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BE1012649A5 - Element de coupe superabrasif avec chanfrein plan supporte par un contrefort et trepans de forage equipes d'un tel element. - Google Patents

Element de coupe superabrasif avec chanfrein plan supporte par un contrefort et trepans de forage equipes d'un tel element. Download PDF

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Publication number
BE1012649A5
BE1012649A5 BE9800096A BE9800096A BE1012649A5 BE 1012649 A5 BE1012649 A5 BE 1012649A5 BE 9800096 A BE9800096 A BE 9800096A BE 9800096 A BE9800096 A BE 9800096A BE 1012649 A5 BE1012649 A5 BE 1012649A5
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
cutting
side wall
cutting element
substrate
element according
Prior art date
Application number
BE9800096A
Other languages
English (en)
Inventor
H Cooley Craig
Original Assignee
Baker Hughes Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baker Hughes Inc filed Critical Baker Hughes Inc
Application granted granted Critical
Publication of BE1012649A5 publication Critical patent/BE1012649A5/fr

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Abstract

L'invention fournit des éléments de coupe superabrasifs destinés à être utilisés pour le forage de formations souterraines, ainsi que des trépans de forage équipés de tels éléments. L'élément de coupe englobe une table superabrasive ayant une épaisseur comprise entre environ 0,090 pouce et environ 0,120 pouce, montée sur un substrat de support en carbure cimenté. La table superabrasive englobe une face de coupe bidimensionnelle avec une première surface transversale à l'axe longitudinal du dispositif de coupe et une deuxième surface d'engagement plane ou plan de contrefort, formant un petit angle aigu par rapport à la première surface et comportant une arête de coupe le long d'au moins une partie de sa périphérie, adjacente à la périphérie latérale du dispositif de coupe. Une surface latérale effilée sur la table superabrasive, vers l'arrière de l'arête de coupe, est évasée vers l'extérieur, se terminant dans une surface latérale parallèle à l'axe du dispositif de coupe, en continuant au substrat de support. Dans une forme de réalisation préférée, le dispositif de coupe a une section transversale pratiquement ronde, la surface latérale effilée de la table étant

Description


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   ÉLÉMENT DE COUPE   SUPERABRASIF   AVEC CHANFREIN PLAN SUPPORTÉ PAR UN
CONTREFORT ET TRÉPANS DE FORAGE ÉQUIPÉS D'UN TEL ÉLÉMENT ARRIÈRE-FOND DE L'INVENTION DOMAINE DE L'INVENTION : La présente invention concerne des dispositifs utilisés pour le forage de formations souterraines. L'invention concerne plus particulièrement un élément à diamant polycristallin ou composé d'un autre matériau superabrasif, destiné à être installé sur un trépan de forage, un trépan de carottage ou un autre outil utilisé pour le forage de la terre et des roches, par exemple lors du forage ou de l'agrandissement d'un trou de forage de pétrole, de gaz, géothermique ou d'un autre trou de forage souterrain, ainsi que des trépans et des outils équipés d'un tel élément. 



  ÉTAT DE LA TECHNIQUE : Il existe trois types de trépans, généralement utilisés pour forer des formations souterraines. Ces types de trépan sont les suivants : (a) les trépans à percussion (appelés aussi trépans à impact) ; (b) les trépans de cône à molettes, englobant les trépans tricônes ; et (c) les trépans à lames ou les trépans rotatifs à couteau fixe, la plupart de ceux-ci utilisant normalement des éléments de coupe ou   "couteaux"diamantés   ou composés d'un autre matériau superabrasif, les dispositifs de coupe à aggloméré compact de diamant polycristallin (PDC) étant les plus utilisés. 



   Il existe en plus d'autres structures utilisées au fond du trou, appelés   généralement "outils" dans le   cadre de la présente description, utilisés pour découper ou agrandir un trou de forage ou pouvant utiliser des dispositifs de coupe superabrasifs fixes sur leur surface, en vue de l'engagement dans la formation devant être pénétrée. De tels outils peuvent englober, uniquement à titre d'exemple, des trépans de carottage, des trépans excentriques, des trépans bicentrés et des alésoirs utilisant des structures fixes ou mobiles pour supporter les dispositifs de coupe. Il existe aussi des outils de coupe de formations à couteau fixe, utilisés dans les exploitations souterraines, comme par exemple les outils de perçage et de forage. 



   La figure 1 montre un trépan à lames ou un trépan à couteau fixe exemplaire. Le trépan à lames de la figure 1 est conçu de sorte à être tourné dans le sens des aiguilles d'une montre (en regardant vers le bas sur un trépan utilisé dans un trou, ou dans le sens contraire des aiguilles 

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 d'une montre, en regardant le trépan à partir de son extrémité de coupe, comme représenté dans la figure 1), autour de son axe longitudinal. La plupart des trépans à lames usuels utilisent des dispositifs de coupe diamantés composés d'un aggloméré compact de diamant polycristallin (PDC) qui y sont montés, et formés dans la plupart des cas sur un substrat, composé typiquement de carbure de tungstène cimenté (WC).

   Les trépans à lames selon la technique peuvent atteindre un ROP (taux de pénétration) compris entre un pied et plus de mille pieds par heure, en fonction du poids appliqué au trépan (WOB), de la vitesse de rotation, de la conception et de la vitesse de circulation du fluide de forage, des caractéristiques de la formation et d'autres facteurs connus normalement par les hommes de métier.

   Les trépans à lames PDC selon la technique présentent l'inconvénient d'une éventuelle usure prématurée par suite d'une défaillance due aux chocs des dispositifs de coupe PDC, ces dispositifs de coupe pouvant être endommagés très rapidement en cas d'une utilisation dans des formations à forte contrainte ou plus dures, composées de calcaire, de dolomies, d'anhydrites, de grès cimenté, des formations interstratifiées, comprenant par exemple du schiste avec des strates de grès, de calcaire et de dolomies, ou des formations contenant   des"cordons"durs.   L'élément de coupe selon l'invention pourra être utilisé dans le domaine des trépans à lames sous forme d'un élément de coupe sur la face d'un trépan à lames, et d'un élément de coupe d'écartement ou d'un élément à rogner pour maintenir l'écartement (le calibre)

   ou le diamètre du trou de forage devant être foré. 



   Comme indiqué ci-dessus, il existe des catégories additionnelles de structures   ou"d'outils"utilisés   dans les trous de forage, ces outils utilisant des éléments superabrasifs fixes pour des objectifs de coupe, englobant des trépans de carottage, des trépans excentriques, des trépans bicentrés et des alésoirs, l'élément de coupe selon l'invention pouvant être utilisé dans de tels outils de fond du trou, ainsi que dans des outils de perçage et de forage à couteau fixe utilisé dans les exploitations souterraines. 



   Depuis de nombreuses années, il est connu dans la technique que les dispositifs de coupe PDC donnent de bons résultats sur les trépans à lames. 



  Un dispositif de coupe PDC comporte typiquement une couche ou une table diamantée, formée dans des conditions de température et de pression extrêmement élevées, sur un substrat de carbure cimenté (par exemple du carbure de tungstène cimenté), contenant un liant métallique ou un 

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 catalyseur, par exemple du cobalt. Le substrat peut être brasé ou relié d'une autre façon à un élément de fixation, par exemple une tige ou un élément de renforcement cylindrique, pour améliorer sa fixation à la face du trépan.

   L'élément de coupe peut être monté sur un trépan de forage ou bien par ajustement par pression ou par un autre moyen de verrouillage de la tige dans un réceptacle sur un trépan de forage à corps en acier, ou en brasant le substrat du dispositif de coupe (avec ou sans renforcement cylindrique) directement dans une poche préformée, une douille ou un autre réceptacle sur la face d'un corps de trépan, par exemple sur le trépan du type à matrice composé de particules de WC coulées dans un liant solidifié, normalement à base de cuivre, bien connu dans la technique. 



