EP0182770A1 - Diamond drill bit - Google Patents

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Publication number
EP0182770A1
EP0182770A1 EP85870155A EP85870155A EP0182770A1 EP 0182770 A1 EP0182770 A1 EP 0182770A1 EP 85870155 A EP85870155 A EP 85870155A EP 85870155 A EP85870155 A EP 85870155A EP 0182770 A1 EP0182770 A1 EP 0182770A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
islands
cutting elements
cutting
diamond
Prior art date
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Ceased
Application number
EP85870155A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Honoré Joseph Lambot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diamant Boart NV SA
Original Assignee
Diamant Boart NV SA
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Filing date
Publication date
Priority claimed from BE0/213992A external-priority patent/BE901037A/en
Application filed by Diamant Boart NV SA filed Critical Diamant Boart NV SA
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Ceased legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/60Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56Button-type inserts
    • E21B10/567Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts
    • E21B10/5673Button-type inserts with preformed cutting elements mounted on a distinct support, e.g. polycrystalline inserts having a non planar or non circular cutting face

Abstract

The performance of a drill bit (1) is improved by dividing the cutting elements (8) into small groups, each fixed to separate islets (4) distributed over the entire surface of the tool. In this type of tool, each rinsing orifice is advantageously equipped with an injection nozzle (7). <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à un outil de forage diamanté, garni d'éléments de coupe éventuellement synthétiques, disposés en saillie par rapport à des zones de drainage formées par des portions de surface délimitant le corps de l'outil proprement dit et muni d'au moins un orifice de lavage alimenté en fluide de forage.The present invention relates to a diamond drilling tool, furnished with possibly synthetic cutting elements, arranged projecting with respect to drainage zones formed by surface portions delimiting the body of the tool itself and provided with at least one washing orifice supplied with drilling fluid.

Les éléments considérés sont des diamants naturels ronds, des diamants naturels cubiques, des diamants synthétiques sertis, qu'ils soient mono- ou polycristallins et quelle que soit leur forme ou de plaquettes diamantées polycristallines rapportées.The elements considered are round natural diamonds, cubic natural diamonds, synthetic diamonds set, whether they are mono- or polycrystalline and whatever their shape or of polycrystalline diamond plates added.

Les outils de forage diamantés suivant la présente invention trouvent leur principale application dans le forage de terrains tendres ou mi-durs éventuellement collants, tels que les argiles et les grès poreux. Ils sont également utilisés dans les terrains constitués de couches alternées de terrains très tendres et mi-durs. De tels terrains nécessitent une hydraulique très étudiée afin d'éviter d'une part, le rebroyage des déchets de coupe et d'autre part, le colmatage de l'outil.The diamond drilling tools according to the present invention find their main application in the drilling of tender or semi-hard soils possibly sticky, such as clays and porous sandstones. They are also used in terrains made up of alternating layers of very soft and semi-hard terrains. Such land requires very studied hydraulics to avoid on the one hand, the regrinding of cutting waste and on the other hand, clogging of the tool.

On connaît par le brevet belge n° 771.628, un trépan de forage rotatif garni de pierres serties. Ces diamants sont disposés à la surface de l'outil en rangées sensiblement radiales ils sont sertis dans la partie du corps d'outil constitué de protubérances d'attaque en saillie de quelques millimètres de haut, séparées entre elles par des gorges radiales qui assurent le drainage des débris de coupe par le fluide de refroidissement. L'arrangement des protubérances serties et des évidements réservés au drainage du fluide de refroidissement du diamant et l'évacuation des débris de roches soient optimaux. L'amenée du fluide de forage est réalisée par un large canal dans la zone centrale de l'outil ; ce canal n'est pas spécialement profilé et le fluide de forage aboutissant à la surface de l'outil entre en contact avec la roche avec une vitesse faible et s'écoule préférentiellement suivant les passages d'eau plus ou moins radiaux, la chute de pression globale à l'outil est généralement faible une dizaine de bars.Belgian patent No. 771,628 discloses a rotary drill bit filled with crimped stones. These diamonds are arranged on the surface of the tool in substantially radial rows and are set in the part of the tool body made up of protuberances. projecting a few millimeters high, separated by radial grooves which ensure the drainage of cutting debris by the coolant. The arrangement of crimped protrusions and recesses reserved for the drainage of the diamond coolant and the evacuation of rock debris are optimal. The drilling fluid is supplied by a wide channel in the central zone of the tool; this channel is not specially profiled and the drilling fluid terminating on the surface of the tool comes into contact with the rock with a low speed and flows preferentially according to the more or less radial water passages, the fall of overall tool pressure is generally low around ten bars.

