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Outil de forage et méthode pour la d'un tel outil.
La présente invention a pour objet la réalisation dl outils de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable.
De tels outils sont connus en soi et sont notamment décrits dans les brevets américains 4, 804, 051 et 5,456, 141 au nom de Hwa-Shan Ho. Ces publications montrent qu'un comportement azimutal de l'outil peut être modifié en changeant la géométrie de l'outil ainsi que le rapport des forces générées par des éléments diamantés "PDC" (polycrystalline diamond compact).
La présente invention procure des nouvelles voies pour la réalisation de tels outils, en agissant sur des paramètres autres que les éléments PDC.
L'invention ne tient pas compte de la géométrie de l'outil, ni des forces respectives générées par les PDC, mais porte sur un rapport d'efficacité de coupe entre différentes structures diamantées : un outil de géométrie quelconque peut être soit neutre soit orienté azimutalement à gauche par rapport à la force latérale agissant sur l'outil, soit à droite en augmentant ou en diminuant l'efficacité de coupe d'une portion de l'outil.
L'outil de forage à comportement directionnel contrôlé ou contrôlable, selon l'invetion, se caractérise plus particulièrement par le fait qu'il comprend au moins un élément de coupe diamenté autre qu'un élément du type "PDC".
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Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'outil comprend au moins un élément de coupe diamanté sélectionné parmi les éléments de type "TSP" (éléments diamantés thermostables dits éléments"diamant thermostable") et les éléments diamantés"impreg" (éléments de"diamants imprégnés").
Ces types d'éléments diamantés sont bien connus dans le métier et amplement décrits dans lalitérature y relative.
Dans un premier mode de réalisation préféré de l'invention, le cône intérieur de l'outil et le cône extérieur de l'outil sont de structure et/ou d'efficacité de coupe différente.
Dans un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, le cône intérieur de l'outil, le nez de l'outil et le cône extérieure de l'outil ont une structure différente.
Selon encore une autre particularité de l'invention, les combinaisons respectives de structures du cône extérieur, du nez et du cône intérieur de l'outil sont de préférence choisies parmi les combinaison suivantes :
PDC/PDC/impreg PDC/impreg/impreg impreg/PDC/PDC impreg/impreg/PDC
PDC/PDC/TSP
PDC/TSP/TSP
PDC/TSP/impreg
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impreg/TSP/PDC
TSP/TSP/PDC
TSP/impreg/PDC Pour la réalisation de l'invention, il peut également s'avérer utile :
de combiner des éléments diamantés d'au moins deux structures différentes dans la structure de coupe du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil, et/ou d'alterner des éléments diamantés de structures différentes et/ou des éléments diamantés de tailles et/ou des géométries différentes et/ou des éléments non diamantés sur la face du cône extérieur, du nez et/ou du cône intérieur de l'outil.
On peut concevoir, par exemple, un outil dont le cône extérieur est composé en totalité ou partiellement de blocs diamantés impregnés et le cône intérieur de diamant du type PDC, sachant que par définition : un outil a un cône extérieur, un nez et un cône intérieur.
Il est également possible de mélanger dans une même zone des structures de coupes différentes, par exemple, dans le cas 1 on pourrait inclure des segments imprégnés dans la zone du cône extérieur qui est normalement sertie uniquement avec des éléments de coupe PDC. On aurait donc pour le cône extérieur une structure PDC plus impreg, PDC dans le nez et impreg dans le cône central.
Il est également possible d'alterner sur la face de l'outil une structure de coupe avec des éléments PDC et des segments imprégnés, ou des éléments PDC et TSP,
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sachant, par exemple, que dans le cône intérieur la structure de coupe imprégnée va limiter l'efficacité de la structure de coupe PDC dans certaines formations géologiques.
La structure de coupe imprégnée peut également être mise à l'arrière de la structure de coupe PDC et à un niveau de hauteur par rapport à structure de coupe PDC de manière à limiter ou modifier la structure de coupe PDC, sachant que la structure de coupe imprégnée peut être mise en place avec de faibles concentrations en diamant ou même sans diamant ou même avec certains types de diamants pouvant former un palier de friction, de manière à diminuer l'efficacité de la structure de coupe PDC ou TSP.
