAN PERPENDICULAIRE A L'AXE DE L'OUTIL DE LA VITESSE DUDIT ECOULEMENT DANS LA PARTIE CENTRALE DE L'OUTIL ETANT NON NUL EN TOUT POINT DE LADITE PARTIE CENTRALE, LEDIT VECTEUR SERA QUALIFIE DE VECTEUR DE VITESSE EFFICACE. LA METHODE ET L'OUTIL, SELON LA PRESENTE INVENTION, PEUVENT ETRE UTILISES POUR LE FORAGE DE PUITS PETROLIERS.
Description
- 1 - La présente invention concerne un outil de forage rotatif amélioré,
à
grande efficacité du nettoyage du front de taille.
On connait déjà des outils de forage rotatifs comportant un corps dont une première extrémité se raccorde à des moyens d'entraînement en rotation et dont la seconde extrémité, qui délimite le front de taille, comporte une pluralité de plages d'attaque réparties autour de l'axe du trépan, en étant séparées par des zones radiales d'évacuation des déblais qui communiquent à leur périphérie avec l'espace annulaire entourant la première extrémité du trépan, en arrière du front de taille. Dans certains outils de ce type, décrits par exemple dans la demande de brevet français publiée no 80/09.548, chacune des plages d'attaque du trépan comprend une pluralité de nervures, ou segments, de forme allongée dont chacun a une face d'attaque porteuse d'un élément de
coupe avantageusement constitué en diamant fritté.
L'ensemble des faces d'attaque d'une même plage forme une ligne d'attaque du sol. Chaque plage d'attaque comporte une rangée de duses 2d'irrigation débouchant le long d'un rayon du front de taille, en avant de la ligne d'attaque de cette plage, si l'on considère le sens de rotation de celle-ci sur le front de taille. Ces duses creent des jets d'irrigation s'écoulant dans une direction sensiblement parallèle aux faces d'attaque des nervures, à une certaine distance de ces faces d'attaque. On sait également réaliser une amélioration du nettoyage du front de taille et de l'évacuation des déblais en positionnant des duses dont les jets sont inclinés par rapport au front de taille et percutent
donc la paroi sous un angle d'incidence différent de 90 .
Un inconvénient de l'art antérieur réside dans le fait que la répar-
tition actuellement adoptée pour ces jets n'est pas favorable a un ben
nettoyage de la partie centrale de l'outil, ce qui limite les perfor-
mances en vitesse d'avancement de l'outil et en augmente l'usure.
L'objet de la présente invention est de proposer une amélioration aux outils de forage de manière à en accroître les performances par un
balayage plus efficace des déblais sur le front de taille et plus par-
ticulièrement dans la partie centrale, ou zone centrale, de l'outil.
La présente invention peut être appliquée à des outils de forage ou trépans travaillant par enlèvement de copeaux (outil à lames) ou par abrasion comportant des passages d'eau. Les premiers outils mentionnés comportent généralement des éléments de coupe en diamant synthétique polycristallin, les seconds comportent généralement des diamants naturels. Cet objectif est obtenu selon la présente invention, en orientant au moins un jet incliné de façon préférentielle vers la partie centrale
de l'outil les autres jets ne venant pas contrarier ce premier jet.
Dans le présent texte, on désigne généralement par vitesse, la valeur 3 moyenne de la vitesse obtenue en intégrant les vitesses sur la plus
courte distance séparant l'outil de la formation géologique.
Le ou les jets orientés préférentiellement vers la partie centrale de l'outil doivent être positionnés de façon que le vecteur obtenu par la projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l'axe de l'outil de la vitesse de l'écoulement dans la partie centrale de l'outil soit
non nul. Ce vecteur sera dit vecteur de vitesse efficace.
A ce ou ces jets orientés préférentiellement vers la partie centrale de l'outil seront avantageusement associés un ou plusieurs jets dont l'écoulement s'éloigne de façon préférentielle de la partie centrale de l'outil, ce ou ces jets ne se trouvant pas sur le segment de droite passant par l'axe de l'outil et le point de départ d'un jet orienté préférentiellement vers la partie centrale de l'outil; ce segment de droite sus-mentionné est limité par l'axe de l'outil et par le point de départ du jet orienté préférentiellement vers la partie centrale de l'outil.