Ces outils à pierres serties conventionnels permettent, selon la quantité et la grosseur des pierres, de forer des terrains assez durs à très durs. Par contre, dans les terrains tendres et agglutinants, ils ne réalisent que des performances médiocres et se colmatent rapidement.These conventional set stone tools allow, depending on the quantity and size of the stones, to drill fairly hard to very hard terrain. On the other hand, in the soft and agglutinative grounds, they realize only mediocre performances and clog up quickly.

D'autre part, on connaît aussi par le brevet américain n* 4 323 130, des outils de forage à plaquettes diamantées réparties sur toute la surface de l'outil.On the other hand, is also known by US Patent No. 4,323,130, diamond inserts drilling tools distributed over the surface of the tool.

Ces outils sont largement répandus sous deux formes préférées : les outils en carbure infiltré et les outils en acier. Les deux formes d'outils se distinguent principalement par l'ordre chronologique des diverses étapes de préparation.These tools are widely used in two preferred forms: infiltrated carbide tools and steel tools. The two forms of tools are distinguished mainly by the chronological order of the various stages of preparation.

D'une manière générale, les plaquettes diamantées sont constituées d'une couche de diamant polycristallin rapportée sur un substrat de carbure de tungstène par frittage.In general, diamond plates consist of a layer of polycrystalline diamond added to a tungsten carbide substrate by sintering.

Dans les outils en carbure infiltré, les plaquettes diamantées ne sont fixées sur l'outil qu'en fin d'opération, après moulage de l'outil. Elles sont solidarisées par brasage sur des supports de carbure de tungstène préalablement enserrés dans le corps de l'outil au cours de sa fabrication par infiltration.In tools made of infiltrated carbide, the diamond plates are not fixed on the tool until the end of the operation, after molding the tool. They are joined by brazing on tungsten carbide supports previously enclosed in the body of the tool during its manufacture by infiltration.

Par contre, dans les outils en acier, les plaquettes diamantées sont brasées sur un support de carbure avant que ceux-ci ne soient fixées sur le corps de l'outil le plus souvent par frettage.On the other hand, in steel tools, the diamond plates are brazed on a carbide support before they are fixed to the body of the tool most often by shrinking.

La répartition des plaquettes répond à des critères bien précis de densité radiale en fonction de la distance au centre de l'outil et de la répartition angulaire assurant un bon équilibrage mécanique de l'outil de forage. A cette répartition des plaquettes est associée une répartition optimale de l'alimentation en fluide de forage qui, dans ce cas, est constituée de plusieurs conduits ménagés dans la masse et aboutissant à la surface de l'outil en des endroits bien déterminés, généralement de part et d'autre de l'axe de rotation à des distances différentes de l'axe susdit ces conduits sont en général munis d'ajutages d'injection à leur extrémité, leur permettant de créer des jets puissants susceptibles d'éviter le colmatage et éventuellement de contribuer à la destruction de la roche.The distribution of inserts meets very specific criteria of radial density as a function of the distance to the center of the tool and the angular distribution ensuring good mechanical balancing of the drilling tool. With this distribution of inserts is associated an optimal distribution of the drilling fluid supply which, in this case, consists of several conduits formed in the mass and ending at the surface of the tool in well determined locations, generally of on either side of the axis of rotation at different distances from the aforementioned axis these conduits are generally provided with injection nozzles at their end, allowing them to create powerful jets capable of avoiding clogging and possibly to contribute to the destruction of the rock.

Les ajutages d'injection sont réalisés en un matériau présentant une haute résistance à l'usure, généralement du carbure de tungstène fritté. Le fluide de forage présent dans la cavité inté--ieure de l'outil et provenant du train de tige, en traversant l'ajutage, est soumis à une accélération brutale avec un rendement hydraulique élévé, la différence de pression entre l'amont et l'aval du jet nozzle peut atteindre 50 à 100 bars, ce qui correspond à des vitesses linéaires à l'orifice de l'ordre de grandeur de 100 mètres par seconde.The injection nozzles are made in one material with high wear resistance, generally sintered tungsten carbide. The drilling fluid present in the internal cavity of the tool and coming from the drill string, crossing the nozzle, is subjected to a sudden acceleration with a high hydraulic efficiency, the pressure difference between the upstream and the downstream of the jet nozzle can reach 50 to 100 bars, which corresponds to linear speeds at the orifice of the order of magnitude of 100 meters per second.

Quelle que soit sa forme extérieure, le corps des outils décrit dans le brevet américain n° 4325130 précité peut être réalisé indifféremment en acier ou en carbure infiltré.Whatever its external shape, the body of the tools described in the aforementioned US Patent No. 4,325,130 can be made either of steel or of infiltrated carbide.

