La présente invention est relative à un trépan à structure de coupe fixe, comprenant - un corps d'outil, et

- plusieurs lames, qui sont constituées d'une matrice métallique imprégnée de particules abrasives, et qui sont fixées au corps d'outil en s'étendant en avant à partir de celui-ci, ces lames formant conjointement une face de coupe avant et présentant des passages radiaux pour fluide de forage qui séparent mutuellement les lames et sont ouverts vers l'extérieur (voir par exemple US-B-6.725.953).

Deux familles d'outils sont utilisées dans le forage pétrolier : les trépans à molettes d'un côté et les trépans à couteaux fixes de l'autre. Les trépans à molettes sont des assemblages comprenant des pièces mobiles tandis que les outils à couteaux fixes sont d'un seul tenant, sans aucune pièce mobile.

Dans la famille des trépans à structure de coupe fixe, on peut distinguer quatre sous-catégories qui se différencient par la nature de leur structure de coupe. Celle-ci peut être composée de PDC

(polycristalline diamond compacts), de diamants naturels, de TSP

(thermally stable polycristalline diamond) ou d'une matière métallique imprégnée de diamants ou autres particules abrasives. C'est cette dernière catégorie qui forme le cadre d'application de cette invention. Les outils concernés sont conçus pour forer des roches dures et abrasives.

Les lames de l'outil sont supportées par le corps de l'outil. Celui-ci est constitué d'une matrice métallique et d'un cœur en acier.

L'invention peut également être appliquée aux couronnes de carottage dont la structure de coupe principale est en diamant imprégné.

Les lames des outils imprégnés sont constituées d'un mélange de métal et de particules abrasives. Lors du forage, le liant métallique enrobant les particules ainsi que ces particules abrasives elles-mêmes s'usent, exposant de ce fait de nouvelles particules. Au fur et à mesure de l'usure de l'outil, la hauteur de lame va en diminuant.

On a donc tout intérêt à avoir au départ des trépans présentant une hauteur de lame la plus importante possible. L'inconvénient est que le matériau imprégné est fragile. Les lames sont donc sujettes à la casse. Ce phénomène croît avec la hauteur de lame. Pour une configuration d'outil donnée, il existe donc une limite à la hauteur des lames au-delà de laquelle il y a un risque élevé de casse mécanique.

La présente invention a pour but de proposer des trépans à lames en matériau imprégné présentant de grandes hauteurs de lame, qui soient capables de surmonter les inconvénients précités, et donc dont la durée de vie soit ainsi augmentée. On a résolu ce problème suivant l'invention par un trépan, tel qu'indiqué au début, qui comprend en outre, au travers d'au moins un passage radial pour fluide disposé entre deux lames susdites, au moins un pont qui relie ces deux lames, en étant agencé entre le corps d'outil et ladite face de coupe avant. On renforce ainsi mécaniquement les lames de ces outils en matériau imprégné, ce qui permet de concevoir des lames plus hautes. Et des lames plus hautes permettent d'augmenter la quantité de diamant sur l'outil et donc d'augmenter sa durée de vie et la longueur forée à l'aide de l'outil.

Par ponts au travers des passages radiaux pour fluide, il faut entendre des éléments qui n'empêchent pas l'écoulement du fluide dans ces passages.

Avantageusement, on peut même prévoir plusieurs ponts par passage et des ponts dans plusieurs passages, éventuellement mais pas nécessairement dans chacun d'eux.

Suivant une forme de réalisation préférentielle de l'invention, chaque pont est agencé à l'intérieur d'un passage radial susdit. Il est en effet préférable que les ponts n'affleurent même pas à la surface extérieure des lames afin de conserver leur action mécanique le plus longtemps possible.

Les ponts peuvent être fabriqués par tout procédé courant, connu de l'homme de métier, et dans toute matière appropriée pour ce type de procédé.

Comme il est connu, les trépans à lames constituées d'une matrice métallique imprégnée sont moulés, une poudre métallique additionnée de particules abrasives remplissant le moule, puis étant infiltrée par une brasure liquide appropriée, connue.

Les ponts peuvent être fabriqués avant remplissage du moule ou au contraire après infiltration et démoulage.

Suivant une forme de réalisation de l'invention, chaque pont est constitué d'un insert à base d'une poudre métallique frittée qui a été inséré, avant moulage du trépan, dans une cavité aménagée dans une pièce formant, lors du moulage, un desdits passages pour fluide, et qui a été infiltré de brasure liquide.

Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, chaque pont est constitué d'un insert à base d'une poudre métallique préformée à l'aide d'un liant qui a été inséré, avant moulage du trépan, dans une cavité aménagée dans une pièce formant, lors du moulage, un desdits passages pour fluide, qui a été débarrassé du liant par traitement thermique, et qui a été infiltré de brasure liquide.