La structure de coupe du PDC peut également être modifiée par sa taille et sa géométrie (PDC en coin, concave, convexe, PDC avec dépouille, etc...) ou en plaçant des blocs de carbure sans couche diamantée.
Le comportement directionnel de l'outil peut également être influencé en modifiant la structure de coupe dans la garde de l'outil et, bien entendu, en modifiant la longueur de la garde de l'outil.
Nous avons, en effet, pu démontrer sur chantier que l'influence de la garde de l'outil sur le comportement azimutal est loin d'être négligeable.
En vue d'une meilleure flexibilité et précision d'ajustement du comportement directionnel, les outils selon l'invention sont préférentiellement fabriqués avec des gardes courtes ou sans garde, et à structure
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homogène, c'est-à-dire soit à structure imprégnée soit à structure TSP soit à structure PDC (contrairement aux
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gardes conventionnelles qui ont une structure neutralisante).
Ainsi, selon cette caractéristique complémentaire de l'invention, la longueur de la garde de l'outil peut plus particulièrement être comprise entre 0 et 50 mm, de préférence entre 0 et 30 mm.
L'avantage d'une structure de coupe modifiée comme proposé selon la présente invention consiste dans le fait que le comportement directionnel peut être influencé en modifiant les paramètres appliqués à l'outil, par exemple le poids, le rpm, et en fonction de l'angle des bent sub.
Une partie de l'outil peut être modifiée pour que les paramètres appliqués permettent de réduire au maximum les corrections de trajectoires.
L'invention n'est pas limitée à une taille ou une géométrie déterminée de l'outil.
L'efficacité de coupe des segments imprégnés peut, en outre, être modifiée par la taille et la concentration des grains de diamant, ainsi que par la composition du liant du segment imprégné.
De même pour les éléments diamantés du type TSP, la taille, l'exposition, la géométrie et la concentration peuvent modifier de manière non négligeable l'efficacité de coupe.
Pour les éléments PDC, la taille, la forme l'exposition, la quantité de couteaux par unité de surface, le chanfreinage du taillant, la qualité de la table diamantée peuvent également modifier l'efficacité de coupe dans le comportement directionnel.
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De nombreuses applications, modifications et adaptations de l'invention apparaitront clairement à l'homme de métier, à la lecture du présent texte.
L'invention, telle que décrite ci-dessus et telle que définie dans les revendications qui suivent, n'est donc en rien limitée aux détails spécifiques mentionnés dans le texte descriptif.
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Drilling tool and method for making such a tool.
The subject of the present invention is the production of drilling tools with controlled or controllable directional behavior.
Such tools are known per se and are described in particular in American patents 4, 804, 051 and 5,456, 141 in the name of Hwa-Shan Ho. These publications show that an azimuthal behavior of the tool can be modified by changing the tool geometry and the ratio of forces generated by "PDC" (polycrystalline diamond compact) diamond elements.
The present invention provides new ways for the realization of such tools, by acting on parameters other than the PDC elements.
The invention does not take into account the geometry of the tool, nor the respective forces generated by the PDCs, but relates to a cutting efficiency ratio between different diamond structures: a tool of any geometry can be either neutral or oriented azimuthally to the left with respect to the lateral force acting on the tool, either to the right by increasing or decreasing the cutting efficiency of a portion of the tool.
The drilling tool with controlled or controllable directional behavior, according to the invention, is characterized more particularly by the fact that it comprises at least one diamond cutting element other than an element of the "PDC" type.
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According to an additional characteristic of the invention, the tool comprises at least one diamond cutting element selected from elements of the "TSP" type (thermostable diamond elements called "thermostable diamond" elements) and diamond elements "impreg" (elements of "impregnated diamonds").
These types of diamond elements are well known in the art and amply described in the related literature.
