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La presente invention concerne un stabilisateur à
lames, comportant au moins un espace à effet ~enturi, et utilisa-
ble avec un organe tel qu'un outil de forage, cas auquel on se
réfère, à titre d'exemple non limitatif, dans ce qui suit. Le
stabilisateur est adapté à etre place au-dessus de l'outil,
coaxialement à la colonne de forage de manière à maintenir le
forage dans la direction choisie. Il comporte de préférence au
moins deux lames ou ailes radiales laissant subsister entre elles
des intervalles angulaires libres pour la remontée des déblais
vers l'orifice du puits.
A l'effet de stabilisation de la position de l'outil
de forage, le stabilisateur selon l'invention associe plus spe-
cialement un effet de renforcement de l'aspiration des deblais,
obtenu en combinaison avec un outil de forage forme de corps
d'outil muni d'organes d'attaque du sol et comportant à l'exté-
rieur du corps d'outil, en retrait par rapport aux organes
d'attaque, au moins une buse d'aspiration creant au moins un jet
de fluide de forage dirigé en sens inverse du sens d'avancement
de l'outil.
Le stabilisateur selon l'invention comporte des lames
de largeur croissante sur au moins une première fraction de leur
hauteur à partir de leur base, de telle sorte que la valeur du
rapport de la plus grande à la plus petite sections droites de
l'espace libre delimite entre les premières fractions de deux
lames consecutives n'excède préférablement pas 7,5 et la pre-
mière portion des lames peut se prolonger d'une portion de largeur
sensiblement constante et/ou d'une portion de largeur décroissante.
Utilise en combinaison avec un outil de forage du type
defini ci-dessus, le stabilisateur selon l'invention sera mis en
place de facon que chaque buse d'aspiration de l'outil debouche
dans l'intervalle compris entre deux lames adjacentes et soit de
preference oriente sensiblement selon l'axe de cet intervalle.
_ 1 _
B ~ ~
. .` . : . ` :. . .". .
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En conséquence, l'invention revendiquée ici est
essentiellement un stabilisateur d'outil de forage suspendu à une
colonne de forage, ce stabilisateur étan.t adapté à être placé
entre l'outil et la colonne de forage, coaxialement à cette der-
niere, pour obtenir la progression. de l'outil dans une direction
choisiet ce stabili.sateur etant pourvu d'un~alesage central et
comportant au moins deux lames ou ailes radiales laissant subsis-
ter entre elles au moins un espace angulaire libre du type ~enturi
pour la circulation d'un fluide de forage la largeur des lames
etant croissante sur au moins une première portion de la hauteur
de chacune desdites lames à partir de l'extrémité de chaque lame
la plus proche de l'outil, et la hauteur de ladite première
portion etant au moins egale à la moitie de la largeur de l'ex-
tremite inferieure dudit espace angulaire, largeur comprise entre
les bords inferieurs de deux lames adjacentes.
Des exemples de realisation de l'invention sont illus-
tr~s par les figures annexees parmi lesquelles:
- la figure 1 est une coupe axiale d'un outil de
forage auquel l'invention peut être appliquee,
- la figure 2 illustre un mode de realisation d'un
stabilisateur selon l'invention,
. _ . . _ . _ . . _ . .
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les figures 2A et 2B sont des coupes du stabilisateur de la figure 2 par
les plans de section respectifs PA et P~ ,
la fiyure 3 représente une vue en plan de la surface développée du sta-
bilisateur selon la figure 2,
la figure 4 représente une vue en plan de la surface développée d'un autre
mode de réalisation du stabilisateur, suivant lequel les lames sont
inclinées par rapport à l'axe du stabilisateur, et
les figures 5, 6, 7A et 7~ montrent des varlantes de réalisation de
l'invention.
.