Ce dernier type d'outils réalise d'excellentes performances dans les terrains tendres et, en particulier, dans les terrains très tendres et agglutinants. On constate toutefois que la vitesse de pénétration diminue très rapidement lorsqu'on aborde des terrains de dureté plus élevée, tels des terrains de dureté moyenne comme par exemple le calcaire et la dolomie. On constate également un risque de plus en plus grand de colmatage au fur et à mesure'que le diamètre de l'outil augmente et ce, en raison de la difficulté croissante d'éliminer les débris de coupe.This last type of tool achieves excellent performance in soft terrain and, in particular, in very soft and agglutinative terrain. However, it can be seen that the speed of penetration decreases very quickly when tackling higher hardness terrains, such as medium hardness terrains such as limestone and dolomite. There is also an increasing risk of clogging as the diameter of the tool increases and this, due to the increasing difficulty of removing cutting debris.

La présente invention vise à remédier aux inconvénients susdits. Elle est relative à un trépan de forage diamanté, garni d'éléments de coupe éventuellement synthétiques, disposés en saillie par rapport à des zones de drainage formées par des portions de surface délimitant le corps de l'outil proprement dit, et muni d'au moins un orifice de lavage alimenté en fluide de forage, essentiellement caractérisé en ce que les éléments de coupe sont groupés sur des îlots répartis sur toute la surface de l'outil et séparés les uns des autres par des zones de drainage susdites, les îlots ainsi que les zones de drainage pouvant être pourvus de conduits garnis à leur extrémité d'un ajutage d'injection.The present invention aims to remedy the above drawbacks. It relates to a diamond drill bit, furnished with possibly synthetic cutting elements, arranged projecting with respect to drainage zones formed by surface portions delimiting the body of the tool itself, and provided with minus one washing orifice supplied with drilling fluid, essentially characterized in that the cutting elements are grouped on islands distributed over the entire surface of the tool and separated from each other by the aforementioned drainage zones, the islands as well as the drainage zones being able to be provided with conduits fitted at their end with an injection nozzle.

Dans les terrains de dureté plus élevée, on utilisera avantageusement des pierres naturelles ou synthétiques serties sur des îlots en saillie de 1 à 10 mm par rapport au corps de l'outil proprement dit.In terrain with higher hardness, natural or synthetic stones are advantageously used, set on islands projecting from 1 to 10 mm in relation to the body of the tool itself.

Suivant une particularité de l'invention, les pierres sont disposées en îlots isolés présentant une largeur de coupe de 10 à 20 mm et 1 'embase sertie des éléments de coupe est de préférence en saillie d'environ 7 mm par rapport au niveau de la surface du corps ou l'outil proprement dit.According to a feature of the invention, the stones are arranged in isolated islands having a cutting width of 10 to 20 mm and the base set with the cutting elements is preferably protruding about 7 mm from the level of the body surface or the actual tool.

Dans une forme de réalisation particulière, on évite le colmatage des outils de grand diamètre, en disposant les plaquettes diamantées polycristallines sur des îlots en saillie de 1 à 40 mm par rapport au corps de l'outil proprement dit.In a particular embodiment, the clogging of large diameter tools is avoided, by placing the polycrystalline diamond plates on islands projecting from 1 to 40 mm relative to the body of the tool itself.

Suivant une particularité de l'invention, les plaquettes diamantées polycristallines sont disposées en îlots isolés présentant une largeur de coupe de 20 à 60 mm et l'embase sertie des plots-supports est en saillie d'environ 15 mm par rapport au niveau de la surface du corps de l'outil proprement dit.According to a feature of the invention, the polycrystalline diamond plates are arranged in insulated islands having a cutting width of 20 to 60 mm and the base set with the support studs projects about 15 mm from the level of the surface of the tool body itself.

D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de l'outil de forage suivant l'invention à éléments de coupe et jets répartis.Other features and details of the invention will appear during the following detailed description of a preferred embodiment of the drilling tool according to the invention with cutting elements and distributed jets.

Dans ces dessins :