   Un PDC est normalement fabriqué en plaçant un substrat de carbure cimenté en forme de disque dans un récipient ou une cartouche, une couche de cristaux ou de grains de diamant étant chargée dans la cartouche près d'une face du substrat. Un certain nombre de ces cartouches sont typiquement chargées dans une presse à pression extrêmement élevée. Les substrats et les couches de cristaux de diamant adjacentes sont ensuite comprimées en présence d'une température et d'une pression extrêmement élevées.

   Ces conditions de pression et de température extrêmement élevées entraînent la liquéfaction du liant métallique du corps du substrat, celuici balayant la région derrière la face du substrat, près de la couche de diamant, à travers les grains de diamant, et agissant comme un réactif à phase liquide pour entraîner un frittage des grains de diamant en vue de former la structure de diamant polycristallin. Il en résulte une liaison mutuelle des grains de diamant, formant une table diamantée au-dessus de la face du substrat, cette table diamantée étant également liée à la face du substrat.

   Le liant métallique peut rester dans la couche de diamant, dans les pores existant entre les grains de diamant ou peut être éliminé et remplacé au choix par un autre matériau, connu dans la technique, pour former un diamant dit thermiquement stable   ("TSD").   Le liant est éliminé par lessivage, la table diamantée étant formée dans le premier exemple avec du silicium, un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique (CTE) similaire à celui du diamant. Il existe des variations de ce procédé général dans la technique, ce détail étant toutefois donné pour que le lecteur comprenne le concept du frittage d'une couche de diamant dans un substrat en vue de produire un dispositif de coupe PDC.

   L'attention du lecteur est attirée sur le brevet US no. 3745623, publié le 17 juillet 1973, au nom de Wentorf, Jr. et al, qui contient des informations plus 

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 détaillées concernant les procédés appliqués pour produire des éléments de coupe à diamant polycristallin. 



   Les éléments PDC selon la technique antérieure présentent des problèmes de durabilité dans des applications à forte charge. Ils ont une tendance non appropriée aux fissures, à l'effritement et à la rupture lorsqu'ils sont exposés à des structures géologiques dures, rudes ou à contrainte élevée.

   Les problèmes concernant la durabilité des PDC selon la technique antérieure sont aggravés par la nature dynamique de l'application de charge normale et de torsion pendant du procédé de forage, au cours duquel la face du trépan se déplace pour entrer en contact avec le matériau de la formation non découpé, formant le fond du trou de forage, et pour se dégager de celui-ci, l'application de charge étant aggravée davantage dans certains types de trépans et dans certaines formations par les vibrations latérales du trépan et du train de tiges, ou par le phénomène appelé   "tourbillonnement"du   trépan. 



   La surface de jonction de la table diamantée/du substrat des PDC conventionnels est soumise à des contraintes résiduelles élevées produites lors de la formation de l'élément de coupe, par exemple au cours du refroidissement, les différents coefficients de dilatation thermique du diamant et du matériau du substrat entraînant des contraintes d'origine thermique. L'analyse des éléments finis (FEA) a en outre démontré que des contraintes de traction élevées existent dans une région localisée dans la surface externe cylindrique du substrat et à l'intérieur du substrat.

   Ces deux phénomènes dégradent la durée de vie du dispositif de coupe au cours des opérations de forage, étant donné que les contraintes, s'ajoutant aux contraintes dues à l'application de charge au dispositif de coupe par la formation, peuvent entraîner un effritement, une rupture ou même un délaminage de la table diamantée du substrat. 



   L'application d'une charge tangentielle élevée à l'arête de coupe de l'élément de coupe entraîne en outre des contraintes de flexion dans la table diamantée, présentant une résistance relativement réduite à la tension et pouvant ainsi se casser facilement si elle n'est pas supportée de façon appropriée contre la flexion. Le substrat en carbure métallique sur lequel est formée la table diamantée a typiquement une rigidité non appropriée pour établir un degré voulu de support. 



   La table diamantée relativement peu épaisse d'un dispositif de coupe PDC conventionnel, en combinaison avec le substrat, assure aussi un 

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 transfert de chaleur inférieur à la valeur optimale à partir de l'arête de coupe de la surface de coupe, un refroidissement externe de la table diamantée, par exemple en dirigeant un flux de fluide de forage sortant de tuyères sur la face du trépan n'étant que partiellement efficace pour réduire les risques d'endommagement dus à la chaleur. 



   L'usure relativement rapide des tables diamantées peu épaisses conventionnelles des dispositifs de coupe PDC résulte aussi de la formation d'un méplat d'usure dans le substrat renforçant l'arête de coupe, le méplat d'usure réduisant l'application de charge par unité de surface à la roche, réduisant la contrainte correspondante au voisinage de l'arête de coupe et exigeant ainsi l'application d'un poids plus important sur le trépan (WOB) pour engager de force les dispositifs de coupe dans la roche et maintenir le taux de pénétration (ROP). Par suite de l'introduction du matériau du substrat, formant une surface de contact avec la formation, le méplat d'usure accroît aussi le contact de traînée ou de friction entre le dispositif de coupe et la formation, en raison de la modification du coefficient de friction.

   Ceci entraîne d'une part la production de chaleur de friction, élevant la température dans le dispositif de coupe, la présence du méplat d'usure réduisant d'autre part le pouvoir d'accès du fluide de forage dans la zone située immédiatement derrière l'arête de coupe de la table diamantée. 



   D'autres inventeurs ont déjà essayé d'améliorer la durabilité des dispositifs de coupe PDC conventionnels. L'attention du lecteur est par exemple dirigée sur le brevet US, no. d'enr. 32036, attribué à Dennis (le brevet'036) ; au brevet US no. 4592433, attribué à Dennis (le brevet'433) ; et au brevet US no. 5120327, attribué à Dennis (le brevet'327). La figure 5A du brevet'036 représente un dispositif de coupe avec une arête périphérique biseautée, celui-ci étant brièvement expliqué dans le paragraphe 3, lignes 51 à 54. La figure 4 du brevet'433 représente un biseau très minime de l'arête périphérique du substrat ou de l'ébauche du dispositif de coupe, comportant des rainures de diamant (voir paragraphe 5, lignes 1 à 2 du brevet, contenant des brèves explications concernant le biseau).

   Les figures 1 à 6 du brevet'327 représentent de même un biseau périphérique mineur (voir paragraphe 5, lignes 40 à 42, contenant de brèves   explications sur le biseau. ). De tels biseaux ou chanfreins ont à l'origine   été conçus pour protéger l'arête de coupe du PDC, pendant l'engagement par pression d'une tige supportant l'élément de coupe dans une poche dans la face du trépan. On a toutefois constaté après que le biseau ou le chanfrein 

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 protégeait l'arête de coupe des concentrations de la contrainte due à la charge en établissant une surface de support de charge réduite, abaissant la contrainte unitaire au cours des étapes de forage initiales. 



  L'application de charges au dispositif de coupe peut autrement entraîner un écaillage ou un effritement de la couche de diamant au niveau d'une arête de coupe non chanfreinée, peu après la mise en service d'un élément de coupe, et avant l'abrasion naturelle du dispositif de coupe, formant une surface plate   ou"méplat d'usure"au   niveau de l'arête de coupe. 