Ainsi, la présente invention concerne une méthode améliorant le dé-
blaiement d'un outil de forage comportant des passages d'eau tournant, notamment sur lui-même en fonctionnement, autour d'un axe propre, ou
axe de l'outil. Cet outil comporte un corps dont une première extré-
mité est adaptée à se raccorder à des moyens d'entrainement en rota-
tion et dont la seconde extrémité délimite le front de taille. La zone de la seconde extrémité voisine dudit axe est appelée partie centrale
de l'outil, l'outil comporte au moins une duse.
Plus exactement, la partie centrale, ou zone centrale, de l'outil est définie par la partie de l'outil voisine du centre de l'outil lui-même est défini comme étant l'intersection de l'axe propre de l'outil avec
la surface extérieure de l'outil.
La méthode selon l'invention est caractérisée en ce que ladite duse 4- est positionnée pour produire un écoulement orienté vers la partie centrale de l'outil, le vecteur obtenu par la projection orthogonale sur un plan perpendiculaire à l'axe de l'outil de la vitesse dudit écoulement dans la partie centrale de l'outil étant non nul en tout point de la partie centrale de l'outil, ledit vecteur sera qualifié de
vecteur de vitesse efficace comme cela a déjà été mentionné pré-
cédemment.
La méthode selon l'invention peut s'appliquer au cas d'un outil com-
portant plusieurs duses, dans ce cas ces duses sont positionnées et dimensionnées pour produire un écoulement résultant au centre de l'outil dont le vecteur de vitesse efficace est non nul en tout point
de la partie centrale de l'outil.
Suivant une variante de la méthode selon l'invention, la ou les duses sont positionnées de telle sorte qu'il existe au moins un axe dit axe
de circulation appartenant au plan perpendiculaire à l'axe de l'outil.
Les projections orthogonales sur cet axe des différents vecteurs de
vitesse efficace de la partie centrale de l'outil sont appelés vec-
teurs de circulation. Selon cette variante, tous les vecteurs de cir-
culation sont orientés dans le même sens.
Bien entendu, ledit axe peut être une ligne courbe. Mais, de préfé-
rence, il s'agira d'un axe droit passant par l'axe de l'outil.
La présente invention concerne également un outil de forage pour la
mise en oeuvre de la méthode et de ses variantes exposées précé-
demment. Cet outil est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première duse d'injection positionnée en un premier passage d'eau de l'outil, ladite duse comportant un canal d'injection dont l'axe est orienté
sensiblement vers la zone centrale de l'outil.
-
Selon une variante de réalisation, l'outil selon l'invention peut com-
porter au moins une deuxième duse positionnée dans un deuxième passage
d'eau localisé sur le côté de l'outil opposé à celui contenant la pre-
mière duse, ledit côté opposé étant défini par la portion de l'outil située dans le demi-espace délimité par un premier plan passant par l'axe de l'outil, perpendiculaire à un deuxième plan contenant un point de l'orifice d'injection de ladite première duse ainsi que l'axe
de l'outil et ne contenant pas ladite première duse, ladite duse com-
prenant un canal d'injection adapté à produire un écoulement sen-
siblement orienté dans la direction opposée à celle définie par la
zone centrale de l'outil.
Selon une autre variante, la deuxième duse d'injection peut être posi-
tionnée dans un passage d'eau localisé sur l'outil sensiblement dans un demi-plan appartenant au deuxième plan, ce demi-plan étant délimité
par l'axe de l'outil et ne contient pas la première duse.
Selon une autre variante, l'outil peut comporter plusieurs duses d'in-
jection de fluide ayant des canaux d'injection de fluide dont l'axe
est orienté vers la zone centrale de l'outil. Ces duses étant posi-
tionnées dans des passages d'eau localisés sur l'outil d'un nièmme côté
par rapport à un plan passant par l'axe de l'outil.
Selon une autre variante, l'outil peut comporter une troisième duse comportant un troisième canal, ladite troisième duse étant positionnée
sensiblement au voisinage de ladite première duse, l'axe dudit troi-
sième canal étant orienté sensiblement dans le sens opposé à celui de
la première duse.
