FR2463256A1

FR2463256A1 - BACKHOE DRILLING TOOL AND METHOD OF DRILLING A SURVEY USING THE SAME

Info

Publication number: FR2463256A1
Application number: FR8013990A
Authority: FR
Inventors: Fred Kerwin Fox
Original assignee: ENGINEERING ENTERPRISES Inc
Current assignee: ENGINEERING ENTERPRISES Inc
Priority date: 1979-08-10
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1981-02-20
Also published as: GB2055927A; NL8003264A; JPS5628989A; BE884025A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN OUTIL DE FORAGE DU TYPE A MOTEUR DE FOND. LE TREPAN 13 DE CET OUTIL 10 PEUT ETRE MIS EN ROTATION PAR L'ACTION DU MOTEUR PENDANT DES OPERATIONS NORMALES DE FORAGE, OU BIEN PAR L'APPLICATION D'UN COUPLE AU TRAIN DE TIGES DE FORAGE AUQUEL L'OUTIL 10 EST SUSPENDU, CE COUPLE ETANT EXERCE POUR EFFECTUER CERTAINES OPERATIONS QUI NECESSITENT DE FAIRE TOURNER LE TREPAN 13 A UNE FAIBLE VITESSE ET SOUS UN COUPLE ELEVE. DOMAINE D'APPLICATION: FORAGE DE PUITS DE PETROLE, DE GAZ, ETC.THE INVENTION RELATES TO A BOTTOM MOTOR TYPE DRILLING TOOL. THE TREPAN 13 OF THIS TOOL 10 CAN BE ROTATED BY THE ACTION OF THE MOTOR DURING NORMAL DRILLING OPERATIONS, OR BY APPLYING A TORQUE TO THE DRILL RODS TO WHICH THE TOOL 10 IS SUSPENDED, THIS TORQUE BEING EXERCISED TO PERFORM CERTAIN OPERATIONS WHICH REQUIRE TURNING TREPAN 13 AT LOW SPEED AND AT HIGH TORQUE. FIELD OF APPLICATION: DRILLING OF OIL AND GAS WELLS, ETC.

Description

1. 24632561. 2463256

L'invention concerne d'une manière générale les outils de forage de puits et des procédés d'utilisation de ces outils. L'invention concerne plus particulièrement des perfectionnements apportés à des outils et des procédés de ce type dans lesquels un arbre, auquel est suspendu un trépan, est supporté de manière à pouvoir tourner à l'intérieur d'une enveloppe elle-même suspendue à un train de tiges de forage a The invention generally relates to well drilling tools and methods of using these tools. The invention relates more particularly to improvements made to such tools and methods in which a shaft, to which a bit is suspended, is rotatably supported within an envelope itself suspended from a drill string a

l'intérieur d'un sondage. Un moteur est disposé entre l'enve- inside a poll. A motor is arranged between the enve-

loppe et l'arbre afin de faire tourner ce dernier et, par loppe and the tree in order to turn the latter and,

conséquent, le trépan par rapport à l'enveloppe. therefore, the bit relative to the envelope.

Des outils de ce type permettent de faire tourner Tools of this type make it possible to rotate

le trépan sans qu'il soit nécessaire de transmettre une rota- the trephine without the need to transmit a rota-

tion à ce dernier par l'intermédiaire du train de tiges qui to the latter by means of the drill string which

peut avoir plusieurs milliers de mètres de longueur. Cepen- may be several thousand meters in length. How-

dant, lors du forage d'un sondage au moyen d'un outil 'de ce type, il existe de nombreux cas dans lesquels l'opérateur peut souhaiter faire tourner le trépan plus lentement, mais avec un couple supérieur à celui pouvant être obtenu au moyen de moteurs de fond. Par exemple, cette possibilité peut être utile pour dégager un trépan coincé ou pour aléser un sondage lorsque le trépan y pénètre pour la première fois. De plus, un opérateur peut souhaiter faire tourner le trépan lentement afin d'empêcher sa détérioration dans le cas o des déchets se trouvent à l'intérieur du sondage ou dans le cas o le When drilling a borehole with a tool of this type, there are many cases in which the operator may wish to rotate the bit more slowly, but with a torque greater than that obtainable at average of bottom engines. For example, this possibility may be useful for clearing a stuck bit or for boring a borehole when the drill bit enters it for the first time. In addition, an operator may wish to rotate the bit slowly to prevent its deterioration if waste is inside the borehole or if the

trépan commence une opération de fraisage. bit begins a milling operation.