   Il est également connu dans la technique d'arrondir une arête de coupe d'un dispositif de coupe PDC, au lieu de la chanfreiner, comme décrit dans le brevet US 5016718 attribué à Tandberg. On a constaté qu'un tel arrondissement établit une surface de support de charge similaire à celle établie par un petit chanfrein périphérique sur la face de coupe. 



   Le brevet US 5351772, attribué à Smith, décrit un dispositif de coupe PDC comportant plusieurs zones plates radiales internes, interrompant et redistribuant les champs de contrainte au niveau de la surface de jonction entre la table diamantée et le substrat et près de celle-ci, établissant une aire de surface additionnelle pour la liaison de la table diamantée et du substrat, permettant et facilitant l'utilisation d'une table diamantée plus épaisse, efficace pour découper des formations hautement abrasives. 



   Le brevet US 5435403, attribué à Tibbitts, décrit un dispositif de coupe PDC utilisant une structure de raidissement du type à tige, à extension latérale, près de la table diamantée, pour renforcer la table contre les contraintes de flexion. 



   En ce qui concerne d'autres approches tendant à améliorer les caractéristiques d'usure et de durabilité de l'élément de coupe, l'attention du lecteur est également attirée sur le brevet US no. 5437343, publié le 1er août 1995, au nom de Cooley et al. (le brevet'343) ; et le brevet US no. 5460233, publié le 24 octobre 1995, au nom de Meany et al (le brevet'233). Les figures 3 et 5 du brevet'343 montrent que de multiples chanfreins adjacents sont formés au niveau de la périphérie de la couche de diamant (voir paragraphe 4, lignes 31 à 68 et les paragraphes 5 et 6 dans leur ensemble).

   La figure 2 du brevet'233 montre que le substrat de carbure de tungstène, renforçant la table superabrasive est effilé d'environ 10 à 15  par rapport à son axe longitudinal pour établir un certain support additionnel contre une rupture catastrophique de la couche de diamant (voir paragraphe 5, lignes 2 à 67, et le paragraphe 6, lignes 

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 1 à 21 du brevet'233). L'attention est attirée également sur le brevet US no. 5443565, publié le 22 août 1995, au nom de Strange, contenant une autre description d'une table diamantée à chanfreins multiples. 



   Les brevets ci-dessus ont certes permis une certaine amélioration de la durabilité du dispositif de coupe, mais de nombreux détails doivent encore être améliorés, et il existe en particulier une demande concernant la production d'un dispositif de coupe présentant, comme caractéristiques appropries, un volume de diamant relativement plus grand et plus robuste, donnant des caractéristiques d'usure réduites et une rigidité accrue. Les PDC conventionnels utilisent une table diamantée ayant une épaisseur de l'ordre de 0,030 pouce. On a essayé de produire des tables diamantées dites   "à   double épaisseur", d'une épaisseur de 0,060 pouce, mais sans grand succès, en raison de la force réduite et d'une faible résistance à l'usure, dues dans un certain degré aux tables diamantées à frittage pauvre.

   On a même proposé de produire des dispositifs de coupe PDC avec des tables diamantées chanfreinées encore plus épaisses, atteignant 0,118 pouce, comme décrit dans le brevet US 4792001, attribué à Zijsling. L'inventeur n'a toutefois pas pris connaissance d'une fabrication effective de dispositifs de coupe du type décrit par   Zijsling.   



   Un dispositif de coupe encore différent, supportant une table diamantée extrêmement épaisse, connu par l'inventeur, a aussi été développé, ce dispositif de coupe comprenant un PDC ou un autre aggloméré compact d'une autre table superabrasive, ayant une épaisseur et une durabilité notablement améliorées. Le dispositif de coupe ci-dessus est décrit et revendiqué dans la demande de brevet US parallèle, no. de série 08/602076, enregistrée le 15 février 1996 et attribuée à Baker Hughes Incorporated, le cessionnaire de la présente invention. Une forme de réalisation exemplaire de la demande'076 ci-dessus (appelé ci-dessus"le dispositif de coupe'076") est représentée dans les figures 2a à 2d des dessins.

   L'attention du lecteur est attirée sur la demande'076 ci-dessus, en vue d'une description physique plus détaillée du dispositif de coupe '076, des modifications de celui-ci et de ses caractéristiques, certains aspects importants du dispositif de coupe'076 dans le cadre de la présente invention étant toutefois définis ci-dessous. 



   Il est fait référence aux figures 2a à 2d, qui sont respectivement une élévation latérale, une vue latérale, une vue latérale agrandie et une vue en perspective   d'une   forme de réalisation exemplaire du dispositif de coupe'076. Le dispositif de coupe 501 a une configuration étroite en tronc 

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 de cône et englobe une couche ou une table diamantée circulaire 502 (par exemple un diamant polycristallin) liée (c. à. d. liée par frittage) à un substrat cylindrique 503 (par exemple en carbure de tungstène). La couche diamantée 502 a une   épaisseur "T, ".   Le substrat 503 a une   épaisseur "T2".   



  La couche de diamant 502 englobe une partie plate inclinée 508 avec un angle 8 de la partie plate inclinée par rapport à la paroi latérale 506 de la couche de diamant 502 (parallèle à l'axe longitudinal ou à la ligne médiane 507 du dispositif de coupe 501) et s'étendant vers l'avant et radialement vers l'intérieur en direction de l'axe longitudinal 507. 



  L'angle 0de la partie plate inclinée est défini comme formant l'angle aigu de pointe entre la surface de la partie plate inclinée 508 et la paroi latérale 506 de la couche diamantée, parallèle à l'axe longitudinal 507 dans un dispositif de coupe cylindrique, comme représenté. La partie plate inclinée même a de préférence une largeur d'environ 0,050 pouce, mesurée radialement le long de la surface de la partie plate inclinée   (M).   



   La couche diamantée 502 englobe également une face de coupe 513 avec une zone centrale plate 511, radialement vers l'intérieur de la partie plate inclinée 508, et une arête de coupe 509. Entre l'arête de coupe 509 et le substrat 503 se trouve une partie ou une profondeur de la couche diamantée appelée couche de base 510, la partie ou la profondeur entre la zone centrale plate 511 de la face de coupe 513 et la couche de base 510 étant appelée couche de la partie plate inclinée 512. La zone centrale 511 de la face de coupe 513, comme représenté dans les figures 2a, 2b, 2c et 2d, est une surface plate, orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal 507. 



   Dans le dispositif de coupe représenté, la profondeur   T   de la couche diamantée 502 est comprise entre 0,070 et 0,150 pouce, dans les cas les plus préférés entre 0,080 et 0,100 pouce. L'angle d'inclinaison 0 de la partie plate inclinée 508 est de   65 ,   comme représenté, mais peut aussi varier, comme indiqué ci-dessus. La limite 515 de la couche diamantée et le substrat vers l'arrière de l'arête de coupe se situe au moins à environ 0,015 pouce longitudinalement vers l'arrière de l'arête de coupe (T3). 



   Une caractéristique optionnelle proposée pour le dispositif de coupe '076 et représentée par des tirets dans la figure 2A, consiste dans l'utilisation d'un cylindre de renforcement 516, lié avec sa face à l'arrière du substrat 503. 

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   Le dispositif de coupe'076 a présenté, pour une profondeur de coupe et un matériau de formation découpé définis, une vie utile notablement améliorée par rapport aux dispositifs de coupe PDC selon la technique antérieure, par suite d'une tendance notablement réduite à un effritement, un écaillage, une fissuration et une rupture catastrophiques. On a constaté que le dispositif de coupe sous forme de PDC peut avoir tendance à présenter certaines fissures après l'utilisation, mais on a constaté avec surprise que les petites fissures n'entraînent pas une défaillance catastrophique de la table diamantée, typique dans les dispositifs de coupe PDC selon la technique antérieure.