  • - la figure 1 montre en perspective, un outil de forage plat à pierres serties disposées en saillie sur des protubérances réparties suivant l'invention, sur toute la surface de l'outil ;
  • - les figures 2 et 3 sont des vues de bout et de plan de l'outil de forage montré à la figure 1 ;
  • - les figures 4 et 5 sont des vues de bout et de plan de l'outil du type d'îlot montré aux figures 1 et 2 ;
  • - les figures 6 à 11 montrent en détail trois formes de réalisation différentes de sertissage de pierre cubique susceptible d'être appliquée sur un îlot, vues respectivement en élévation latérale et en bout ;
  • - les figures 12 à 17 illustrent en détail trois formes de réalisation différentes de sertissage d'une pierre prismatique susceptible d'être appliqué sur un îlot, vues respectivement en élévation latérale et en bout ;
  • - la figure 18 montre en perspective, un outil de forage plat à plaquettes diamantées polycristallines disposées en saillie sur des protubérances ;
  • - les figures 19 et 20 sont des vues de bout et de plan de l'outil de forage montré à la figure 16 ;
  • - les figures 21 et 22 illustrent en détail une protubérance garnie de plaquettes polycristallines,
  • - la figure 23 montre une forme de répartition radiale des îlots et de leurs éléments de coupe ; la figure 24 illustre la réalisation d'un îlot de grande dimension, comportant un élément secondaire de protection de plaquettes diamantées constitué d'une surface-frein, et
  • - la figure 25 est une coupe d'un îlot, tel que montré à la figure 24, normale à la surface de l'outil et parallèle à la direction de coupe.
In these drawings:
  • - Figure 1 shows in perspective, a flat drilling tool with crimped stones projecting from protuberances distributed according to the invention, over the entire surface of the tool;
  • - Figures 2 and 3 are end and plan views of the drilling tool shown in Figure 1;
  • - Figures 4 and 5 are end and plan views of the island type tool shown in Figures 1 and 2;
  • - Figures 6 to 11 show in detail three different embodiments of setting cubic stone capable of being applied to an island, viewed respectively in side elevation and at the end;
  • - Figures 12 to 17 illustrate in detail three different embodiments of setting a prismatic stone capable of being applied to an island, seen respectively in side elevation and at the end;
  • - Figure 18 shows in perspective, a flat drilling tool with diamond inserts polycrystalline projecting from protuberances;
  • - Figures 19 and 20 are end and plan views of the drilling tool shown in Figure 16;
  • FIGS. 21 and 22 illustrate in detail a protuberance furnished with polycrystalline plates,
  • - Figure 23 shows a form of radial distribution of the islands and their cutting elements; FIG. 24 illustrates the production of a large island, comprising a secondary element for protecting diamond-tipped plates consisting of a brake surface, and
  • - Figure 25 is a section of an island, as shown in Figure 24, normal to the surface of the tool and parallel to the cutting direction.

Dans ces figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.In these figures, the same reference notations designate identical or analogous elements.

De nombreuses publications récentes montrent l'importance de l'hydraulique dans le comportement des outils de forage pour en justifier les performances. Elles étudient en particulier "l'effet jet" et le relief des outils équipés de ces jets. Les éléments de coupe les plus répandus sont des plaquettes diamantées de type PDC, c'est-à-dire "polycristalline diamand compact".Many recent publications show the importance of hydraulics in the behavior of drilling tools to justify their performance. They study in particular the "jet effect" and the relief of tools equipped with these jets. The most common cutting elements are PDC type diamond inserts, ie "polycrystalline diamand compact".

En particulier, l'ouvrage de synthèse intitulé "Advanced Drilling Techniques" par William C. Maurer, comptant 698 pages et édité en 1980 par The Petroleum Company, décrit divers aspects des effets jets en forage pétrolier.In particular, the summary work entitled "Advanced Drilling Techniques" by William C. Maurer, with 698 pages and published in 1980 by The Petroleum Company describes various aspects of jet effects in oil drilling.

L'article de Dave Glowka "Optimalisation of Bit Hydraulic Configuration", de Sandia National Laboratories paru dans la revue technique "Society of Petroleum Engineers Journal" de février 1983, analyse le comportement des outils à plaquettes PDC munis d'orifices de lavage non munis d'ajutages d'injection.Dave Glowka's article "Optimization of Bit Hydraulic Configuration", from Sandia National Laboratories published in the technical journal "Society of Petroleum Engineers Journal" of February 1983, analyzes the behavior of tools with PDC inserts provided with washing holes not provided injection nozzles.

En fait, il existe déjà des outils à jets, tels que ceux décrits dans le brevet américain n° 4 323 130, les éléments coupants sont cependant fixés au niveau de la surface inférieure plane de la matrice de l'outil.In fact, there are already jet tools, such as those described in US Pat. No. 4,323,130, the cutting elements are however fixed at the level of the flat bottom surface of the tool die.

Ces outils à jets suivant l'invention, désignés dans leur ensemble par la notation de référence 1, se distinguent d'autres outils de forage par l'ensemble des éléments suivants :