Selon une autre variante, lorsque l'outil de forage comprend un nombre n de passages d'eau supérieur ou égal à trois, il comportera un nombre m de passages d'eau adjacents entre eux deux à deux, chacun de ces m
passages comportant au moins une duse d'injection. Le canal d'injec-
tion de cette duse étant orienté vers la partie centrale de l'outil.
- 6- Le nombre m est compris de préférence entre un et la partie entière du
quotient du nombre n par deux.
Suivant une autre variante de l'outil selon l'invention, au moins un des passages d'eau non équipés de duse d'injection ayant un canal d'axe orienté vers la partie centrale de l'outil pourra être équipé d'au moins une duse d'injection comportant un canal sensiblement orienté dans le sens opposé à celui défini par la partie centrale de l'outil.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparai-
tront plus clairement à la description qui suit d'un exemple particu-
lier, nullement limitatif, illustré par les figures ci-annexées parmi lesquelles:
- la figure 1 représente un outil de forage comportant des améliora-
tions selon la présente invention, - la figure 2 montre une duse, - la figure 3 montre un outil de forage comportant des améliorations * selon la présente invention, - les figures 4 et 5 représentent des schémas permettant de définir différents angles,
- la figure 6 représente un mode de réalisation particulièrement effi-
cace d'un outil de forage comportant plusieurs duses selon l'inven-
tion, et -la figure 7 représente un diagramme comparatif de l'efficacité d'un outil selon l'art antérieur et d'un outil selon la presente invention. - 7 - Sur la figure 1, la référence 1 désigne, dans son ensemble, le corps
de l'outil de forage ou trépan selon l'invention qui sera, par exem-
ple, réalisé en-acier spécial. A une première de ses extrémités, cet outil est adapté à se raccorder à des moyens d'entrainement en rotation, par exemple par l'intermédiaire d'un filetage 2. Ces moyens d'entrainement de l'outil en rotation comprendront un porte-outil dont le trépan est rendu solidaire, et qui fait partie de la colonne de forage rotary, ou qui peut être directement entrainé en rotation par
le rotor d'un moteur de fond.
La seconde extrémité ou tête 3 du trépan comporte une face délimitant le front de taille de l'outil, cette face comportant une pluralité de
moyens de destruction 4 et 4a de la formation à forer.
La référence 5 représente l'axe de l'outil et la référence 6 repré-
sente la partie centrale ou zone centrale, de l'outil qui peut être délimitée à titre d'exemple par la partie de la surface de la seconde extrémité de l'outil comprise à l'intérieur d'un cylindre dont l'axe coTncide avec l'axe de l'outil 5 et dont le diamètre est égal au
diamètre extérieur de l'outil divisé par trois.
Le trépan comporte des passages d'eau 7. Pour permettre le nettoyage des déblais et leur évacuation, une circulation de fluide est réalisée. Le fluide de forage passe de la partie intérieure du trépan à la zone extérieure annulaire 8 (Fig. 3) comprise entre le front de taille et la surface de l'outil par l'intermédiaire de duses 9 qui orientent le fluide directement sur le front de taille suivant une
trajectoire f.
Le nettoyage des déblais et leur évacuation se fait par une circula-
tion du fluide de forage qui est amené par le train de tiges jusque dans la cavité intérieure du trépan. Le fluide est ensuite distribué grâce à un percage à au moins une première duse 9 ayant un canal d'injection du fluide dont l'axe 17 est orienté sensiblement vers la -8-
zone centrale 6 de l'outil.
Dans la présente description, on entend par canal d'injection de la
duse la partie de la duse qui va orienter la direction du jet, ainsi sur la figure 2, le canal de la duse 18 correspond au passage 19. L'axe 20 du canal 19 de la duse 18 peut être défini comme la direction
résultante de l'écoulement, ou du jet, produit par ce canal 19.
Dans la présente description, l'axe 20 du canal 19 de la duse 18 est
supposé être orienté dans le sens de l'écoulement produit par la duse,
ce sens est indiqué sur la figure 2 par la flèche 22.
Il est bien évident que l'on ne sortira pas du cadre de la présente invention en utilisant des duses ayant des sections de passage de diverses formes, ce qui demeure important étant la direction et plus exactement l'orientation de l'axe de ces duses telles que définies précédemment. Le fluide issu de la duse 9 est évacué par l'annulaire 8 (Fig. 3)
compris entre le front de taille et la surface de l'outil.