Des outils de forage tels que des trépans à turbine hydraulique, entraînés par circulation du fluide de forage dans ces outils, sont particulièrement mal adaptés à l'exécution de ces opérations supplémentaires, car l'arbre n'est pas relié directement à l'enveloppe ou au carter. Par conséquent, ils sont incapables de donner une indication précise de la vitesse de rotation du trépan et ils offrent rarement à l'opérateur la possibilité de commande dont il a Drilling tools such as hydraulic turbine bits, driven by the circulation of the drilling fluid in these tools, are particularly ill suited to performing these additional operations, since the shaft is not connected directly to the casing. or the crankcase. Consequently, they are unable to give an accurate indication of the speed of rotation of the bit and they seldom offer the operator the possibility of control of which he has

besoin pour exécuter de telles opérations de manière satis- need to perform such operations satisfactorily

faisante.tory.

L'invention concerne un outil de forage du type pouvant être commandé sélectivement afin de faire tourner le The invention relates to a drilling tool of the type that can be selectively controlled to rotate the

trépan à de faibles vitesses et sous un couple élevé. bit at low speeds and under high torque.

2. L'outil selon l'invention peut être commandé uniquement par manoeuvre du train de tiges de forage à la surface, et plus particulièrement d'une manière automatique en réponse à l'application d'un couple au train de tiges et, par conséquent, à l'enveloppe de l'outil. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un 2. The tool according to the invention can be controlled solely by operating the drill string at the surface, and more particularly automatically in response to the application of a torque to the drill string and, by therefore, to the envelope of the tool. The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting examples and in which: FIG. 1 is a longitudinal section of a

trépan à turbine hydraulique comportant un embrayage et cons- hydraulic turbine bit having a clutch and

tituant une première forme de réalisation de l'invention; - les figures 2 et 3 sont des vues partielles en perspective, à échelle agrandie, d'un détail du trépan à a first embodiment of the invention; FIGS. 2 and 3 are partial perspective views, on an enlarged scale, of a detail of the drill bit

turbine hydraulique de la figure 1, l'enveloppe étant repré- hydraulic turbine of FIG. 1, the envelope being represented

sentée avec coupe partielle afin de montrer des détails du dispositif d'embrayage, la figure 2 montrant le dispositif d'embrayage en position de dégagement pendant la rotation de partially cut away to show details of the clutch device, FIG. 2 showing the clutch device in the disengaged position during the rotation of the clutch device.

l'arbre sous l'action du moteur du trépan à turbine hydrau- the shaft under the action of the hydraulic turbine bit motor

lique, et la figure 3 montrant le dispositif d'embrayage en position de dégagement pendant la rotation de l'arbre au FIG. 3 showing the clutch device in release position during the rotation of the shaft at

moyen de l'enveloppe; et -average of the envelope; and -

- les figures 4 et 5 sont des coupes transver- FIGS. 4 and 5 are transverse sections

sales du dispositif d'embrayage d'une seconde forme de réali- dirty clutch device of a second form of

sation de l'invention, faisant partie d'un trépan hydraulique à turbine, du type montré sur la figure 1, la figure 4 montrant le dispositif d'embrayage en position de dégagement lorsque l'arbre est mis en rotation par le moteur du trépan FIG. 4 shows the clutch device in the disengaged position when the shaft is rotated by the trephine motor.

et la figure 5 montrant ce dispositif en position d'enga- and FIG. 5 showing this device in a position of engagement

gement lorsque l'enveloppe est mise en rotation pour entra - when the envelope is rotated to

ner l'arbre.the tree.