   En cas d'une exploitation complète, ce pouvoir serait particulièrement utile dans un dispositif de coupe installé sur un trépan à lames, utilisé dans des formations de roche dures et des formations moins dures, contenant des cordons de roche dure (formations à strates intermédiaires mixtes), ne permettant actuellement pas de forage économique avec des dispositifs de coupe PDC. 



   Alors que les dispositifs de coupe'076, comportant les grandes parties plates inclinées, se sont avérés assez prometteurs au cours des tests pratiques initiaux, présentant une durabilité améliorée par rapport aux autres dispositifs de coupe ayant une table diamantée à épaisseur similaire, mais non pas la grande partie plate inclinée, les dispositifs de coupe'076 ont aussi présenté certaines caractéristiques désavantageuses, réduisant leur efficacité dans des situations de forage pratiques.

   Les trépans de forage équipés des dispositifs de coupe'076 présentent plus spécifiquement une tendance déconcertante, due apparemment aux forces de coupe extraordinairement élevées, produites par le contact des ces dispositifs de coupe avec une formation forée, à surcharger les moteurs de forage, d'autres composants de l'assemblage du fond du trou (BHA), comme les tubes de forage et les boîtiers, ainsi que les composants tubulaires du train de tiges au-dessus du BHA. 



   Les trépans équipés des dispositifs de coupe'076 assurent en outre souvent un forage beaucoup plus lent,   c'est-à-dire   que leur taux de pénétration (ROP) de la formation est largement inférieur à celui des trépans équipés de dispositifs de coupe conventionnels, et présentent certaines difficultés pour forer des formations dures, pour lesquelles ils conviendraient autrement de façon idéale.

   Il semble que la configuration externe des ces dispositifs de coupe à table diamantée épaisse, contribue certes à la nature robuste des dispositifs de coupe, mais qu'elle est loin d'être idéale pour de nombreuses situations de forage, par suite de la 

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 géométrie variable de la partie plate inclinée arquée lors de son contact avec la formation et du manque   correspondant"d'agressivité"lors   de l'entrée en contact avec la formation et de la découpe correspondante.

   On peut imaginer, comme démontré lors de la découpe de métal avec des structures de forme similaire, que dans des formations plastiques, le dispositif de coupe'076 peut simplement déformer le matériau de la face de la formation dans laquelle s'engage le dispositif de coupe, formant une "proue"plastique de roche à l'avant et flanquant le dispositif de coupe, au lieu de cisailler le matériau selon les besoins. 



   Malgré les caractéristiques favorables présentées par le dispositif de coupe'076, son utilité pour une coupe efficace de formations difficiles, pour lesquelles sa durabilité démontrée convient de façon idéale, ne peut pas être mise en pratique dans un vaste intervalle de conditions des formations et de forage. Comme indiqué au sujet des autres conceptions du dispositif de coupe ci-dessus, il existe une demande pour un dispositif de coupe superabrasif robuste, résistant aux contraintes de coupe dans les formations difficiles ci-dessus, tout en assurant un forage efficace avec des assemblages de fond du trou et des trains de tiges conventionnels de la technique, sans endommager ceux-ci, et assurant un ROP consistant, approprié du point de vue commercial. 



  BREF ABRÉGÉ DE L'INVENTION
La présente invention supprime les difficultés présentées par les dispositifs de coupe décrits ci-dessus, et fournit un dispositif de coupe durable, bien agressif, présentant des performances plus consistantes en ce qui concerne la durée de vie du dispositif de coupe que le dispositif de coupe'076, plus économique à fabriquer que le dispositif de coupe'076 et pouvant être utilisé de façon efficace avec des assemblages de fond du trou conventionnels et d'autres composants de train de tiges, contrairement au dispositif de coupe'076. 



   Dans la forme de réalisation actuellement préférée, le dispositif de coupe selon la présente invention comprend un substrat de carbure de tungstène cimenté, pratiquement cylindrique, ayant une quelconque longueur appropriée, supportant sur sa face d'attaque une table superabrasive composée d'un aggloméré compact de diamant polycristallin, ou PDC, ayant une épaisseur comprise entre environ 0,070 et 0,120 pouce, mesurée le long de l'axe longitudinal du dispositif de coupe, entre une partie d'attaque de la face de coupe et la surface de jonction diamant/substrat derrière 

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 l'arête de coupe.

   Dans une forme de réalisation préférée, la périphérie de la table diamantée, au moins immédiatement derrière ou au niveau d'un bord de fuite de l'arête de coupe de la face de coupe, a une configuration légèrement effilée, de préférence en tronc de cône, formant un angle compris entre environ   100   et environ 15 , de préférence de l'ordre de 100 par rapport à l'axe longitudinal du dispositif de coupe, et dans le cas de la forme de réalisation préférée, par rapport à la paroi latérale du substrat cylindrique.

   La partie effilée de la paroi latérale peut se situer, comme dans la forme de réalisation préférée, à l'intérieur de la table diamantée et ne pas s'étendre dans le substrat, la table diamantée comportant en outre de préférence au moins une paroi latérale cylindrique nominale, à extension longitudinale, derrière la partie effilée. La partie externe de la face de coupe du dispositif de coupe, le dispositif de coupe étant monté sur un trépan ou un outil destiné à couper une formation, 
 EMI11.1 
 comprend un plan de contrefort pratiquement plat ou plan ou une surface d'engagement, formant un angle compris entre environ 2  et environ 20 , de préférence de l'ordre de 10  par rapport au reste de la face de coupe, orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal du dispositif de coupe.

   Selon une autre perspective, et compte tenu que le reste de la face de coupe n'est peut-être pas toujours orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal du dispositif de coupe, on peut aussi affirmer que le plan de contrefort ou la surface d'engagement est agencé dans le cadre d'un intervalle d'angles compris entre environ   700 et   environ   88 ,   dans les cas les plus préférés de l'ordre de 80  par rapport à l'axe longitudinal du dispositif de coupe. 



   Vue à partir de la face avant ou de la face d'attaque du dispositif de coupe, comme lors du déplacement du dispositif de coupe au cours du forage, la surface d'engagement comprend une bordure linéaire ou une surface de jonction avec le reste de la face de coupe (supposant que le reste de la face de coupe est également plan) et une bordure arquée à partir de laquelle la partie effilée en tronc de cône de la paroi latérale de la table diamantée s'étend vers l'arrière. La bordure arquée, du moins au niveau du sommet ou de la zone de contact initiale avec la formation d'un dispositif de coupe nouveau ou"vert", comporte de préférence un petit chanfrein (compris entre environ 0,010 et environ 0,013 pouce, mesuré le long de la surface du chanfrein), formant un angle d'environ   450   par rapport à l'axe du dispositif de coupe.

   Si l'on regarde le dispositif de coupe du côté, la surface d'engagement de la face de coupe et la partie 

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 effilée de la paroi latérale de   la table diamantée derrière l'arête   de coupe définissent un angle"de contrefort"obtus de pointe, d'environ 1100 dans la forme de réalisation préférée. On estime que c'est cet angle de contrefort de pointe, en combinaison avec la table diamantée relativement épaisse, qui assure la nature robuste et durable du dispositif de coupe. 



   La surface d'engagement pratiquement plane de la face de coupe présente une surface de coupe constante, à inclinaison arrière uniforme à la formation, contrairement à la géométrie courbée variable présentée par le dispositif de coupe'076. L'inclinaison arrière de la surface d'engagement reste en outre constante lors de l'usure du dispositif de coupe, ce qui est aussi contraire à la géométrie présentée par le dispositif de coupe'076.

