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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.
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~ 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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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
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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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