  • - un profil quelconque muni éventuellement d'un évidement conique 2 ;
  • - une distribution des éléments de coupe 3 sur toute la surface de l'outil, non pas répartis suivant des "lames" ou "ailes", ni non plus complètement isolés les uns des autres, mais plutôt groupés en surélévation sur des îlots 4, séparés entre eux par des zones de drainage 5 dans le but de favoriser leur refroidissement et l'élimination de débris de roches ;
  • - une alimentation en fluide de forage au travers de conduits 6 aboutissant à la surface de l'outil, soit dans les zones de drainage 5, soit dans les îlots 4, dirigés vers la formation et en général garnis chacun à leur extrémité d'un "jet nozzle" 7, c'est-à-dire d'un ajutage constitué d'un matériau offrant une résistance particulière à l'érosion et qui, par son profil bien étudié, permet la mise en vitesse du fluide de forage avec un bon rendement hydraulique. Les canaux peuvent aboutir dans les canaux de rinçage ou encore dans les îlots.
These jet tools according to the invention, designated as a whole by the reference notation 1, differ from other drilling tools by the set of the following elements:
  • - any profile possibly provided with a conical recess 2;
  • a distribution of the cutting elements 3 over the entire surface of the tool, not distributed along "blades" or "wings", nor is it completely isolated from one another, but rather grouped in elevation on islands 4, separated from each other by drainage zones 5 in order to promote their cooling and the removal of rock debris;
  • a supply of drilling fluid through conduits 6 leading to the surface of the tool, either in the drainage zones 5 or in the islands 4, directed towards the formation and in general each furnished at their end with a "jet nozzle" 7, that is to say with a nozzle consisting of a material offering a particular resistance to erosion and which, by its well studied profile, allows the drilling fluid to speed up with good hydraulic efficiency. The channels can end up in the rinsing channels or in the islands.

La vitesse du fluide de forage atteint à la sortie du jet, de préférence un ordre de grandeur de 100 m/s.The speed of the drilling fluid reaches at the outlet of the jet, preferably an order of magnitude of 100 m / s.

Les fortes turbulences ainsi obtenues favorisent l'élimination des débris de roches et contribuent à empêcher le rebroyage des débris qui réduit à la fois la vitesse de pénétration de l'outil et la longévité de l'outil.The strong turbulence thus obtained favors the removal of rock debris and contributes to preventing regrinding of the debris which reduces both the speed of penetration of the tool and the longevity of the tool.

Elles empêchent le colmatage de l'outil dans les terrains très tendres et collants ; on estime également que dans les terrains très tendres, le fluide de forage entrant à grande vitesse en contact avec la roche participe à la destruction de celle-ci à condition que l'ajutage soit dirigé vers la formation.They prevent clogging of the tool in very soft and sticky terrains; it is also estimated that in very soft soils, the drilling fluid entering at high speed in contact with the rock participates in the destruction of the latter provided that the nozzle is directed towards the formation.

Comme illustré aux figures 1 à 3, dans un outil de forage à pierres serties, chaque Ilot 4 comporte plusieurs pierres cubiques 8, serties par leur base dans une protubérance constituée d'une portion de surface 9 en saillie par rapport au niveau de la surface externe du corps de l'outil.As illustrated in FIGS. 1 to 3, in a crimped stone drilling tool, each Island 4 comprises several cubic stones 8, crimped by their base in a protuberance consisting of a surface portion 9 projecting from the surface level outside of the tool body.

Dans ce cas, la portion de la surface 9 sur laquelle sont serties les pierres, est en saillie d'une hauteur pouvant être égale tout au plus, à la largeur de coupe de l'ilot, cette valeur étant considérée comme une limite technologique.In this case, the portion of the surface 9 on which are set with stones, protrudes from a height which may be at most equal to the cutting width of the island, this value being considered as a technological limit.

Trois pierres cubiques 11 de quatre millimètres environ, sont serties sur deux rangées de manière à assurer un recouvrement complet par îlot. La saillie émerge avantageusement d'environ 7 mm de la surface du corps de l'outil.Three cubic stones 11 of about four millimeters, are crimped in two rows so as to ensure complete recovery by island. The projection advantageously emerges from about 7 mm from the surface of the tool body.

Deux pierres 11' déposées de front assurent une largeur de coupe suffisante, par exemple de l'ordre de grandeur de la largeur de coupe d'une plaquette traditionnelle de 13,3 mm de diamètre. Les deux pierres 11' de front sont suivies d'une troisième pierre de 11" disposée entre les sillages des deux premières.Two stones 11 'placed at the front ensure a sufficient cutting width, for example of the order of magnitude of the cutting width of a traditional wafer of 13.3 mm in diameter. The two front stones 11 'are followed by a third 11 "stone placed between the wake of the first two.