   En d'autres termes, on peut dire que pour des angles identiques de la surface d'engagement du dispositif de coupe selon l'invention et de"la partie plate inclinée"du dispositif de coupe'076, les roches de la formation, coupées par la surface d'engagement, prise le long d'une quelconque section verticale, longitudinale du dispositif de coupe selon l'invention, est coupée au même angle d'inclinaison arrière, seule la roche coupée par la partie plate inclinée le long de la section centrale verticale longitudinale du dispositif de   coupe'076   étant coupée à cet angle, par suite de la configuration courbée en tronc de cône de la partie plate inclinée. Les angles d'inclinaison arrière décalés du dispositif de coupe'076, présentés à la formation, deviennent rapidement plus négatifs, et donc moins agressifs.

   Cet état est encore aggravé lors de l'usure du dispositif de coupe'076, la dimension radiale de la partie plate inclinée et donc de la surface de contact la plus agressive, prise perpendiculairement à la formation découpée, étant ainsi réduite. 



   La surface d'engagement de la table diamantée est de préférence polie de sorte à atteindre un degré de poli élevé, conformément aux instructions du brevet US 5447208 attribué communément, de préférence un poli spéculaire. Il n'est pas nécessaire de polir le reste de la face de coupe, et lorsque celle-ci est laissée dans un état normal, sensiblement plus rugueux que dans le cas des dispositifs superabrasifs conventionnels, la transition entre la surface d'engagement polie et le reste relativement plus rugueux de la face de coupe, fera fonction de"brise-copeaux", entraînant la flexion et la cassure des déblais ou"copeaux"de roches cisaillés de la formation, facilitant ainsi le dégagement de tels débris du trépan.

   Le dispositif de coupe peut aussi assurer une fonction de brisecopeaux par suite de la surface de jonction angulaire entre la surface 

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 d'engagement et le reste de la face de coupe, entraînant la remontée d'un copeau de la formation le long de la surface d'engagement, tendant à se fléchir ou à se plier vers l'arrière (par rapport au déplacement du dispositif de coupe) s'adaptant en présence des effets de pression différentielle au reste de la face de coupe au-dessus de la surface de jonction. 



  BRÈVE DESCRIPTION DES DIFFÉRENTES VUES DES DESSINS
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres caractéristiques et les avantages de l'invention seront mieux compris par les hommes de métier sur la base de la lecture de la description, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente un trépan à lames exemplaire de la technique antérieure ; les figures 2a à 2d montrent une forme de réalisation exemplaire du dispositif de coupe'076 et sont respectivement une vue latérale, une vue latérale agrandie de la zone de l'arête de coupe, une vue frontale et une vue en perspective ; la figure 3 est une élévation latérale d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif de coupe selon la présente invention ; la figure 4 est une élévation frontale du dispositif de coupe de la figure 3 ;

   la figure 5 est une vue en perspective du dispositif de coupe selon la présente invention ; les figures 6 et 7 sont respectivement des élévations latérale et frontale d'un dispositif de coupe de forme de"pierre tombale"selon la présente invention ; les figures 8 et 9 sont respectivement une élévation latérale et frontale, représentant un dispositif de coupe de forme rectangulaire selon la présente invention ; et les figures 10 à 12 sont respectivement des élévations latérales de trois formes de réalisation additionnelles d'un dispositif de coupe selon la présente invention. 



  DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
La figure 1 illustre un trépan à lames exemplaire selon la technique antérieure dans une vue en élévation latérale distale ou dans une vue de face. Le trépan à lames 101 englobe plusieurs dispositifs de coupe 100 

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 selon la présente invention, ces dispositifs de coupe pouvant être agencés en rangées, comme représenté, émanant en général radialement, environ à partir du centre du trépan 105. L'inventeur estime que le dispositif de coupe selon l'invention sera utilisé pour l'essentiel sur des trépans à lames et d'autres outils à couteau fixe, pour le forage de formations souterraines. 



   Une forme de réalisation préférée exemplaire 100 d'un dispositif de coupe selon la présente invention sera décrite ci-dessous en référence aux figures 3 à 5. Le dispositif de coupe 100 comprend un substrat pratiquement cylindrique 102, composé de préférence de carbure cimenté, par exemple de carbure de tungstène. Si nécessaire, l'extrémité de fuite ou la partie arrière 104 du substrat 102 est biseautée ou chanfreinée, comme représenté par le numéro de référence 106. La face avant ou la face d'attaque 108 du substrat 102 supporte une masse ou une"table"110, selon le nom accordé en général à une telle structure dans la technique, composée d'un matériau superabrasif.

   La surface de jonction 112 entre la face arrière ou de fuite 114 de la table 110 et la face avant ou d'attaque 108 du substrat 102 peut être plane, comme représenté, elle peut comprendre une série de nervures et de creux parallèles, elle peut comprendre plusieurs crêtes à extension radiale et des creux interposés, ou peut avoir une quelconque autre configuration appropriée connue dans la technique. En vue de préserver le matériau superabrasif, le substrat 102 peut spécifiquement s'étendre dans la table 110, comme représenté par des tirets 116 dans la figure 3, l'extension pouvant être asymétrique si nécessaire. 



   La table superabrasive 110 peut comprendre un aggloméré compact de diamant polycristallin ou PDC, un PDC à stabilité thermique ou TSD, ou une masse de nitrure de bore cubique. D'autres matériaux superabrasifs peuvent aussi servir à cet objectif, un PDC étant toutefois préféré. La table 110 englobe un segment de fuite pratiquement cylindrique 118, avec une paroi latérale 120 pratiquement parallèle à l'axe longitudinal L, devant laquelle se trouve un segment d'attaque effilé en tronc de cône 122, avec une paroi latérale 123 agencée à un angle aigu réduit a par rapport à l'axe longitudinal L (l'angle a est représenté par rapport à la paroi latérale du substrat 102, parallèle à l'axe L dans la forme de réalisation préférée).

   Un angle préféré est de l'ordre de   10 ,   des angles compris entre environ   10  et   environ 150 pouvant toutefois aussi convenir. Une telle configuration est proposée dans le brevet US 5460233 cité ci-dessus, attribué communément. Le segment d'attaque 122 se termine avec son 

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 extrémité avant au niveau de la face de coupe 124 du dispositif de coupe 100, et avec son extrémité de fuite au niveau du segment de fuite cylindrique 118.

   La face de coupe 124 comprend une première surface 126, perpendiculaire à l'axe longitudinal L, et une deuxième surface d'engagement ou plan de contrefort 128, formant un petit angle aigu 81 par rapport à la première surface 126, de préférence de   10 ,   mais situé dans le cadre d'un intervalle compris entre environ   2  et   environ 200. En d'autres termes, et en supposant que la première surface 126 est généralement orientée de façon transversale, mais non perpendiculaire à l'axe longitudinal L, la deuxième surface d'engagement 128 forme de préférence un angle B2 compris entre   environ 70  et environ 88 ,   de préférence d'environ 80  par rapport à l'axe longitudinal L.

   Comme représenté le mieux dans la figure 3, il existe ainsi un angle de pointe obtus entre la deuxième surface d'engagement 128 et le sommet de fuite 132 de la paroi latérale 123 de l'arête de coupe 130 au niveau de la périphérie externe de la surface 128, dans une forme de réalisation préférée, comprenant un angle obtus de l'ordre de   110 .   On estime que la présence de l'angle obtus, en combinaison avec une table superabrasive relativement épaisse 110, assure une grande partie de la résistance du dispositif de coupe 100.