In a first preferred embodiment of the invention, the inner cone of the tool and the outer cone of the tool are of different structure and / or cutting efficiency.
In a second preferred embodiment of the invention, the inner cone of the tool, the nose of the tool and the outer cone of the tool have a different structure.
According to yet another feature of the invention, the respective combinations of structures of the external cone, of the nose and of the internal cone of the tool are preferably chosen from the following combinations:
PDC / PDC / impreg PDC / impreg / impreg impreg / PDC / PDC impreg / impreg / PDC
PDC / PDC / TSP
PDC / TSP / TSP
PDC / TSP / impreg
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impreg / TSP / PDC
TSP / TSP / PDC
TSP / impreg / PDC For the realization of the invention, it can also prove useful:
to combine diamond elements from at least two different structures in the cutting structure of the outer cone, nose and / or inner cone of the tool, and / or to alternate diamond elements of different structures and / or diamond elements of different sizes and / or geometries and / or non-diamond elements on the face of the outer cone, nose and / or inner cone of the tool.
One can conceive, for example, a tool whose outer cone is entirely or partially composed of impregnated diamond blocks and the inner cone of PDC type diamond, knowing that by definition: a tool has an outer cone, a nose and a cone interior.
It is also possible to mix in the same zone different cutting structures, for example, in case 1 one could include impregnated segments in the zone of the outer cone which is normally crimped only with PDC cutting elements. We would therefore have a more impregnated PDC structure for the outer cone, PDC in the nose and impreg in the central cone.
It is also possible to alternate on the face of the tool a cutting structure with PDC elements and impregnated segments, or PDC and TSP elements,
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knowing, for example, that in the inner cone the impregnated cutting structure will limit the effectiveness of the PDC cutting structure in certain geological formations.
The impregnated cutting structure can also be placed behind the PDC cutting structure and at a height level with respect to the PDC cutting structure so as to limit or modify the PDC cutting structure, knowing that the cutting structure impregnated can be placed with low concentrations of diamond or even without diamond or even with certain types of diamonds that can form a friction bearing, so as to reduce the efficiency of the PDC or TSP cutting structure.
The cutting structure of the PDC can also be modified by its size and geometry (PDC in the corner, concave, convex, PDC with draft, etc.) or by placing carbide blocks without a diamond layer.
The directional behavior of the tool can also be influenced by modifying the cutting structure in the tool guard and, of course, by modifying the length of the tool guard.
We have, in fact, been able to demonstrate on site that the influence of the tool guard on the azimuth behavior is far from negligible.
With a view to better flexibility and precision in adjusting the directional behavior, the tools according to the invention are preferably manufactured with short guards or without guards, and with a structure
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homogeneous, that is to say either with an impregnated structure or with a TSP structure or with a PDC structure (unlike
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conventional guards that have a neutralizing structure).
Thus, according to this additional characteristic of the invention, the length of the tool guard can more particularly be between 0 and 50 mm, preferably between 0 and 30 mm.
The advantage of a modified cutting structure as proposed according to the present invention consists in the fact that the directional behavior can be influenced by modifying the parameters applied to the tool, for example the weight, the rpm, and according to the angle of the bent sub.
Part of the tool can be modified so that the parameters applied make it possible to reduce trajectory corrections as much as possible.
The invention is not limited to a specific size or geometry of the tool.
The cutting efficiency of the impregnated segments can, moreover, be modified by the size and the concentration of the diamond grains, as well as by the composition of the binder of the impregnated segment.
Similarly for diamond elements of the TSP type, the size, the exposure, the geometry and the concentration can significantly modify the cutting efficiency.
For PDC elements, the size, the shape of the exposure, the quantity of knives per unit of surface, the chamfering of the cutter, the quality of the diamond table can also modify the cutting efficiency in directional behavior.
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Numerous applications, modifications and adaptations of the invention will appear clearly to those skilled in the art, on reading this text.
The invention, as described above and as defined in the claims which follow, is therefore in no way limited to the specific details mentioned in the descriptive text.