La figure 3 montre que la répartition des pierres suivant la présente invention s'inspire de celle réalisée pour les outils plats à plaquettes réparties dans la mesure où les pierres sont disposées en îlots 4 isolés et répartis suivant des lois semblables à celles utilisées pour les plaquettes. Chaque îlot comprend plusieurs pierres de manière à assurer, pour chaque îlot une largeur de coupe suffisante qui, dans le cas de l'exemple décrit et de l'ordre de grandeur de la largeur de coupe des plaquettes utilisées habituellement sur les outils plats à plaquettes réparties. L'alimentation en fluide de forage est identique à celle décrite à la figure 2 et donc, présente également les mêmes avantages.FIG. 3 shows that the distribution of the stones according to the present invention is inspired by that carried out for the flat tools with distributed inserts insofar as the stones are arranged in isolated islands 4 and distributed according to laws similar to those used for inserts . Each island comprises several stones so as to ensure, for each island, a sufficient cutting width which, in the case of the example described and of the order of magnitude of the cutting width of the inserts usually used on flat tools with inserts distributed. The supply of drilling fluid is identical to that described in FIG. 2 and therefore also has the same advantages.

Les figures 4 et 5 décrivent en détail une réalisation possible des îlots comportant les éléments de coupe. Dans ce cas, la position de surface 9 sur laquelle sont sertis les éléments de coupe est en saillie de 7 millimètres environ par rapport au corps de l'outil proprement dit 10. Trois pierres 8 sont serties sur deux rangées de manière à assurer un recouvrement complet par ilot.Figures 4 and 5 describe in detail a possible embodiment of the islands comprising the elements cutting. In this case, the surface position 9 on which the cutting elements are crimped projects about 7 millimeters from the body of the tool itself 10. Three stones 8 are crimped in two rows so as to ensure overlap complete by island.

Les figures 6 à 11 donnent trois exemples de positionnement dans la matrice d'un élément de coupe cubique. Ainsi les figures 6 et 7, 8 et 9 ainsi que 10 et 11 sont respectivement des vues en bout et en élévation latérale des exemples susdits, le sens de défilement de la roche est indiqué dans les trois cas par la flèche 12, les figures 6 à 9 montrent que l'élément de coupe cubique peut être positionné de manière à présenter une face plane 13 à la roche, l'élément pénétrant le plus profondément dans la roche étant le coin 14 dans le cas 6 et l'arête 15 dans le cas 7.Figures 6 to 11 give three examples of positioning in the matrix of a cubic cutting element. Thus Figures 6 and 7, 8 and 9 as well as 10 and 11 are respectively end views and side elevations of the above examples, the direction of travel of the rock is indicated in the three cases by the arrow 12, Figures 6 9 show that the cubic cutting element can be positioned so as to present a flat face 13 to the rock, the element penetrating most deeply into the rock being the corner 14 in the case 6 and the edge 15 in the case 7.

Les figures 10 et 11 montrent que l'élément de coupe cubique peut être positionné de manière à présenter une arête 16 à la roche ; dans ce cas, l'élément pénétrant le plus profondément dans la roche est obligatoirement le coin 17.Figures 10 and 11 show that the cubic cutting element can be positioned so as to present an edge 16 to the rock; in this case, the element penetrating the deepest into the rock is necessarily the corner 17.

Dans les trois cas, l'élément de coupe est positionné de manière à présenter un angle de dépouille 18, qui est généralement compris entre 5 et 30 degrés, compté positivement comme indiqué par les figures.In all three cases, the cutting element is positioned so as to have a clearance angle 18, which is generally between 5 and 30 degrees, counted positively as indicated by the figures.

Les figures 12 à 17 sont trois exemples de positionnement dans la matrice d'un élément de coupe prismatique à base triangulaire 19.FIGS. 12 to 17 are three examples of positioning in the matrix of a prismatic cutting element with a triangular base 19.

Ces représentations sont semblables à celles des figures 6 à 11 se rapportant aux pierres cubiques, elles sont données avec les mêmes numérotations 20,21,22,23,24, 25, 26.These representations are similar to those Figures 6 to 11 relating to cubic stones, they are given with the same numbering 20,21,22,23,24, 25, 26.

Les figures 18 à 20 montrent une forme de réalisation possible d'îlots 4 comportant des plaquettes diamantées polycristallines 27 brasées sur des plots de carbure 28 sertis dans le corps 10 de l'outil de forage 1.FIGS. 18 to 20 show a possible embodiment of islands 4 comprising polycrystalline diamond plates 27 brazed on carbide pads 28 set in the body 10 of the drilling tool 1.

La surface 9 sur laquelle sont serties les plaquettes diamantées 27 est en saillie par rapport au corps de l'outil proprement dit d'une hauteur pouvant être égale au maximum à la largeur de coupe de l'îlot, cette valeur étant considérée comme une limite technologique.The surface 9 on which the diamond plates 27 are crimped protrudes relative to the body of the tool itself by a height which may be at most equal to the cutting width of the island, this value being considered as a limit technological.

Trois plaquettes diamantées traditionnelles 27, par exemple de 13,3 mm de diamètre sont serties sur un îlot 4 émergeant avantageusement de 15 mm de la surface du corps 10 de l'outil.Three traditional diamond plates 27, for example 13.3 mm in diameter, are crimped onto an island 4 advantageously emerging from 15 mm from the surface of the body 10 of the tool.