   A cet effet, l'épaisseur de la table 110, mesurée entre la première surface 126 et la surface de jonction 122, située vers l'arrière de l'arête de coupe 130, est de préférence comprise entre 0,070 et environ 0,120 pouce, mesurée le long de l'axe longitudinal L, l'épaisseur du segment d'attaque 122 étant de préférence comprise entre environ 0,060 et environ 0,080 pouce, mesurée de la même façon. Comme indiqué ci-dessus, la profondeur de la table 110 peut être non uniforme, des parties de la table 110 situées vers le côté, le sommet et le centre du dispositif de coupe 100 (vu dans la figure 3) pouvant être assez étroites, sans compromettre l'intégrité de la table 110 en service.

   Comme représenté également par les tirets 116 dans la figure 3, la table 110 peut déborder dans le substrat 102, pour établir une masse superabrasive plus importante derrière la partie de la face de coupe 124 qui est exposée aux contraintes les plus élevées. Comme cela est connu dans la technique, l'arête de coupe 130 peut être chanfreinée, du moins au niveau du sommet 132 de l'arête de coupe 130, s'engageant initialement dans la formation. Comme représenté dans les figures 3 à 5, le chanfrein peut être effilé vers les côtés de la deuxième surface d'engagement 128, de sorte qu'il n'y a pas de chanfrein mesurable 

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 au niveau des extrémités latérales 136 (voir figure 4) de l'arête de coupe 130. 



   Comme vue de l'avant (figure 4), la première surface 126 comprend selon les mesures plus d'un demi-cercle, la deuxième surface 128 comprenant selon les mesures une partie plus réduite, une limite linéaire, à extension latérale 134 étant établie entre les deux surfaces 126 et 128. Comme représenté le mieux dans les figures 3 et 4, la première surface 126 représente environ le double de l'extension verticale de la deuxième surface 128. Cela signifie que pour un dispositif de coupe nominal"demipouce", d'un diamètre de 0,529 pouce, la deuxième surface 128 a une hauteur transversale à l'axe longitudinale d'environ 0,15 pouce. Il est toutefois possible que la hauteur ainsi mesurée de la deuxième surface 128 peut se rapprocher pratiquement de la moitié du diamètre du dispositif de coupe. 



  Alors que la surface 128 pourrait même s'étendre en pratique au-delà de l'axe L, la fixation ferme du dispositif de coupe 100 au trépan ou à l'outil pourrait ne plus être assurée, la pratique dans l'industrie consistant à considérer un dispositif de coupe comme entièrement usé lorsque (dans la mesure où il survit aussi longtemps) la table diamantée et le substrat de renforcement sont usés jusqu'à l'axe L (appelé aussi ligne médiane). 



   On comprendra qu'il est possible de modifier la forme de réalisation préférée, tout en profitant toujours de la conception selon l'invention. 



  Le segment effilé de la table 110 peut par exemple exister uniquement près de l'arête de coupe 130, le reste de la paroi latérale de la table étant cylindrique, comme représenté par les tirets 140 dans la figure 5. Si nécessaire, le dispositif de coupe peut être configuré avec une face de coupe en forme de"pierre tombale", comme cela est connu dans la technique, vu de l'avant, pour établir une largeur pratiquement constante de la coupe lors de l'usure du dispositif de coupe. La face de coupe (vue de l'avant) peut de même avoir une forme carrée ou une autre forme rectangulaire, l'aspect important de l'invention concernant l'utilisation de la deuxième surface d'engagement angulaire plane ou du plan de contrefort 128, pour établir un angle d'inclinaison arrière constant, et non pas l'utilisation d'un dispositif de coupe de section transversale cylindrique.

   Une paroi latérale effilée 123 peut en outre être agencée derrière l'arête de coupe (dans ce cas une arête à extension latérale par suite de la configuration de la section transversale du dispositif de coupe). Les figures 6 et 7 illustrent un dispositif de coupe en forme de pierre tombale et les figures 

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 8 et 9 un dispositif de coupe à configuration rectangulaire. Les éléments des dispositifs de coupe illustrés dans les figures 6 à 9 correspondant à ceux du dispositif de coupe 100 sont désignés par les mêmes numéros de référence, pour assurer une plus grande clarté. 



   Les figures 10 à 12 illustrent des formes de réalisation additionnelles de l'invention, les éléments correspondants étant de nouveau désignés par les mêmes numéros de référence que dans les formes de réalisation préférées des figures 3 à 5. 



   Le dispositif de coupe 200 de la figure 10 est différent du dispositif de coupe 100 en ce que le dispositif de coupe 200 utilise un substrat 102, comportant une partie de fuite cylindrique 202 et une partie d'attaque 204, avec une paroi latérale effilée 206, l'angle conique de la paroi latérale 206 étant identique à celui de la paroi latérale 123 de la table diamantée 110 et les deux parois latérales étant contiguës. Il faut noter en outre que le segment de fuite cylindrique 118 agencé dans le dispositif de coupe 100 a été éliminé. La surface de jonction 114 entre la table diamantée 110 et le substrat 102 a en outre une configuration convolutée pouvant s'étendre, uniquement à titre d'exemple, latéralement à travers le dispositif de coupe 200 ou radialement à partir d'une partie centrale correspondante vers le côté extérieur. 



   Le dispositif de coupe 300 de la figure 11 est différent du dispositif de coupe 100 en ce que le segment de fuite cylindrique 118 du dispositif de coupe 100 a été éliminé, la surface de jonction 114 entre la table superabrasive 110 et le substrat 102 étant située au niveau de l'intersection entre l'arête de fuite de la paroi latérale effilée 123 et la paroi latérale cylindrique 302 du substrat 102. La première surface 126 de la face de coupe 124 n'est en outre pas perpendiculaire à l'axe longitudinal du dispositif de coupe 300, mais est"penchée"vers l'arrière (dans une direction opposée à la direction du déplacement du dispositif de coupe) et forme un petit angle par rapport au côté perpendiculaire de l'axe. 



   Le dispositif de coupe 400 de la figure 12 est différent du dispositif de coupe 100 en ce que le substrat 102 englobe une partie de fuite cylindrique 402 et une partie d'attaque effilée 404, avec une paroi latérale effilée 406, la partie effilée de la paroi latérale 406 formant un angle plus petit par rapport à l'axe longitudinal du dispositif de coupe L que la partie effilée de la paroi latérale 123 de la table superabrasive 

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 110 (le segment de fuite cylindrique 118 ayant de nouveau été éliminé de la table superabrasive 110). Dans cette forme de réalisation, la première surface 126 de la face de coupe 124   est"penchée"légèrement   vers l'avant (dans la direction du déplacement du dispositif de coupe), formant un petit angle aigu par rapport au côté perpendiculaire à l'axe L.

   La surface de jonction 114 entre le substrat 102 et la table diamantée 110 est convolutée, représentée sous forme d'une surface de jonction ondulée carrée, pouvant s'étendre, uniquement à titre d'exemple, latéralement à travers le dispositif de coupe 400 ou radialement à partir de la partie centrale correspondante, vers le côté extérieur. 



   Le plan de contrefort ou la deuxième surface d'engagement 128, tout comme la première surface 126 des faces de coupe 124 des dispositifs de coupe décrits, peut être conçu de sorte à former un angle voulu au cours de la fabrication, ou après celle-ci, par un meulage ou un usinage mécanique (avec utilisation de particules superabrasives) ou par décharge électrique, la finition se faisant par meulage et rodage, ceci étant bien connu dans la technique. 