Les figures représentent, à titre d'exemple, le stabilisateur selon
l'invention utilisé en combinaison avec un outil de forage comportant un corps 1muni de trois bras, tels que les bras Z et 3 (FigO 2~ portant des organes
dlattaque du sol constitués par exrrnple de trois molettes coniques, telles que
les molettes 5 et 6 tournant sur des roulements nDn représentés et dont les
axes sont inclinés par rapport à llaxe vertical de l'outil. Chacun de ces
organes tournants peut etre de tout type connu et comporter des dcnts 4, comme
le montre la figure 2, ou d'autres éléments taillants capables d'attaquer les
terrains au niveau du front de taille. La partie supérieure 7 du corps 1 (Fig.1)est filetée pour assurer le raccordement de ]'outil à un stabilisateur désigné
'20 dans son ensemble par la référence 1U lui-même fixé, par exemple par un file-
tage 8, à l'extrémité d'un porte-outil qui l'entraîne en rotation.
Ce porte-outil peut etre constitué par la colDnne de forage 11 dans
le cas du forage rotary. Lorsque l'outil est directement entrainri en rotation
par un moteur de fond le porte-outil pourra être constitué par le rotor de
ce moteur.
-Dans le corps 1 de l'outil est ménagé une cavité 1a qui communique,
3 travers un alésage contral 15 pratiqué dans le stabilisateur,avec la cana-
`lisation intérieure de la colonne de forage 11
:~ .
Le corps 1 de l'outil est pourvu d'au moins une buse d'aspiration
telle que 5 ayant au moins un orifice calibré tel que 9a. Cette buse est
adaptée à créer au moins un jet de fluïde de forage (Fig. 1) dirigé en sens
inverse du sens d'avancement de l'outil dans les terrains. Sur les figures
l'orifice 9a est de forme circulaire mais il peut également avoir la forme
générale d'une fente ou comporter plusieurs orifices circulaires rapartis
angulairement.
.. . .
'
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,
Le stabilisateur lD est interposé entre l'outil et la colonne de
foraye 11 avec laquPlle il a meme axe, de manière à maintenir l'outil de forage
dans la direction choisie.
A sa partie inférieure 1Oa le stabilisateur a un diamètre extérieur
sensiblement égal au diamètre du puits foré. Comme cela est bien connu des
spécialistes la surface extérieure du stabilisateur est de préférence pourvue
d'éléments taillants 1Ob (Figure 2). A sa partie supérieure 10c, le stabili- -
sateur a un diamètre extérieur notablement inférieur au diamètre du puits,
cette portion étant prévue pour recevoir éventuellement un outil de repechage.
A sa partie inférieure 1Oa, le stabilisateur 10 comporte par exemple
trois lames ou ailes radiales 12, 13, 14 laissant subsister entre elles des
intervalles ou espaces angulaires libres pour la remontée du fluide. Le profil
de ces lames est tel que les espaces angulaires qu'elles délimitent entre elles
ont la forme de conduits du type Venturi. Dans l'exemple représenté, la largeur
de ces lames est, à partir de leur base, croissante sur une première portion
de leur hauteur H, puis sensiblement constante sur une seconde portion, sur-
montant immédiaternent la prernière portion et décroissante sur une troisième
portion de leur hauteur au-dessus de la deuxième portionO Comme on peut le
voir en particulier sur la figure 3 les références h1, h2 et h3 désignent
respectivement les hauteurs des premièrb, deuxième et troisième portions, ces
hauteurs étant mesurées parallèlement à l'axe du stabilisateur.
En désignant par SB ~Fig. 2A? la valeur de la section droite de
l'espace libre entre deux lames consécutives, mesurée au niveau de leur embase,
c'est-à-dire au niveau du plan P~ (Fig. 1 et 2), et par 5A (Fig. 2~) la valeur
de la section droite de l'espace libre entre deux lames adjacentes, mesurée au
niveau où les lames ont une largeur sensiblement constante, c'est-à-dire au
niveàu du plan PA (Fig. 1 et 2), ou ce qui revient au meme SB et SA désignant
respectivement la plus grande et la plus petite section de la portion de
l'espace libre qui converge lorsqu'on s'éloigne de lloutil, on a trouvé que
l'on obtient une bonne efficacité du dispositif lorsque la valeur du rapport
S~ / 5A est au moins égale à 1,5 et n'excède pas 7,5. De plus~ il a été décou-
vert que la hauteur h1 de la première portion sur laquelle la largeur des
lames décroit, doit être au moins égale à la moitié de la distance"e"(Fig. 2B,
3 et 4) existant entre les bords inférieurs des lames adjacentes, autrement
dit à la distance, entre deux lames, mesurée au niveau du plan PB (Fig. 1 et 2).