Comme représenté en détail sur les figures préci- As shown in detail in the figures

tées o les mêmes références numériques désignent les mêmes where the same numerical references designate the same

éléments, l'outil à turbine hydraulique, représenté globale- elements, the hydraulic turbine tool, represented globally

ment en 10 sur la figure 1 comprend une enveloppe ou un carter 11 dont une extrémité supérieure peut être reliée à l'extrémité inférieure d'un train de tiges de forage (non représenté), et un arbre 12 qui est monté de manière à pouvoir tourner à l'intérieur de l'enveloppe au moyen de 10 comprises a casing or casing 11 whose upper end can be connected to the lower end of a drill string (not shown), and a shaft 12 which is mounted so as to be able to turn inside the envelope by means of

paliers 14 à billes portés par l'enveloppe entre ses extré- ball bearings 14 carried by the envelope between its ends.

mités supérieure et inférieure. Un trépan 13 est relié à upper and lower mites. A trephine 13 is connected to

l'extrémité inférieure de cet arbre, au-dessous de l'extré- the lower end of this tree, below the extreme

mité inférieure de l'enveloppe.lower half of the envelope.

L'extrémité inférieure de l'arbre présente un alésage 15 qui communique par son extrémité inférieure avec The lower end of the shaft has a bore 15 which communicates by its lower end with

l'alésage traversant le trépan 13 et dont l'extrémité supé- the bore passing through the bit 13 and the upper end of which

rieure communique par des orifices 15A avec l'extrémité supé- communicates via orifices 15A with the upper end

rieure d'un espace annulaire 16 s'étendant au-dessus de l'extrémité supérieure de l'arbre. Le trépan à turbine hydraulique peut être élevé et abaissé à l'intérieur du sondage au moyen du train de tiges de forage et, pendant les opérations de forage au cours desquelles le trépan 13 se trouve à l'intérieur du sondage, un fluide de forage peut être mis en circulation vers le bas à l'intérieur du train de tiges et du trépan à turbine afin de sortir par l'extrémité inférieure de ce trépan, puis de remonter dans l'espace annulaire compris entre le trépan et le train de tiges et le sondage. Une rotation est communiquée à l'arbre et, par conséquent, au trépan pendant les opérations normales de forage au moyen d'une turbine se trouvant à l'intérieur de l'extrémité supérieure de l'espace annulaire 16 et comprenant des stators 17 fixés à la surface intérieure de l'enveloppe an annular space 16 extending above the upper end of the shaft. The hydraulic turbine bit may be raised and lowered within the borehole by the drill string and, during drilling operations in which the drill bit 13 is located within the borehole, drilling fluid may be circulated downward within the drill string and turbine bit to exit from the bottom end of the drill bit and back into the annular space between the drill bit and the drill string and the survey. Rotation is imparted to the shaft and, therefore, to the bit during normal drilling operations by means of a turbine located inside the upper end of the annular space 16 and including stators 17 fixed on the inner surface of the envelope

et des rotors 18 fixés à la surface extérieure de l'arbre. and rotors 18 attached to the outer surface of the shaft.

D'une manière bien connue de l'homme de l'art, les rotors et les stators sont disposés de façon à faire tourner l'arbre en réponse à la circulation d'un fluide de forage qui descend dans l'espace annulaire 16, l'arbre étant mis en rotation vers la droite, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre, lorsqu'il est considéré vers le bas, suivant l'axe de l'outil. Comme représenté également sur la figure 1, les paliers 14, qui servent de paliers radiaux ainsi que de butées axiales, sont logés à l'intérieur d'une chambre 19 à lubrifiant comprise entre des joints supérieur et inférieur et 21 assurant l'étanchéité entre l'enveloppe et l'arbre avec une partie inférieure de l'espace annulaire 16. Un 3. In a manner well known to those skilled in the art, the rotors and stators are arranged to rotate the shaft in response to the flow of a drilling fluid which descends into the annular space 16, the shaft being rotated to the right, i.e. clockwise, when viewed downward, along the axis of the tool. As also shown in FIG. 1, the bearings 14, which serve as radial bearings as well as axial abutments, are housed inside a lubricant chamber 19 between upper and lower seals and providing a seal between the casing and the shaft with a lower portion of the annular space 16. A 3.