Le trépan 1 de la figure 3 comporte une deuxième duse 23 qui possède
un axe 24 orienté vers l'annulaire 8.
Cette deuxième duse est située dans un passage d'eau 16 localisé du côté du trépan 25 opposé à celui contenant la première duse et qui
porte la référence 26.
Le côté dit opposé 25 est défini par la portion de l'outil située dans le demi espace délimité par un premier plan passant par l'axe de l'outil perpendiculaire à un deuxième plan contenant un point de l'orifice d'injection de la première duse 9 ainsi que l'axe du trépan
et qui ne contient pas la première duse 9.
-9- L'outil de la figure 3 qui comporte un nombre impair de passages d'eau, en l'occurence cinq, comporte une duse supplémentaire 21 orientée préférentiellement vers la périphérie de l'outil et crée un écoulement dirigé respectivement suivant l'axe 35, l'axe 35 étant caractérisé par un angle 3 (la définition de cet angle est donnée dans la suite de ce texte), compris entre 90 et 180 et qui dans le cas précis de la figure 3 est sensiblement égal à 150 . De plus, sur la figure 3, l'axe 35 du jet créé par la duse 21 est orienté vers la face d'attaque des lames de coupe, ce qui représente une configuration
particulièrement intéressante pour le nettoyage de ces lames de coupe.
L'axe 24 de la duse 23 est caractérisé par un angle 3 égal à 180 .
Cet ensemble constitué des duses 9, 21 et 23 crée dans la partie centrale de l'outil une circulation de fluide de forage orienté sensiblement selon l'axe 17 de la première duse 9, tout en réduisant
les tourbillons.
Le trépan de la figure 3 comporte une troisième duse 27 qui peut être alimentée en fluide de forage par le même perçage que celui alimentant
la première duse 9.
L'axe 28 du canal de cette troisième duse 27 est orienté sensiblement
dans la direction opposée à celle de la première duse. Il faut com-
prendre par là que la troisième duse 27 possède un canal d'injection de fluide qui crée un écoulement s'éloignant du plan perpendiculaire à
l'axe 17 du premier canal.
Bien entendu, la troisième duse 27 peut être alimentée par un perçage
indépendant, différent de celui alimentant la première duse 9.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention si l'une au moins des duses citées précédemment produit un jet qui dès sa sortie de ladite duse est parallèle au front de taille et/ou à la surface de
- 10 -
l'outil. Ceci revient à dire que l'axe de ladite duse est parallèle au
front de taille et/ou à la surface de coupe de l'outil.
Sur la figure 4, la référence Il représente le front de taille tel qu'il est usiné par l'outil. La référence 12 représente le plan tan-
gent au front de taille au point d'impact du jet sur ce dernier.
Sur la figure 5, la référence 13 représente le plan tangent au front
de taille au point le plus proche de la duse d'o est issu le jet f.
La référence 14 est la projection orientée dans le sens de progression de l'outil de l'axe de l'outil 5 sur le plan 13. La référence 15 désigne la projection de la trajectoire du jet f en sortie de duse en projection sur le plan 13. 3 est l'angle formé par les projections 14 et 15. L'anale 3 est calculé en partant de la demi-droite AB o A est
le point d'intersection des projections 14 et 15.
La figure 6 représente un outil ayant un nombre pair de passages
d'eau, en l'occurence six. Cet outil a révélé de très bonnes perfor-
mances en capacité d'évacuation des déblais lors d'essais expérimen-
taux.
Les jets utilisés sont des jets inclinés par rapport au front de taille, de telle manière que l'angle a que forme le jet f avec le plan tangent 12 au front de taille au point d'impact de ce jet soit
différent de 90 .
I1 est bien évident que la direction d'un jet se confond sensiblement
avec l'axe de la duse qui le produit.
Une application de l'invention, représentée sur la figure 6, à un ou-
til comprenant six passages d'eau référencés 29 à 34, consiste à orienter de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil les deux jets dénommés f1 et f2 se trouvant dans deux passages d'eau voisins 29 et 30 et étant inclinés respectivement des angles î1 et
- ll -
îr2 par rapport au front de taille, de façon préférentielle vers la
partie centrale de l'outil.
