DIVERGENT BEAN FOR DRILLING TOOLS; TOOL USING SAID BEAN

DUSE DIVERGENTE POUR OUTIL DE FORAGE, ET OUTIL UTILISANT UNE TELLE DUSE

Abrégé français

L'invention concerne une dure divergente pour outil
de forge, et un outil utilisant une telle dose.
La dure (22) a une paroi (16) qui diverge vers
l'extérieur, l'angle de divergence (~) étant inférieur à
30°.

Revendications

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REVENDICATIONS
1. Duse (12) montée dans un outil de forage
monobloc (10), d'un type comprenant une paroi latérale
intérieure (16) qui diverge depuis une extrémité d'entrée
se trouvant à l'inférieur de l'outil jusqu'à une extrémité
de sortie se trouvant sur une surface extérieure de
l'outil, caractérisée en ce que ladite paroi latéral
intérieure (16) a un angle de divergence (.alpha.) tel qu'un jet
de fluide émis à travers la duse vient se coller à ladite
paroi latéral intérieure (16) par effet Coanda, ledit angle
étant à cet effet inférieur à 30°.
2. Duse selon la revendication 1, caractérisée
en ce qu'à l'extrémité d'entrée de la paroi latéral
intérieure (16) est fermé un décrochement annulaire (22)
tourné vers 1a surface extérieure de l'outil, ledit
décrochement définissant une cavité annulaire (24) où règne
une dépression qui renforce l'effet d'adhérence du jet de
fluide à la paroi latérale intérieur.
3. Duse selon la revendication 1, caractérisée
en ce que la paroi latérale intérieure (16) est précédée,
par rapport à une direction d'écoulement du fluide, par un
passage cylindrique ou un passage convergent (26).
4. Outil de forage monorbloc muni d'au moins une
duse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.

Description

1
Dose divergente pour outil. de fo~ outil
util~.sant une telle dose.
L.a présente inventian concerne de~~ doses pour un
outil de forage travaillant la roche par abrasion ou
cisaillement, par exemple pour un outil monobloc pourvu de
lames ou de taillants en diamant, en poly<liamant
cristallin ou PDC, au carbure de tungstène, etc...
Ces dures doivent présenter de bonnes qualités
d'irrigation, de nettoyage, de refroidissement des lames
20 et des taillants, ainsi qu'une bonne évacuation des
déblais.
On sait que les doses cylindriques ou convergentes
ont d'excellentes performances de destruction de la roche,
du fait qu'elles concentrent le flux de liquide
d°irrigation sur une faible section. On les utilise pour
cela dans les outils tricônes.
Dans le cas d°outils monoblocs, le facteur
prépondérant n'est pas celui de la destruction de la roche
par impact hydraulique, mais plutôt celui de l'irrigation
homogène de toute la surface active de l'outil. Ce
résultat pourrait certes étre obtenu en munissant l'outil
monobloc de doses larges, produisant donc des jets de
fluide de large section et ayant également l'avantage de
ne passe laisser boucher par les déblais de roche, maïs,
dans le cas, où un bouchage, rare mais possible, se
produirait, le débouchage serait difficile à effectuer,
car dans une Buse large, la perte de charge est faible. Si
l'outil comporte plusieurs autres doses larges non
bouchées, il n'y aura pas assez de débit disponible pour
déboucher la cluse obstruée.
Une solution pour favoriser Ie débouchage des doses
pourrait consister â choisir des doses à faible section~~de
passage, car la perte de charge élevée permettrait
d'opérer le débouchage. Mais on retombe alors sur
l~inconvénient que les doses â fâible section se bouchent
facilement.
ï'ar le brevet US-A-~. 703 814, on connaît des doses
susceptibles d'être montées ou -détachées d'un outil de

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forage au moyen d'une clé Allers, ce qui apporte un gain de
place et un couple de vissage supérieur â ceux des dures
standards. De telles dures cependant ne résolvent en rien
le problème posé ci-dessus, qui est celui de permettre une
bonne irrigation, un auto-nettoyage et un bon
refroïdissement des lames et taillants, ainsi que l'auto-
débouchage des duses. Le brevet US-A-4 185 706 concerne
l'utilisation des duses à effet cavitant destiné à
effectuer 1a destruction de la roche par cavitation. La
cavitation est un phénomène destructeur dû à des mini-
explosions qui génèrent des ondes de choc destructrices.
Toutefois, de telles duses n'apportent pas de solution au
problème qui est à la base de l'invention.
Le brevet EP-A-0 146 252 concerne un assemblage
d'éléments destiné à constituer une dose résistant â de
très hautes pressions. Mais cette dure n'a pas une
structure qui lui permettrait d'améliorer le nettoyage, la
distribution du fluide et le refroidissement de l'outïl de
f orage.
La présente invention a pour objet une dure
présentant les qualités d'irrigation, d'auto-nettoyage et
de refroidissement, qui, de plus, soit pratiquement
imbouchable et qui puisse être facilement dêbouchée en cas
d'obstr;uction. '
La présente invent-ion Vise a_ir~e ~~uaE~ (12; montée dans
un outil de forage moncWloc ( 7 0 ) , d' ~zn t_.ype c:cmprenant une
paroi latërale intëri~~ure ( 16;) qui dit.~erge depuis une
extrémité d'entrée se trouvant à l'intérieur de l'outil
jusqu'à une extrémité de sortie se trouv<:~nt sur une surface
extérieure de l'outil, c.~a~~ac.~téris~:~~: ~r: cve que 1<~dit~e paroi
latéral intérieure ! 1~ ) a un angle de o~,.'~~~ergence (a) tel
qu'un jet de fluide émis à travers la Buse vient. se coller