4. 24632564. 2463256

soufflet 22 est relié à la chambre à lubrifiant et disposé à l'intérieur de l'espace annulaire, au-dessous du joint 21, afin de compenser les variations de pression à l'extérieur de bellows 22 is connected to the lubricant chamber and disposed within the annular space below the seal 21 to compensate for pressure variations outside the

la chambre.bedroom.

L'extrémité inférieure de l'espace annulaire 16 est obturée hermétiquement au moyen d'un joint 23 du type The lower end of the annular space 16 is hermetically sealed by means of a gasket 23 of the type

facial et un orifice 24, réalisé dans l'arbre, fait commu- face and an orifice 24, made in the shaft, makes

niquer à travers ce dernier l'alésage 15 avec l'espace annu- through the latter the bore 15 with the annular space

laire entre le joint 23 et l'ensemble de paliers. Ainsi, comme décrit plus en détail dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 971 450, la pression du fluide de forage exercée à l'intérieur du trépan à turbine hydraulique est sensiblement équilibrée de part et d'autre de la chambre 19 des paliers, délimitée entre les joints 20 et 21, alors que la chute de pression du fluide de forage entre l'intérieur et l'extérieur de l'outil est assurée par le joint 23. Les raisons pour lesquelles un tel montage est utilisé et les avantages de ce montage sont indiqués plus complètement dans between the seal 23 and the bearing assembly. Thus, as described in more detail in U.S. Patent No. 3,971,450, the pressure of the drilling fluid exerted within the hydraulic turbine bit is substantially balanced on either side of the chamber. 19 of the bearings, delimited between the seals 20 and 21, while the pressure drop of the drilling fluid between the inside and outside of the tool is provided by the seal 23. The reasons for which such an assembly is used and the advantages of this montage are indicated more completely in

le brevet précité et n'entrent pas dans le cadre de l'inven- patent and do not fall within the scope of the invention.

tion, le montage n'étant représenté que pour illustrer une tion, the assembly being shown only to illustrate a

forme préférée de trépan à turbine hydraulique. preferred form of hydraulic turbine bit.

La forme de réalisation du dispositif d'embrayage représentée sur les figures 2 et 3 et indiquée globalement en 25 comprend une bague inférieure 26 qui est montée sur un épaulement annulaire 27, à l'intérieur de l'enveloppe 11, et qui est fixée de manière à ne pas pouvoir tourner par rapport à-cette dernière au moyen d'une clavette 28 logée dans des rainures alignées ménagées dans l'enveloppe The embodiment of the clutch device shown in FIGS. 2 and 3 and indicated generally at 25 comprises a lower ring 26 which is mounted on an annular shoulder 27, inside the casing 11, and which is fixed with so that it can not be rotated relative to the latter by means of a key 28 housed in aligned grooves in the envelope

et dans la bague. Un taquet 29 est situé à l'extrémité supé- and in the ring. A cleat 29 is located at the upper end

rieure de la bague et présente un épaulement 30 qui est tourné dans le même sens que celui dans lequel l'arbre est of the ring and has a shoulder 30 which is rotated in the same direction as that in which the shaft is

mis en rotation par le moteur.rotated by the engine.