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; Comme le montrent clairement les figures, le profil au confiyuration
de deux lames adjacentes eqt bien tel qu~elles définissent entre elles un
espace à effet Venturi, c~est-à-dire ayant, dans le sens de la remontée des
déblais, une partie convergente, une partie dc section sensiblement constante
constituant le col du venturi, cette dernière partie étant prolongée par une
partie divergente.
La position relative du stabilisateur 10 et de l'outil est assurée,
par exemple, par le filetage 7 reliant ces deux pièces, pour que chaque buse 9
débouche dans un espace libre inter-lames, et que l~embase des lames, définie
par le plan PB, soit située au-dessus de l~orifice de sortie de la buse 9 à une
distance"d"au plus égale à 0,3 mètre.
Selon le mode de réalisation représenté SUI la figure 3, l~axe verti-
cal de chacune de ces lames est sensiblement parallèle à l~axe du stabilisateur,tandis que selon un autre mode de réalisation les axes de ces lames sont in-
clinés sur l'axe du stabilisateur. De préférence, l~inclinaison vue depuis la
base des lames est telle que le pas d'enroulement correspondant à cette incli-
naison des pales soit opposé à celui du sens de rotation de l'outil.
Les essais effectués montrent que cette inclinaison accroît de facon
notable la circulatiDn du fluide de forage chargé en déblais à travers les
espaces libres elltrP les lames.
Des modifications pourront être apportées sans sortir du cadre de la
présente invention. Par exemple, le nombre de lames sera choisi par le tech-
nicien pour que le dispositif selon l'invention assure en permanence un bon
centrage et permette d'obtenir le débit de fluide désiré dans les espaces
libres inter-lames.
Dans le cas illustré par les'figures l à 3, dans lequel llaxe des
lames est parallèle à celui du dispositif et dans lPquel le dispositif est
utilisé en combinaisDn avec un outil de forage, l'utilisation de trois lames ''
radiales semble être intéressant par le fait que l'on obtient un bon centrage
et un débit de fluide convenable, l'équilibrage dynamique du dispositif étant
obtenu sans grande difficulté. -
Selon des modes de réalisation simplifiés représentés sur les fi- ~
gures S et 6 le profil des lames peut être tel que ces lames définissent entre ''
elles des espaces convergeant sur toute la longueur des lames lorsqu'on s'éloi-
: . .
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gne de l'outil ou des espaces comportant une partie convergente surmontée
d'une partie de section constante.
La forme de la section droite des espaces angulaires libres pourra
être choisie par le technicien en fonction des conditions d'usinage, pourvu
que la paroi de chacun de ces espaces fasse à son intersection avec la surface
extérieure du stabilisateur un angle ~ au moins égal à 90.
Dans le mode de réalisation illustré par les figures 7A et 7~, le
stabilisateur comporte autant de lames que l'outil de forage a de bras. Chaque
lame 12, 13, 14 est prolongée par un prolongateur 12a, 13a, 14a, chacun dleux
- 10 étant solidaire d'un bras de l'outil, soit en étant rapporté et fixé par sou~
dure~ etc... soit en étant obtenu de fonderie lors de la fabrication de l'outil.L'embase de la partie convergente du Venturi est alors située à un niveau in-
férieur à celui de llorifice de la buse 9.
Cien entendu, on ne sortirait pas du cadre de la présente invention
en ~é~lisant en une se~le pièce l'e _ dm - ~e outil-stabilisateur.
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. . . . .