   On estime aussi que la configuration du dispositif de coupe selon la présente invention est utile avec une table diamantée d'épaisseur conventionnelle, de l'ordre nominal de 0,030 pouce, une telle utilité n'ayant toutefois jamais été prouvée. Si nécessaire, un tel dispositif de coupe peut comporter une table diamantée d'épaisseur uniforme, suivant le contour de la face de coupe. Une face de coupe diamantée ou composée d'un film de nitrure de bore cubique, d'une profondeur fine, mais relativement uniforme, pourrait de même être appliquée à un substrat, avec une extrémité d'attaque configurée sous forme d'une face de coupe, comportant un plan de contrefort ou une surface d'engagement selon la présente invention. 



   Comme indiqué ci-dessus, la deuxième surface d'engagement ou le plan de contrefort 128 est en outre optionnellement et de préférence polie selon le brevet US 5447208, de préférence à un état de finition à poli spéculaire. Ce polissage améliore le déplacement des débris de la formation le long de la face de coupe ainsi que la durabilité de la face de coupe, et comme indiqué ci-dessus, le polissage du seul plan de contrefort fait que la première surface 126 assume la fonction d'un brise-copeaux, lorsque, lors du déplacement rapide de débris ou de"copeaux"de la formation le long du plan de contrefort, ceux-ci rencontrent subitement la première surface 126 présentant un coefficient de friction notablement plus élevé. 

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   La présence d'une surface de jonction angulaire entre la deuxième surface d'engagement 128 et la première surface 126 tend en outre à casser les copeaux de la formation se déplaçant le long de la deuxième surface d'engagement 128, lors de leur remontée au-dessus de la surface de jonction entre les deux parties de la face de coupe, le copeau tendant à se fléchir ou à se plier vers l'arrière par suite des effets de la pression différentielle, l'angle différent de la première surface 126 laissant la partie du copeau passer au-dessus de la surface de jonction, sans support arrière. Ce fléchissement ou la flexion du copeau peut être accentuée en utilisant une première surface ou une surface supérieure 126"penchée vers   l'arrière" sur la   face de coupe 124. 



   Le dispositif de coupe selon la présente invention peut être monté sur un trépan de forage ou un outil par l'intermédiaire d'un support du type à tige, par brasage ou par un autre procédé de liaison dans une poche ou une douille sur la face d'un trépan ou d'un outil, ou selon un autre procédé connu dans la technique, le procédé de montage du dispositif de coupe n'étant pas important dans le cadre de l'invention, à condition que le dispositif de coupe soit fixé de façon appropriée pour résister aux forces de forage sans se dégager. L'inclinaison arrière effective et les angles d'inclinaison latérale du dispositif de coupe peuvent en outre être ajustés, ceci étant connu dans la technique, par la configuration d'une tige de montage ou des douilles ou des poches de montage d'une tige ou pour recevoir le dispositif de coupe directement.

   L'inclinaison arrière effective du dispositif de coupe selon l'invention peut en outre être ajustée, seule ou en combinaison avec la variation de l'angle de montage sur le trépan ou l'outil, en modifiant l'angle du plan de contrefort. 



   Les dispositifs de coupe selon l'invention sont de préférence fabriqués selon le procédé de fabrication décrit dans la section concernant l'arrière-fond de la présente demande. Celui-ci englobe la compression de particules de diamant adjacentes à un matériau de substrat approprié, dans des conditions de pression et de température élevées, pour former une table diamantée, liée au substrat par frittage. En cas d'utilisation de matériaux autres que les particules de diamant pour la table du dispositif de coupe, ou en cas d'utilisation de matériaux autres qu'un carbure cimenté, par exemple de carbure de tungstène   (WC)   pour le substrat, le procédé de fabrication doit évidemment être modifié en conséquence.

   L'inventeur estime que de nombreux substrats, autres que les substrats en carbure de tungstène, peuvent être utilisés pour fabriquer le dispositif de coupe 

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 selon l'invention. Les matériaux appropriés pour le substrat englobent un quelconque carbure métallique cimenté, par exemple les carbures de tungstène (W), de niobium (Nb), de zirconium (Zr), de vanadium (V), de tantale (Ta), de titane (Ti), et de hafnium (Hf). 



   La présente invention a certes été décrite et illustrée en référence à un certain nombre de formes de réalisation spécifiques, mais les hommes de métier comprendront que différents changements et modifications peuvent y être apportés dans se départir des principes de l'invention, illustrée, décrite et revendiquée. Les éléments de coupe selon une ou plusieurs des formes de réalisation décrites peuvent être utilisés en combinaison avec des éléments de coupe de la même forme de réalisation ou d'autres formes de réalisation décrites, ou avec des éléments de coupe conventionnels, regroupés par paires ou de façon différente, englobant des combinaisons côte à côte et attaque/fuite de différentes configurations, mais non limités à celles-ci.

   Des caractéristiques de différentes formes de réalisation décrites peuvent être combinées dans la mesure du possible. La présente invention peut prendre d'autres formes de réalisation spécifiques, sans se départir de son esprit ou des caractéristiques essentielles. Les formes de réalisation décrites doivent être considérées à tous les égards comme illustratives, et non pas comme restrictives. L'objectif de l'invention est donc défini par les revendications annexées plutôt que par la description ci-dessus et les dessins annexés.

Claims (46)