Le dispositif 25 d'embrayage comprend également une bague supérieure 31 qui entoure l'arbre 12 au-dessus de la bague inférieure 26 et qui est reliée par des cannelures à un manchon 32 s'ajustant autour de l'arbre et fixé à ce dernier, de manière à ne pas pouvoir tourner par rapport à The clutch device 25 also comprises an upper ring 31 which surrounds the shaft 12 above the lower ring 26 and which is connected by splines to a sleeve 32 fitting around the shaft and fixed thereto. , so as not to be able to turn relative to

lui, au moyen d'une clavette 33 logée dans des rainures ali- he, by means of a key 33 housed in grooves

24632562463256

gnées qui sont ménagées dans l'arbre et dans le manchon. Ce dernier est supporté par l'arbre au moyen de tout dispositif convenable (non représenté) afin de pouvoir se déplacer verticalement par rapport à l'arbre. De plus, il est évident que le manchon peut être réalisé d'une seule pièce avec l'arbre. L'extrémité inférieure de la bague supérieure 31 comporte un taquet 34 qui présente un épaulement 35 tourné dans le sens opposé à celui de l'épaulement 30, c'est-à-dire dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre lorsque l'ensemble est considéré verticalement suivant l'axe which are formed in the tree and in the sleeve. The latter is supported by the shaft by means of any suitable device (not shown) in order to move vertically relative to the shaft. In addition, it is obvious that the sleeve can be made in one piece with the shaft. The lower end of the upper ring 31 comprises a catch 34 which has a shoulder 35 turned in the opposite direction to that of the shoulder 30, that is to say in the opposite direction of that of the needles of a watch when the whole is considered vertically along the axis

de l'outil.of the tool.

Une came 36 est formée sur l'extrémité supérieure de la bague inférieure 26 et une came 37 est formée sur A cam 36 is formed on the upper end of the lower ring 26 and a cam 37 is formed on

l'extrémité inférieure de la bague 31. Pendant le fonction- the lower end of the ring 31. During the

nement normal de l'outil, lorsque l'arbre 12 est mis en rotation par le moteur à turbine dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à l'enveloppe comme indiqué par la flèche sur la figure 2, la came 37 de la bague 31 s'élève en glissant sur la came 36 de la bague inférieure 26 afin que le taquet 34 de la bague 31 se déplace au-delà du taquet 29 pendant que la bague 31 se déplace verticalement le long de of the tool, when the shaft 12 is rotated by the turbine engine clockwise with respect to the casing as indicated by the arrow in FIG. 2, the cam the ring 31 rises by sliding on the cam 36 of the lower ring 26 so that the cleat 34 of the ring 31 moves past the cleat 29 while the ring 31 moves vertically along the

sa liaison cannelée avec le manchon 32. its splined connection with the sleeve 32.

Comme représenté, les cannelures ont une forme As shown, the flutes have a shape

hélicoïdale et sont inclinées dans le premier sens, c'est-à- helical and are inclined in the first direction, ie

dire dans le sens des aiguilles d'une montre lorsque l'ensem- say in a clockwise direction when the whole

ble est considéré verticalement suivant l'axe de l'outil, de is considered vertically along the axis of the tool,

leurs extrémités supérieures vers leurs extrémités infé- their upper ends towards their lower extremities

rieures. Les surfaces inclinées des cannelures assistent donc le mouvement de montée de la bague 31 lorsque l'arbre tourne EXTERIOR. The inclined surfaces of the grooves thus assist the upward movement of the ring 31 when the shaft turns

dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à l'enve- clockwise with respect to the enve-

loppe. Inversement, les surfaces inclinées tendent à mainte- Loppe. Conversely, inclined surfaces tend to maintain

nir la bague 31 dans sa position basse lorsque l'enveloppe ring 31 in its lower position when the envelope

est mise en rotation par rapport à l'arbre. is rotated relative to the shaft.