La disposition des plaquettes 21 sur chaque îlot 4 et la répartition des îlots sont choisies de manière à assurer un recouvrement complet de l'ilot.The arrangement of the plates 21 on each island 4 and the distribution of the islands are chosen so as to ensure complete covering of the island.

Comme illustré aux figures 21 et 22, on place par exemple deux plaquettes de front, afin d'assurer une largeur de coupe d'environ 35 mm. Les plaquettes 21' diamantées de front sont suivies d'une troisième plaquette 21" disposée entre les sillages des deux premières.As illustrated in FIGS. 21 and 22, two front inserts are placed for example, in order to ensure a cutting width of approximately 35 mm. The front diamond plates 21 'are followed by a third plate 21 "disposed between the wakes of the first two.

A la surface de l'ilot peut aboutir un conduit d'arrivée de fluide 6 muni d'un ajutage d'injection 7 dont l'axe dirigé vers la formation, est également incliné vers les plaquettes diamantées, comme illustré aux figures 15 et 16.On the surface of the island can terminate a fluid inlet pipe 6 provided with a nozzle tion 7 whose axis directed towards the formation, is also inclined towards the diamond plates, as illustrated in FIGS. 15 and 16.

La figure 23 montre une forme de répartition radiale possible des éléments de coupe cubiques 8. Les éléments et les îlots 4 sont disposés à des distances différentes de l'axe de rotation de l'outil. Le décalage radial entre deux plots successifs est tel que l'élément de coupe situé à l'extérieur d'un îlot i est confondu en projection avec l'élément de coupe situé au centre sur l'îlot i + 1 et également confondu en projection avec l'élément de coupe situé à droite sur l'ilot i + 2 ; dans ce cas donc, chaque sillage est parcouru trois fois consécutivement par des éléments successifs i,i + 1 et i + 2.FIG. 23 shows a possible form of radial distribution of the cubic cutting elements 8. The elements and the islands 4 are arranged at different distances from the axis of rotation of the tool. The radial offset between two successive studs is such that the cutting element located outside an island i is coincident in projection with the cutting element located in the center on island i + 1 and also coincident in projection with the cutting element located on the right on the i + 2 island; in this case therefore, each wake is traversed three times consecutively by successive elements i, i + 1 and i + 2.

On peut évidemment doubler à volonté la densité des éléments de coupe en multipliant le nombre d'îlots ; en particulier aux endroits particulièrement sollicités.It is obviously possible to double the density of the cutting elements at will by multiplying the number of islands; especially in particularly stressed places.

Comme illustré aux figures 24 et 25, les îlots garnis de plaquettes diamantées peuvent avoir, principalement dans les outils de grand diamètre, une extension importante ; dans ce cas, les îlots peuvent être séparés par des zones de drainage également volumineuses.As illustrated in FIGS. 24 and 25, the islands furnished with diamond plates can have, mainly in large diameter tools, a considerable extension; in this case, the islets can be separated by equally large drainage zones.

Dans les terrains très tendres pour lesquels ces outils sont destinés en principe, les vitesses d'avance instantanées peuvent être très élevées de telle sorte que les plaquettes diamantées 27, et principalement celles situées sur la première rangée de chaque îlot 4 peuvent devoir arracher un volume énorme de matière et en tout cas beaucoup trop important en regard de la résistance mécanique de la plaquette diamantée elle-même ou de son support en carbure de tungstène fritté. Il s'ensuit qu'on sera améné à protéger les plaquettes diamantées de ces surcharges temporaires potentielles par des surfaces-freins 29 situés devant les plaquettes diamantées et dont la face supérieure 30 est à un niveau inférieur à celui de l'arête de coupe des plaquettes diamantées d'une valeur égale à la profondeur de coupe tolérée. Ces surfaces-freins 29, comme illustré à la figure 18, sont avantageusement constituées par une surélévation faite du même carbure infiltré que le corps de l'outil lui-même et sertie de pierres, par exemple des cubes polycristallins synthétiques 11 déjà décrits de manière à augmenter la résistance à l'abrasion par la formation de la surface 42 et à en diminuer le coefficient de frottement sur cette même formation ; les surfaces-freins 29 pourront également être constituées par exemple de pièces en carbure de tungstène fritté par du cobalt et comportant ou non du diamant ou même, si cela s'avérait nécessaire, par une ou plusieurs rangées de plaquettes diamantées situées également à un niveau inférieur par rapport aux plaquettes principales.In very soft terrain for which these tools are intended in principle, the instantaneous feed rates can be very high so that the diamond blades 27, and mainly those located on the first row of each island 4 may have to tear off a volume huge of material and in any case far too important with regard to the mechanical resistance of the diamond insert itself or of its sintered tungsten carbide support. It follows that it will be necessary to protect the diamond blades from these potential temporary overloads by brake surfaces 29 located in front of the diamond blades and whose upper face 30 is at a level lower than that of the cutting edge of the diamond inserts with a value equal to the tolerated depth of cut. These brake surfaces 29, as illustrated in FIG. 18, are advantageously constituted by an elevation made of the same infiltrated carbide as the body of the tool itself and set with stones, for example synthetic polycrystalline cubes 11 already described so to increase the abrasion resistance by the formation of the surface 42 and to decrease the coefficient of friction thereon on this same formation; the brake surfaces 29 could also consist for example of parts made of tungsten carbide sintered with cobalt and comprising or not diamond or even, if it proved necessary, by one or more rows of diamond plates also located at a level lower than the main pads.

Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et que de nombreuses modifications peuvent être apportées au nombre d'éléments de coupe sertis par îlot, à la répartition de ces derniers, ainsi qu'au nombre et à la disposition des ajutages sans pour autant sortir du cadre de l'invention.It is obvious that the invention is not limited to the embodiment described above and that numerous modifications can be made to the number of cutting elements crimped per island, to the distribution of the latter, as well as the number and arrangement of the nozzles without departing from the scope of the invention.

Claims (10)

1. Outil de forage diamanté, garni d'éléments de coupe éventuellement synthétiques, disposés en saillie par rapport à des zones de drainage formées par des portions de surface délimitant le corps de l'outil proprement dit et muni d'au moins un orifice de lavage alimenté en fluide de forage, caractérisé en ce que les éléments de coupe (8) sont groupés sur des îlots répartis sur toute la surface de l'outil et séparés les uns des autres par les zones de drainage susdites et en ce que chaque orifice de lavage est garni à son extrémité d'un ajutage d'injection (7).1. Diamond drilling tool, provided with possibly synthetic cutting elements, arranged projecting with respect to drainage zones formed by surface portions delimiting the body of the tool itself and provided with at least one orifice of washing supplied with drilling fluid, characterized in that the cutting elements (8) are grouped on islands distributed over the entire surface of the tool and separated from each other by the above-mentioned drainage zones and in that each orifice The washing machine is fitted at its end with an injection nozzle (7). 2. Outil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de coupe sont des diamants éventuellement synthétiques mono- ou polycristallins.2. Tool according to claim 1, characterized in that the cutting elements are possibly synthetic mono- or polycrystalline diamonds. 3. Outil de forage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de coupe sont des plaquettes diamantées polycristallines.3. A drilling tool according to claim 1, characterized in that the cutting elements are polycrystalline diamond plates. 4. Outil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les pierres (8) sont disposées en îlots (4) présentant une largeur de coupe de 10 à 50 mm (et de préférence de 10 à 20 mm.4. Tool according to claim 1 or 2, characterized in that the stones (8) are arranged in islands (4) having a cutting width of 10 to 50 mm (and preferably 10 to 20 mm. 5. Outil de forage suivant la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que les plaquettes diamantées sont disposées en îlots (4) présentant une largeur de coupe de 20 à 200 mm (et de préférence de 20 à 60 mm).5. A drilling tool according to claim 1 or 3, characterized in that the diamond plates are arranged in islands (4) having a cutting width of 20 to 200 mm (and preferably from 20 to 60 mm). 6. Outil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'- embase sertie des éléments de coupe (8) présente une saillie inférieure ou égale à la largeur de coupe 40 mm par rapport au niveau de la surface du corps de l'outil proprement dit.6. Tool according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the base set with the cutting elements (8) has a projection less than or equal to the cutting width 40 mm relative to the level of the surface. of the body of the tool itself. 7. Trépan suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de coupe (8) sont groupés par trois, dont deux de front (11') suivi d'un troisième (11") élément disposé entre les sillages des deux premiers éléments (11').7. A drill bit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cutting elements (8) are grouped by three, two of which face (11 ') followed by a third (11 ") element disposed between the wakes of the first two elements (11 '). 8. Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices de lavage débouchent dans les îlots portant les éléments de coupe.8. A drill bit according to any one of the preceding claims, characterized in that the washing orifices open into the islands carrying the cutting elements. 9. Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les orifices de lavage sont inclinés radialement et tangentiellement par rapport à la face plane de l'outil.9. A drill bit according to any one of the preceding claims, characterized in that the washing orifices are inclined radially and tangentially with respect to the planar face of the tool. 10. Trépan suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les îlots (4) comportent des surfaces-freins (29) destinés à limiter la profondeur de coupe des plaquettes diamantées.10. A drill bit according to any one of the preceding claims, characterized in that the islands (4) comprise brake surfaces (29) intended to limit the depth of cut of the diamond inserts.
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