On appelle jet orienté de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil, tout jet issu d'une duse extérieure à cette partie cen-
trale 6 et dont la projection de la trajectoire sur un plan perpendi-
culaire à l'axe 5 de l'outil se trouve en partie à l'intérieur de la projection sur ce plan de la partie centrale 6 de l'outil. Est également considéré comme jet orienté de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil tout jet issu d'une duse intérieure à cette partie centrale 6 et orienté de façon préférentielle vers le centre de l'outil. Un jet est appelé jet orienté de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil lorsque l'angle 3 défini sur la figure 5 a
une valeur inférieure à 90 .
On ne sortira pas du cadre de la présente invention si l'outil
comporte une seule duse de forme oblongue.
Le plan de la figure 6 correspond à un plan perpendiculaire à l'axe de
l'outil. L'axe 38 représente l'axe de circulation du fluide.
La fléche 39 représente un vecteur de vitesse efficace obtenu par la
projection orthogonale sur le plan de la figure d'un vecteur de vi-
tesse de l'écoulement dans la partie centrale de l'outil.
La référence 40 désigne le vecteur de circulation obtenu par la pro-
jection orthogonale du vecteur de vitesse efficace 39 sur l'axe de
circulation 38.
Le vecteur de circulation 40 peut être obtenu directement par la pro-
jection, de la vitesse de l'écoulement sur l'axe de circulation 38,
sur un plan perpendiculaire à l'axe de circulation 38.
Les différents vecteurs de circulation de la partie centrale de l'ou-
- 12 -
til sont orientés dans le même sens dans le cas particulier de la
figure 6.
Les jets fl et f2 créent au niveau de la partie centrale de l'outil 6 un écoulement privilégié des passages d'eau 29 et 30 vers les passages d'eau 32 et 33 permettant d'évacuer de façon efficace des déblais se trouvant dans cette zone. L'utilisation de jets inclinés permet d'avoir une vitesse d'écoulement élevé du fluide dans cette zone, en limitant la perte de vitesse du jet au niveau de l'impact jet sur
front de taille.
Associés aux jets f1 et f2, les jets f3 et f4 dans les passages d'eau
33 et 32 améliorent l'efficacité de la technique, en facilitant l'éva-
cuation des déblais poussés par fl et f2 vers la zone annulaire de
l'outil.
Les jets f3 et f4 également inclinés respectivement des angles î3 et
î4 par rapport au front de taille sont des jets orientés préféren-
tiellement vers la périphérie de l'outil. On appelle jet orienté de façon préférentielle vers la périphérie de l'outil tout jet tel que
l'angle 3 précédent défini soit compris entre 90 et 1800 .
Les jets f5., f6' f7 et f8 également inclinés respectivement des angles
î5, î6, 67 et Ot8 par rapport au front de taille sont orientés pré-
férentiellement vers la périphérie de l'outil.
Ils ont pour fonction le nettoyage des lames de'coupes délimitant le passage d'eau o ils se trouvent respectivement 31, 30, 29 et 34. Les
jets f3 et f4 ont également cette fonction supplémentaire.
Les sections de passage des duses que l'on notera Sl, S2.. s8
peuvent ne pas être toutes identiques.
Dans le cas d'un outil comprenant des passages d'eau, chaque passage
- 13 -
d'eau peut comprendre zéro, un, ou plusieurs jets.
Si un passage d'eau comprend plusieurs jets dont l'un est orienté de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil, ce jet sera celui se trouvant le plus près du centre de l'outil, le centre de l'outil correspond à l'intersection de la surface extérieure de la
deuxième extrémité de l'outil avec l'axe de l'outil 5.
La section de sortie S des duses peut être circulaire, mais peut également avoir d'autres formes telle qu'une forme oblongue, la forme
d'une fente, etc..
Si un outil ne comprend qu'une seule duse, celle-ci sera orientée de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil et aura de
préférence la forme d'une fente.
L'application de l'invention conduit à la meilleure efficacité lorsque tous les jets sont inclinés par rapport au front de taille, mais elle garde sa valeur lorsque un ou plusieurs jets ne sont pas inclinés par
rapport au front de taille.
La valeur de l'angle O pour un jet incliné sera avantageusement infé-
rieure à 45 .