Comme décrit précédemment, si le trépan est coincé ou ralenti sous l'effet d'un obstacle à l'intérieur du As previously described, if the bit is jammed or slowed by an obstacle within the

sondage, le dispositif d'embrayage peut être engagé sélecti- sounding, the clutch device may be engaged selectively

vement afin de faire tourner l'arbre et, par conséquent, le trépan avec l'enveloppe, même si le moteur à turbine fonctionne à sa puissance maximale. Dans ce cas, le couple appliqué au trépan par l'intermédiaire du train de tiges de forage s'ajoute à celui appliqué à ce même trépan par le moteur. Ainsi, lorsque ce couple supplémentaire provoque la libération du trépan, la rotation de ce dernier par rapport à l'enveloppe provoque un dégagement automatique du dispositif to rotate the shaft and, therefore, the bit with the casing, even if the turbine engine is running at its maximum power. In this case, the torque applied to the bit via the drill string is added to that applied to the bit by the motor. Thus, when this additional torque causes the release of the bit, the rotation of the latter relative to the envelope causes an automatic release of the device

d'embrayage afin que le trépan continue d'être mis en rota- clutch so that the bit continues to be rotated

tion par le moteur, ce qui permet à l'opérateur de supprimer le couple appliqué à l'enveloppe par l'intermédiaire du train de tiges de forage afin de reprendre les opérations normales de forage. Cependant, si le trépan est mis en rotation à une vitesse relativement élevée lorsque l'opérateur souhaite le faire tourner avec l'enveloppe plutôt que par rapport à cette enveloppe par l'intermédiaire de l'action du moteur à turbine, la circulation du fluide de forage est interrompue ou, de préférence, ralentie suffisamment pour que l'arbre tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, s'il tourne, by the motor, which allows the operator to suppress torque applied to the casing via the drill string to resume normal drilling operations. However, if the bit is rotated at a relatively high speed when the operator wishes to rotate it with the casing rather than with respect to this casing through the action of the turbine engine, the flow of fluid drilling is interrupted or, preferably, slowed down enough so that the shaft rotates clockwise, if it rotates,

à une très faible vitesse.at a very low speed.

Dans tous les cas, lorsque le train de tiges et, par conséquent, l'enveloppe tournent dans le sens des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche sur la figure 3, le taquet 29 tourne dans le sens des aiguilles In any case, when the drill string and, consequently, the casing turn clockwise, as indicated by the arrow in FIG. 3, the cleat 29 rotates in a clockwise direction.

d'une montre par rapport au taquet 34 afin d'amener l'épau- of a watch relative to the cleat 34 to bring the shoulder

lement 30 en contact avec l'épaulement 35. Ensuite, lorsque le trépan est libéré ou que l'outil est actionné sélectivement afin de permettre à l'arbre d'être mis en rotation par le moteur à la suite d'une interruption de la rotation de l'enveloppe et d'une reprise de la circulation normale du fluide de forage, il est évident que le taquet 34 passe au-dessus du taquet 29 alors que la bague 31 tourne 30 Then in contact with the shoulder 35. Then, when the bit is released or the tool is selectively actuated to allow the shaft to be rotated by the motor as a result of an interruption of the drive. rotation of the casing and a resumption of normal circulation of the drilling fluid, it is obvious that the stopper 34 passes over the stop 29 while the ring 31 rotates

dans le sens des aiguilles d'une montre. in a clockwise direction.

Dans la forme de réalisation du dispositif d'embrayage représentée sur les figures 4 et 5, un- cliquet 40 est disposé dans un évidement 41 ménagé dans une bague 41A entourant la surface extérieure de l'arbre 12A du trépan à turbine hydraulique, le cliquet étant monté de manière à pouvoir pivoter dans l'évidement afin de se rapprocher et de s'éloigner de l'arbre. En particulier, l'évidement permet au 6. cliquet de pivoter vers l'intérieur jusqu'à une position dans laquelle l'arbre peut être mis en rotation librement par le moteur à turbine hydraulique, dans le sens des aiguilles In the embodiment of the clutch device shown in FIGS. 4 and 5, a pawl 40 is disposed in a recess 41 formed in a ring 41A surrounding the outer surface of the hydraulic turbine bit shaft 12A, the ratchet being rotatably mounted in the recess to move closer to and away from the shaft. In particular, the recess allows the pawl to pivot inwardly to a position in which the shaft can be freely rotated by the hydraulic turbine motor in a clockwise direction.

d'une montre, comme indiqué par la flèche sur la figure 4. of a watch, as indicated by the arrow in Figure 4.