  1. REVENDICATIONS 1. Élément de coupe destiné à être utilisé dans un dispositif de forage de formations souterraines, comprenant une face de coupe composée d'un matériau superabrasif, s'étendant dans deux dimensions, de façon généralement transversale par rapport à un axe longitudinal dudit élément de coupe vers une périphérie externe, ladite face de coupe englobant une surface pratiquement plane s'étendant vers l'arrière, formant un angle aigu par rapport audit axe longitudinal et définissant une arête de coupe le long d'une partie de ladite périphérie externe de ladite face de coupe.
  2. 2. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel ladite face de coupe englobe en outre une autre surface, adjacente à ladite surface pratiquement plane s'étendant vers l'arrière.
  3. 3. Élément de coupe selon la revendication 2, dans lequel ladite autre surface est pratiquement plane et orientée en général transversalement par rapport audit axe longitudinal.
  4. 4. Élément de coupe selon la revendication 2. dans lequel ladite autre surface et ladite surface pratiquement plane s'étendant vers l'arrière sont contiguës. avec une limite linéaire commune.
  5. 5. Élément de coupe selon la revendication 4, dans lequel ladite autre surface a une rugosité de surface supérieure à celle de ladite surface pratiquement plane s'étendant vers l'arrière.
  6. 6. Élément de coupe selon la revendication 1. englobant en outre une paroi latérale composée d'un matériau superabrasif, s'étendant vers l'arrière à partir de ladite arête de coupe.
  7. 7. Élément de coupe selon la revendication 6. dans lequel au moins une partie de ladite paroi latérale est effilée et évasée périphériquement vers l'extérieur, vers un côté arrière de ladite arête de coupe.
  8. 8. Élément de coupe selon la revendication 7. dans lequel ladite face de coupe et ladite paroi latérale sont formées sur l'extérieur d'une table, comprenant une masse de matériau superabrasif.
  9. 9. Élément de coupe selon la revendication 8. dans lequel ladite masse de matériau superabrasif est montée sur un substrat de support.
  10. 10. Élément de coupe selon la revendication 9. dans lequel ladite face de coupe a une section transversale plus petite que ledit substrat, ladite partie de la paroi latérale effilée étant évasée vers l'extérieur à partir de ladite arête de coupe, pour rencontrer une paroi latérale contiguë dudit substrat. <Desc/Clms Page number 22>
  11. 11. Élément de coupe selon la revendication 10. dans lequel ledit substrat a une section transversale pratiquement cylindrique, ladite partie de paroi latérale effilée comprenant une paroi latérale pratiquement en tronc de cône, s'étendant à partir d'une périphérie de ladite face de coupe vers un diamètre pratiquement identique à celui dudit substrat cylindrique. EMI22.1
  12. 12. Élément de coupe selon la revendication 11. comprenant en outre une paroi latérale pratiquement cylindrique sur ladite table superabrasive. agencée entre ladite paroi latérale en tronc de cône et ledit substrat cylindrique.
  13. 13. Élément de coupe selon la revendication 10. dans lequel ledit substrat englobe une partie de paroi latérale effilée, évasée davantage vers l'extérieur à partir de ladite partie de paroi latérale effilée de la table.
  14. 14. Élément de coupe selon la revendication 13. dans lequel ladite table et lesdites parties de parois latérales effilées du substrat sont effilées au même angle.
  15. 15. Élément de coupe selon la revendication 13. dans lequel ladite partie de paroi latérale effilée de la table forme un angle plus grand par rapport audit axe longitudinal que ladite partie de paroi latérale effilée du substrat.
  16. 16. Élément de coupe selon la revendication 9. dans lequel ladite table a une profondeur d'environ au moins 0.070 pouce, mesurée parallèlement audit axe longitudinal. à partir d'un bord d'attaque de ladite face de coupe, vers une surface de jonction entre ladite masse de matériau superabrasif et ledit substrat de support sur une surface externe dudit élément de coupe, derrière une partie de fuite de ladite arête de coupe.
  17. 17. Élément de coupe selon la revendication 16. dans lequel ladite surface de jonction s'étend transversalement à travers ledit élément de coupe, pratiquement le long d'un plan.
  18. 18. Élément de coupe selon la revendication 16. dans lequel ledit substrat de support s'étend dans ladite table, vers l'avant de ladite surface de jonction.
  19. 19. Élément de coupe selon la revendication 16. dans lequel ladite table s'étend dans ledit substrat de support, vers l'arrière de ladite surface de jonction. EMI22.2
  20. 20. Élément de coupe selon la revendication 7. dans lequel ladite partie de paroi latérale effilée forme un angle par rapport audit axe longitudinal, compris entre environ 100 et environ 15 .
  21. 21. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel au moins une partie de ladite arête de coupe est chanfreinée. <Desc/Clms Page number 23>
  22. 22. Élément de coupe selon la revendication 1. dans lequel au moins une partie de ladite surface pratiquement plane, s'étendant vers l'arrière est polie à un état de finition ayant pratiquement un poli spéculaire.
  23. 23. Élément de coupe selon la revendication 1, dans lequel ledit angle aigu est compris entre environ 70 et environ 88 .
  24. 24. Dispositif pour le forage d'une formation souterraine, comprenant : un corps comportant une structure associée pour fixer ledit dispositif à un train de tiges : au moins un élément de coupe supporté par ledit corps, ledit élément de coupe englobant une face de coupe composée d'un matériau superabrasif, s'étendant dans deux dimensions, de façon généralement transversale par rapport à un axe longitudinal dudit élément de coupe, vers une périphérie externe, ladite face de coupe englobant une surface pratiquement plane s'étendant vers l'arrière, formant un angle aigu par rapport audit axe longitudinal et définissant une arête de coupe le long d'une partie de ladite périphérie externe de ladite face de coupe.
  25. 25. Dispositif selon la revendication 24, dans lequel ladite face de coupe englobe en outre une autre surface adjacente à ladite surface pratiquement plane, s'étendant vers l'arrière.
  26. 26. Dispositif selon la revendication 25. dans lequel ladite autre surface est pratiquement plane et orientée en général transversalement par rapport audit axe longitudinal.
  27. 27. Dispositif selon la revendication 25, dans lequel ladite autre surface et ladite surface pratiquement plane s'étendant vers l'arrière sont contiguës, avec une limite linéaire commune.
  28. 28. Dispositif selon la revendication 27, dans lequel ladite autre surface a une rugosité de surface supérieure à celle de ladite surface pratiquement plane, s'étendant vers l'arrière.
  29. 29. Dispositif selon la revendication 24, englobant en outre une paroi latérale composée d'un matériau superabrasif, s'étendant vers l'arrière à partir de ladite arête de coupe.
  30. 30. Dispositif selon la revendication 29, dans lequel au moins une partie de ladite paroi latérale est effilée et évasée périphériquement vers l'extérieur, vers un côté arrière de ladite arête de coupe. <Desc/Clms Page number 24>
  31. 31. Dispositif selon la revendication 30. dans lequel ladite face de coupe et ladite paroi latérale sont formées sur l'extérieur d'une table, comprenant une masse de matériau superabrasif.
  32. 32. Dispositif selon la revendication 31, dans lequel ladite masse de matériau superabrasif est montée sur un substrat de support.
  33. 33. Dispositif selon la revendication 32. dans lequel ladite face de coupe a une section transversale plus petite que ledit substrat, ladite partie de paroi latérale effilée étant évasée vers l'extérieur à partir de ladite arête de coupe, pour rencontrer une paroi latérale contiguë dudit substrat.
  34. 34. Dispositif selon la revendication 33. dans lequel ledit substrat a une section transversale pratiquement cylindrique, ladite partie de paroi latérale effilée comprenant une paroi latérale pratiquement en tronc de cône. s'étendant à partir d'une périphérie de ladite face de coupe vers un diamètre pratiquement identique à celui dudit substrat cylindrique.
  35. 35. Dispositif selon la revendication 34. comprenant en outre une paroi latérale pratiquement cylindrique sur ladite table superabrasive, agencée entre ladite paroi latérale en tronc de cône et ledit substrat cylindrique.
  36. 36. Dispositif selon la revendication 33. dans lequel ledit substrat englobe une partie de paroi latérale effilée. évasée davantage vers l'extérieur à partir de ladite partie de paroi latérale effilée de la table.
  37. 37. Dispositif selon la revendication 36. dans lequel ladite table et lesdites parties de parois latérales effilées du substrat sont effilées au même angle.
  38. 38. Dispositif selon la revendication 36. dans lequel ladite partie de paroi latérale effilée de la table forme un angle plus grand par rapport audit axe longitudinal que ladite partie de paroi latérale effilée du substrat.
  39. 39. Dispositif selon la revendication 30. dans lequel ladite partie de paroi latérale effilée forme un angle par rapport audit axe longitudinal, compris entre environ 100 et environ 15 .
  40. 40. Dispositif selon la revendication 32. dans lequel ladite table a une profondeur d'environ au moins 0. 070 pouce. mesurée parallèlement audit axe longitudinal, à partir du bord d'attaque de ladite face de coupe, vers une surface de jonction entre ladite masse de matériau superabrasif et ledit substrat de support sur une surface externe dudit élément de coupe. derrière une partie de fuite de ladite arête de coupe. <Desc/Clms Page number 25>
  41. 41. Dispositif selon la revendication 40, dans lequel ladite surface de jonction s'étend transversalement à travers ledit élément de coupe, pratiquement le long d'un plan.
  42. 42. Dispositif selon la revendication 40, dans lequel ledit substrat de support s'étend dans ladite table, vers l'avant de ladite surface de jonction.
  43. 43. Dispositif selon la revendication 40. dans lequel ladite table s'étend dans ledit substrat de support, vers l'arrière de ladite surface de jonction.
  44. 44. Dispositif selon la revendication 24, dans lequel au moins une partie de ladite arête de coupe est chanfreinée.
  45. 45. Dispositif selon la revendication 24, dans lequel au moins une partie de ladite surface pratiquement plane, s'étendant vers l'arrière est polie à un état de finition ayant pratiquement un poli spéculaire
  46. 46. Dispositif selon la revendication 24. dans lequel ledit angle aigu est compris entre environ 700 et environ 880.
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