La valeur de l'angle [ pour un jet orienté de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil sera avantageusement inférieure à . Le nombre de jets orientés préférentiellement vers la partie centrale de l'outil sera de préférence inférieur ou égal à la partie entière de
la moitié du nombre de passages d'eau.
Les jets orientés de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil seront de préférence situés du même côté d'un plan passant par
- 14 -
l'axe 5 de l'outil, afin d'éviter que ces jets ne viennent s'annihiler
dans la partie centrale de l'outil.
Sur l'outil de la figure 6, les jets f3' f4' f5' -f6, f7 et f8 qui ne sont pas orientés vers la partie centrale de l'outil et dont la fonction est en particulier le nettoyage de la surface de l'outil en contact avec le front de taille, cette surface ne comprenant pas la partie centrale de l'outil, créent un écoulement centrifuge orienté vers les lames de coupes particulièrement efficace pour le nettoyage
de l'outil et en particulier de sa périphérie.
Les duses positionnées sur l'outil peuvent être amovibles ou fixes, de section identiques ou non. Les duses fixes pourront être constituées par un simple canal réalisé directement dans le corps de l'outil et
ayant une inclinaison appropriée de l'orifice d'injection.
D'une façon générale, la somme des sections des jets orientés de façon préférentielle vers la partie centrale de l'outil sera de préférence supérieure ou égale au tiers de la section totale ST de passage des duses placées sur l'outil et de préférence inférieure ou égale aux
deux tiers de la section ST.
La figure 7 représente un diagramme montrant le gain apporté par l'invention sur la capacité de l'outil de forage à évacuer les déblais
qu'il crée au fond du puits de forage.
L'axe des ordonnées 35 de ce diagramme représente la capacité d'un
outil à évacuer les déblais.
L'axe 10 des abscisses représente la durée pendant laquelle on fait
passer un fluide de forage dans l'outil.
Sur cette figure, la référence 36 correspond à la courbe de per-
formance d'un outil selon la présente invention et la référence 37
- 15 -
correspond à la courbe de performance d'un outil selon l'art antérieur. Pour obtenir ces courbes, l'outil est placé dans une cellule simulant le fond du puits de forage. On introduit entre l'outil et la cellule
un volume donné V de sable simulant les déblais.
Lors de l'expérience, on fait circuler un fluide à un débit donné à travers l'outil et l'on enregistre en fonction du temps le volume de déblai évacué par rapport au volume de déblai initialement placé dans la cellule. La capacité de l'outil à évacuer les déblais correspond au rapport du volume de déblais évacué sur le volume de déblais initial V. On remarque sur les courbes présentées que pour une durée de t1, l'outil selon l'invention a évacué un volume de déblais trois fois
supérieur à celui évacué par l'outil selon l'art antérieur.
Dans le cas de l'outil selon l'invention, les déblais étant rapidement évacués du front de taille, l'outil se trouve donc en permanence en contact avec la roche à détruire et non en contact avec les déblais qu'il vient de créer. Ceci a pour conséquence d'augmenter la vitesse d'avancement de l'outil de forage et d'éviter le rebroyage des déblais par cet outil qui limiterait l'efficacité de l'outil et provoquerait
une usure initiale de celui-ci.
La courbe de performance 37 d'un outil selon l'art antérieur atteint sensiblement une asymptote horizontale correspondant à une capacité d'évacuation des déblais de l'ordre de 60 %, ce qui signifie que les déblais restant, soit prés de 40 % des déblais initiaux, sont très
difficile à évacuer.
Au contraire, l'outil selon la présente invention ne laisse pratique-
ment plus de déblais dans la cellule, du fait notamment d'un bon
nettoyage de la partie centrale de l'outil.