Lorsque le cliquet est ainsi tourné, un épaulement de son extrémité extérieure est orienté dans le sens opposé à celui de la rotation, c'està-dire dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre. Un évidement 43 est réalisé dans la surface cylindrique intérieure de l'enveloppe 11A du When the pawl is thus rotated, a shoulder of its outer end is oriented in the opposite direction to that of the rotation, that is to say in the opposite direction of that of clockwise. A recess 43 is formed in the inner cylindrical surface of the envelope 11A of the

trépan à turbine hydraulique et une extrémité de cet évide- hydraulic turbine bit and one end of this recess

ment présente un épaulement 44 qui est orienté dans le sens des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire dans le même sens que celui dans lequel l'arbre est mis en rotation par la There is a shoulder 44 which is oriented in a clockwise direction, that is to say in the same direction as that in which the shaft is rotated by the

turbine du trépan.bit turbine.

Un ressort plat 45, disposé entre le côté inté- A flat spring 45, disposed between the inner side

rieur du cliquet et l'évidement 41, tend à repousser le cliquet vers l'extérieur à partir de la position montrée-sur la figure 4. Ainsi, lorsque l'arbre et, par conséquent, le cliquet sont mis en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre comme indiqué sur la figure 4, le cliquet s'éloigne de l'arbre en pénétrant dans l'évidement 43 lorsqu'il atteint the ratchet and the recess 41, tends to push the ratchet outwardly from the position shown in FIG. 4. Thus, when the shaft and, consequently, the ratchet are rotated in the direction clockwise as shown in Figure 4, the pawl moves away from the shaft into the recess 43 when it reaches

une position opposée à celle montrée sur la figure 4. Cepen- opposite position to that shown in Figure 4. However,

dant, ceci n'affecte pas la rotation libre de l'arbre par rapport à l'enveloppe, car l'extrémité de l'évidement 43 opposée à l'épaulement 44 présente une surface 46 de came qui repousse progressivement le cliquet 40 afin de le ramener de sa position d'extension à sa position de retrait lorsqu'il However, this does not affect the free rotation of the shaft relative to the shell, since the end of the recess 43 opposite the shoulder 44 has a cam surface 46 which progressively pushes the pawl 40 to bring it back from its extended position to its retracted position when

parcourt l'évidement 43.go through the recess 43.

Cependant, lorsque le trépan est coincé ou ralenti, ou bien lorsque la circulation du fluide de forage est interrompue ou suffisamment ralentie pour permettre à l'enveloppe 11A d'être mise en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre à une vitesse supérieure à celle à laquelle l'arbre tourne dans le même sens et que l'évidement 43 se déplace jusqu'à une position opposée au cliquet 40, l'épaulement 44 d'une extrémité de cet évidement entre en contact avec l'épaulement de l'extrémité extérieure libre du However, when the bit is jammed or slowed, or when the flow of drilling fluid is interrupted or sufficiently slowed down to allow the casing 11A to be rotated clockwise at a higher speed. to that at which the shaft rotates in the same direction and that the recess 43 moves to a position opposite to the pawl 40, the shoulder 44 of one end of this recess comes into contact with the shoulder of the free outer end of the

cliquet 40 afin de faire tourner ce dernier et, par consé- ratchet 40 in order to rotate the latter and, consequently,

quent, l'arbre avec l'enveloppe.quent, the tree with the envelope.

7.7.

8. 24632568. 2463256

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'outil décrit et représenté sans It goes without saying that many modifications can be made to the tool described and represented without

sortir du cadre de l'invention.depart from the scope of the invention.