Suivant encore une autre forme de réalisation de l'invention, chaque pont est constitué de poudre métallique ou non métallique, qui a été introduite, avant moulage du trépan, dans une cavité aménagée dans une pièce formant, lors du moulage, un desdits passages pour fluide, et qui a été infiltrée de brasure liquide.

Suivant une forme perfectionnée de réalisation de l'invention, chaque pont est constitué de pâte à base de poudre métallique ou non métallique, additionnée d'au moins un additif organique, qui a été introduite, avant le moulage du trépan, dans une cavité aménagée dans une pièce formant, lors du moulage, un desdits passages pour fluide, qui a été débarrassée dudit au moins un additif organique par traitement thermique, et qui a été infiltrée de brasure liquide.

La poudre métallique utilisée est connue en soi et peut par exemple être à base de tungstène, de nickel ou autres. Elle peut avantageusement contenir elle-même des particules dures et/ou résistant à l'abrasion, comme des particules de diamant, de carbure, etc. Les pièces frittées, diamantées ou non, peuvent être denses ou non. Les pièces préformées sont liées à l'aide d'un liant quelconque connu, par exemple de la paraffine qui est éliminé par le traitement thermique avant infiltration.

Les pâtes consistent en un mélange pâteux de poudre telle qu'indiquée ci-dessus, avec des additifs organiques, tels que des lubrifiants, des plastifiants ou analogues, mélange qui est aisé à mettre en forme. Par le traitement thermique avant infiltration, les additifs sont éliminés.

Les diamants utilisés sont naturels ou synthétiques. Ils peuvent présenter tout type de granulométrie, monomodal ou multi- modal. Ils peuvent être de type Grid ou TSP broyé. On les utilise par exemple à des concentrations de 1 à 40 % en poids par rapport à la poudre.

Comme poudre non métallique, on peut prévoir par exemple du carbure de tungstène.

Comme brasure, on peut avantageusement utiliser un alliage à base de cuivre. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, chaque pont est constitué d'une entretoise en matière frittée, diamantée ou non, en acier, en carbure ou un matériau analogue, qui, après démoulage du trépan, a été fixée aux lames dans un desdits passages pour fluide. Les entretoises formant pont sont fixées aux lames par tout moyen approprié, par exemple par brasage, sertissage, soudage ou collage.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, avec référence aux dessins annexés, d'un exemple de réalisation de trépan suivant l'invention. La figure 1 représente une vue du dessus d'un trépan suivant l'invention.

La figure 2 représente une vue en perspective isométrique du trépan de la figure 1.

La figure 3 représente une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1.

Sur les différents dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.

On a illustré sur ces dessins un exemple de réalisation, donné à titre non limitatif, de trépan suivant l'invention. Ce trépan 1 comporte un corps d'outil 2 et plusieurs lames de coupe 3 qui sont constituées d'une matrice métallique imprégnée de particules abrasives,

par exemple en diamant. Les lames 3 sont fixées au corps d'outil de manière courante et, ainsi qu'il ressort en particulier de la figure 2, elles s'étendent vers l'avant, sur une hauteur relativement grande, à partir du corps d'outil 2. Elles forment ainsi à leur extrémité libre une face de coupe avant 7. Entre ces lames 3 sont agencés des passages radiaux pour fluide 4 qui séparent mutuellement les lames et sont ouverts vers l'extérieur. Le corps d'outil est doté d'un conduit central 5 par lequel du fluide de forage débouche au bas des passages radiaux 4.

Comme on peut le voir sur la figure 1 , six des dix passages radiaux 4 du trépan sont pourvus, au travers de ceux-ci, de trois ponts 6, 6', 6" qui relient chacun deux lames 3 voisines. Ainsi qu'il ressort des figures 2 et 3, ces ponts sont agencés entre le corps d'outil 2 et la face avant 7 des lames. Avantageusement, ces ponts sont situés à des hauteurs différentes et permettent ainsi de renforcer mécaniquement les lames durement sollicitées pendant le forage, sans totalement entraver le passage de fluide, ni réduire son action de lubrification et de refroidissement.

Comme représenté, les ponts sont agencés à l'intérieur des passages pour fluide et évitent ainsi une usure prématurée des ponts, comme cela se passerait s'ils étaient situés en saillie ou à fleur des lames.

Toutefois, par un choix judicieux de la composition des ponts, celle-ci pouvant être par exemple du même type que les lames, il est possible de prévoir, après une usure initiale des lames que les ponts eux-mêmes participent à l'action abrasive pendant le forage et soient usés à leur tour. D'où l'avantage de prévoir plusieurs ponts échelonnés à différentes hauteurs dans les passages de fluide.

De préférence, comme illustré, les ponts ont une forme tubulaire, cylindrique ou conique, dont l'axe est orienté tangentiellement au sens de rotation des lames pendant le forage.

Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune forme limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.