- 16 -
Claims (10)
1. - Méthode améliorant le déblaiement d'un outil de forage (1) tour-
nant, notamment sur lui-même, en fonctionnement, autour d'un axe propre (5), ou axe de l'outil, ledit-outil comportant un corps dont
une première extrémité est adaptée à se raccorder à des moyens d'en-
trainement en rotation et dont la seconde extrémité (3), délimite le front de taille, ladite seconde extrémité comportant des passages
d'eau, la zone de ladite seconde extrémité voisine dudit axe cons-
tituant la partie centrale de l'outil (6), ledit outil comporte au moins une duse (9), caractérisée en ce que ladite duse est positionnée dans un passage d'eau pour produire un écoulement orienté vers la
partie centrale (6) de l'outil, le vecteur (39)- obtenu par la pro-
jection orthogonale sur un-plan perpendiculaire à l'axe de l'outil de la vitesse dudit écoulement dans la partie centrale de l'outil étant
non nul en tout point de ladite partie centrale, ledit vecteur cons-
tituant le vecteur de vitesse efficace.
2. - Méthode selon la revendication 1 appliquée au cas d'un outil com-
portant plusieurs duses (9, 21, 23), caractérisée en ce que lesdites duses sont positionnées et dimensionnées pour produire dans la partie centrale de l'outil un écoulement résultant dont le vecteur de vitesse efficace est non nul en tout point de ladite partie centrale de l'outil.
3. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée
en ce que ladite duse (9) ou lesdites duses (9, 21, 23) sont position-
nées de telle sorte qu'il existe au moins un axe, dit axe de circula-
tion (38), appartenant audit plan perpendiculaire à l'axe de l'outil, en ce que les différents vecteurs de circulation (40) obtenus par la projection orthogonale sur ledit axe de circulation des différents vecteurs de vitesse efficace (39) des points de la partie centrale
sont orientés dans le même sens.
- 17 -
4. - Outil de forage pour la mise en oeuvre de la méthode de la reven-
dication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une première duse d'injection (9) positionnée en un premier passage d'eau (7) de l'outil, ladite duse comportant un canal d'injection dont l'axe (17) est orienté sensiblement vers la partie centrale de l'outil (6).
5. - Outil de forage selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième duse (23) positionnée dans un deuxième passage d'eau (16) localisé sur le côté de l'outil opposé (25) à celui (26) contenant la première duse (9), ledit côté opposé (25) étant défini par la portion de l'outil située dans le demi espace délimité par un premier plan passant par l'axe de l'outil (5), perpendiculaire à un deuxième plan contenant un point de l'orifice d'injection de ladite première duse (9) ainsi que l'axe de l'outil et ne contenant pas ladite première duse (9), ladite duse (23) comprenant un canal d'injection adapté à produire un écoulement sensiblement orienté dans la direction opposée à celle définie par la partie centrale de l'outil.
6. - Outil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite deu-
xième duse (23) d'injection est positionnée dans un passage d'eau localisé sur l'outil sensiblement dans un demi-plan appartenant au deuxième plan, ledit demi-plan étant délimité par l'axe de l'outil et
ne contient pas ladite première duse.
7. - Outil selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce
qu'il comporte plusieurs duses d'injection de fluide ayant des canaux d'injection de fluide dont l'axe est orienté vers la zone centrale de l'outil et en ce que lesdites duses se trouvent positionnées dans des passages d'eau localisés sur l'outil d'un même côté par rapport à un
plan passant par l'axe de l'outil.
8. - Outil selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce
- 18 -
qu'il comporte une troisième duse (27) comportant un troisième canal, ladite troisième duse (27) étant positionnée sensiblement au voisinage de ladite première duse (9), l'axe (28) dudit troisième canal étant
orienté sensiblement dans le sens opposé à celui de la première duse.
9. - Outil de forage selon l'une des revendications 4 à 8, ledit outil
comprenant un nombre n de passages d'eau supérieur ou égal à trois, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre m de passages d'eau adjacents entre eux deux à deux, dont chacun comporte au moins une duse d'injection ayant un canal d'injection orienté vers la partie centrale de l'outil, ledit nombre m étant compris entre un et la
partie entière du quotient du nombre n par deux.
10. - Outil de forage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'un au moins des passages d'eau non équipés de duse d'injection ayant un canal d'axe orienté vers la partie centrale de l'outil est équipé d'au moins une duse d'injection comportant un canal sensiblement orienté dans le sens opposé à celui défini par la partie centrale de l'outil.
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|---|---|---|---|
| FR8410127A FR2566833B1 (fr) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | Methode et perfectionnement aux outils de forage comportant des passages d'eau permettant une grande efficacite du nettoyage du front de taille |
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