9 24632569 2463256

Claims

1. - Bottom drilling tool, characterized in that

it comprises two tubular elements arranged concentrically

and comprising an enclosure (11) connectable to a drill string to be suspended within a borehole, and a shaft (12) rotatably supported therein of the envelope and that can be

connected to a bit (13) located below the lower end

a motor rotating the shaft and, therefore, the bit in a first direction relative to the casing, a clutch device (25) engageable to rotate the casing with when the casing is rotated relative to the shaft in said first direction, this clutch device can be disengaged to allow the shaft to be rotated relative to the casing in said shaft; first sense

under the action of the engine.

2. - Tool according to claim 1, characterized in that the motor comprises a device for rotating the shaft under the effect of the circulation of a fluid of

drilling in the tool.

3. - Tool according to claim 2, characterized in that the device rotating the shaft comprises

turbine blades (17, 18) attached to the shaft and the casing.

4. - Tool according to any one of the claims

1 to 3, characterized in that the clutch device (25) comprises a first clutch part carried by a first tubular element in order to be able to move relative thereto to a position in which this part is engaged with a second clutch portion carried by the second tubular member to rotate the shaft with the envelope when the latter is rotated relative to the shaft in said first direction, the first clutch portion being to be moved compared

to the first tubular element and brought into another

in which it is released from the second part

clutch to allow the shaft to be rotated

with respect to the envelope in the said first sense under

the action of the engine.

5. - Tool according to claim 4, characterized in that the first clutch portion is carried by the shaft (12) and in that the second clutch portion is

carried by the envelope (11).

6. - Tool according to claim 5, characterized in that the casing (11) comprises a cleat (29) which has a shoulder (30) rotated in said first direction, the shaft (12) bearing a ring (31). to which it is connected by splines to allow vertical movement of the ring relative to the shaft, the ring having a cleat (34) having a shoulder (35) engageable with the shoulder of the cleat the envelope when the latter is turned relative to the shaft in said first direction, so that the shaft is rotated with the envelope while the latter continues to rotate thereby, the ring (31) and the cleat ( 29) carried by the casing having cam surfaces (36, 37) which move the ring vertically with respect to the shaft so that the shaft of the latter can freely extend beyond the other dog to allow said shaft to be in rotation by the engine when this shaft is rotated relative to the envelope in

said first sense.

7. - Tool according to claim 6, characterized in that the ring (31) is located above the cleat (29) carried by the casing (11), the grooves being in particular helical and oriented in said first direction, of their

upper end towards their lower end.

8. - Tool according to claim 4, characterized in that the casing (11A) has a recess (43) and in that a pawl (40) is mounted on the shaft (12A) in order to be able to move by relative to the latter and move closer and away from the recess, the pawl tending to be moved towards the recess and a first end thereof having a shoulder (44) rotated in said first direction and intended to come into contact with a shoulder presented by the pawl when the casing is rotated relative to the shaft in said first

meaning to rotate the shaft with the envelope, the recess

10. i1. and the pawl having cam surfaces (46) for releasing the ratchet from the recess to allow the shaft to be rotated relative to the housing

in said first direction under the action of the motor.

9. - Tool according to claim 8, characterized in that the pawl (40) is mounted so as to pivot on the shaft (12A) about a longitudinal axis, an elastic member (45) tending in particular to move the pawl

towards the recess (43).

10. - Method of drilling a borehole using a tool comprising a drill bit suspended from a tree which is

mounted so that it can rotate inside an enve-

loppe, itself suspended on a drill string extending to the surface, a motor being disposed between the casing and the shaft and intended to be actuated to rotate the shaft in a first direction compared to

the envelope, the method being characterized in that

selectively applying a torque to the drill string at the surface to rotate the shroud in said first direction relative to the shaft and thereby engage a clutch device between the envelope and shaft, which allows the latter and, consequently, the bit to be rotated in said first direction during the continuation of the application of the torque to the drill string, or to actuate the motor to rotate the shaft in said first direction relative to the casing to disengage the clutch device so that the shaft and, therefore, the bit can continue to rotate in said first direction under the continuation of the action of the

3 engine.