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à ladite paroi latéral. intérieure (16) par effet Coanda,
ledit angle étant à cet effet ~_nfé.rie~.~r â 30°,
Une telle dure en effet n'effectue pas de retenue
mécanique de matiêre puisqu'elle est évasée vers
l'extérieur. De plus, en cas de bouchage, la perte de
charge qui intervient est celle qui règne au niveau de sa
section intérieure qui est la plus faible. A ce niveau, la
perte de charge entre l'intérieur et l'extérieur de la
duse est élevée, ce qui favorise l'expulsion du bouchon de
matière, d'autant plus que la paroi fuyante de la duse
n'oppose aucune résistance au bouchon. En outre, la duse
selon l'invention effectue une excellente irrigation de
l'outil du fait que le jet est, divergent et peut ainsi
atteindre une plus grande zone. L'énergie du flux est
d'autre part répartie dans un large cône de diffusion et
perd de sa puissance à l'impact.
En résumé, la duse selon l'invention allie à la fois
les qualités des duses larges, â savoir la difficulté de
bouchage et la bonne irrigation, et celles des duses
étroites, à savoir l'existence d'une perte de charge
élevée et donc une plus grande facilité à l'expulsion du
bouchon de matière.
On sait que les débits de fluide d'irrigation qui
s'écoulent dans les puits de forage pétroliers sont élevés
et qu'ils déterminent un régime d'écoulement turbulent.
Dans le cas d'une duse divergente, i1 peut se créer un
contre-courant tourbillonnaire au niveau de la paroi
divergente du fait que le fluide ne 'rcolle" pas à cette
paroi .
De préférence, selon une autre caractéristique de la
duse, on remédie à cet inconvénient en limitant l'angle
total de divergence à une valeur zr~aximale, qui est de
l'ordre de 30°.

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On a constaté en effet que jusqu'à cet angle, le
fluide s'écoulant en régime turbulent colle encore à la
paroi de la dure par cet effet Coanda. Dës que l'angle de
divergence dépasse 30°C, des contre-courants tourbillonnai-
res apparaissent. De prëférence, en régime laminaire,
l'angle limite est d'envi.ron 15°C.
De préférence, selon l.~ne variante de réalisation de
l' invention, 1a paroi de la duxse prësent.e, au niveau de la
section la plus étroit=e, un léger décrochement annulaire
tourné vers l'extërieur. Ce décrochement définit une
contre-cavité dans laquelle règne une légëre dépression qui
accentue ainsi l'effet Coanda, en aspir<~nt le fluide vers
la paroi divergente.
De préférence, l'invention concerne également un outil
muni de dures divergentes.
On décrira à présent deux exemples de réalisation de
l'invention en regard des dessins annexés dans lesquels .
La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une

dose divergente selon l'invention ;
La f figure 2 montre une vue en coupe d' une dose
divergente d'angle d'ouverture supérieur à l'angle limite;
La figure 3 est une vue en coupe d'une dose
divergente comportant un décrochement ; et
La figure 4 est une vue à écheal.le agrandie du
décrochement.
Avec référence à la figure 1, l'outil 10 est muni
d'une dose 12 à paroi divergente 16 , dont l'angle
d'ouverture ~c est inférieur à 30°. Dans ces conditions,
1e fluide d'irrigation qui arrive en régime turbulent
adhère par effet Coanda à la paroi divergente 16 et est
éjecté sous forme d'un jet divergent 18, sans formation de
contre-courants.
La figure 2 montre ce qui se passe dans le cas d'une
Buse divergente dont l'angle d'ouverture est supérieur à
30°. 0n constate ici que le fluide ne colle plus à la
paroi divergente 16, et qu'il se crée des contre-courants
tourbïllonnaires 20. La majeure partie du débit de fluide
diverge très peu.
La dose de la figure 1 se débouche facilement
puisqu'elle diverge dans le sens de la circulation du
fluide. Elle équivaut donc à une dose à large section, et
en même temps elle engendre une forte perte de charge,
comme dans une dose à petite section. En outre, grâce à
son flux divergent, elle permet une large irrigation de
1°outil sans privilégier certaines zones au détriment
d'autres zones.
Dans le mode de réalisatïon de la figure 3, il est
Prévu, à l'amorce de 1a partie divergente, un dëcrochement
22 qui crée une légère dépression dans la cavïté 24 ainsi
formée. Cette dépression aspire le fluide et accentue donc
l'effet de collage du fluide à la paroi divergente.
La dose peut avoir toute forme de section
appropriée, par exemple circulaire, carrée ou
rectangulaire. Sa paroi peut être à génêratriee recti:L.igne
comme sur 1.a figure ~., ou convexe. La partie divergente
peut être précédée d'une partie convergente 26 ou

cylindrique.
La dose selon l'invention convient particulïèrement
aux outils de forage monoblacs, maïs dans certaines
app:Lïcations, elle peut éqW,per également les autils
tricônes.

Dessin représentatif