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EXPLORATION

5 juin 2017

Les tenants et aboutissants des systèmes de récupération de base filaires

Boart Longyear a développé le système de récupération de carottes filaires en 1958 et a été le premier fabricant de produits d'exploration de forage au diamant à proposer ce système révolutionnaire. Le système à câble Genuine Q ™ a permis d’augmenter la productivité sur le chantier et de sécuriser le noyau de déclenchement depuis le fond du trou pour l’assistant de forage. 

Cependant, Boart Longyear a récemment apporté des améliorations au système, augmentant considérablement la fiabilité et les performances.

Principalement, les systèmes filaires nécessitent un tube interne recevant l’échantillon, totalement indépendant du train de tiges, bien qu’il soit situé au bas du train de tiges, dans le tube externe derrière le foret.

L'assemblage de la tête est monté au sommet de l'assemblage du tube interne. Il comprend le mécanisme de verrouillage essentiel requis pour maintenir le tube interne tout en recevant le noyau et libérer le tube interne rempli pour permettre la récupération des câbles.

Un dispositif appelé dépassement est attaché à un câble filaire et abaissé ou pompé dans le trou jusqu'à ce qu'il capture la tête, permettant ainsi de tirer ou de hisser le tube intérieur vers l'appareil de forage à l'aide d'un treuil ou d'un treuil.

Accouplement à verrouillage complet

Couplage de verrouillage stabilisé

Le siège du loquet

Afin de recevoir les verrous déployés à partir de la tête, des raccords sont insérés dans le train de tiges afin de fournir une ouverture intérieure ou un siège élargi. Dans le système d'origine, le siège du loquet était formé en couplant deux accouplements. Le premier couplage, accouplé aux tiges de forage au-dessus du tube intérieur, est appelé couplage de verrouillage. L'accouplement inférieur, appelé adaptateur, s'emboîte entre l'accouplement de verrouillage et le tube extérieur, en dessous duquel est logé le tube intérieur, puis à la coquille d'alésage et au trépan. La face d'extrémité de l'extrémité mâle de l'accouplement de verrouillage sert de face de support de charge pour le mécanisme de verrouillage.

Malheureusement, tous les mécanismes de verrouillage pivotants nécessitent un jeu ou un jeu axial important dans le siège du verrou pour permettre le mouvement de verrouillage pivotant, ce qui entraîne un jeu dans la chambre à air et une performance médiocre du système dans les sols difficiles. En fait, un tube interne avec un noyau calé ou trop rempli peut être suffisamment chargé contre le siège du loquet pour que les loquets ne puissent pas pivoter en rétraction. Cela aboutit souvent à un tube coincé, nécessitant potentiellement la rentrée coûteuse du train de tiges.

 Dans les systèmes Roller Latch ™ plus récents, un couplage de verrouillage intégré amélioré élimine le joint secondaire et incorpore une rainure intérieure positionnée au centre qui sert de siège de loquet. De plus, les loquets à rouleaux s'abaissent, éliminant ainsi le besoin de jeu axial et améliorant les performances du système dans les sols difficiles.

En premier lieu, le siège du loquet doit résister à la force de poussée totale exercée par la foreuse lorsque le foreur pousse à travers un sol difficile, en “bloc”. C'est-à-dire que lorsque l'échantillon de noyau colle ou cale temporairement dans le tube interne (ou lorsque le tube est plein), la poussée dans le train de tiges (poids sur le trépan) est totalement protégée par le tube interne, le mécanisme de verrouillage, et le couplage de verrouillage. Cependant, le siège a une profondeur d'environ un tiers de l'épaisseur du train de forage, ce qui limite la capacité de charge potentielle.

POINTE: Bien que les chambres à air soient fabriquées à partir de tubes mécaniques de précision emboutis à froid, leur dureté et leur résistance à l'usure sont limitées. Les échantillons de noyau avec des arêtes dures et acérées peuvent développer rapidement des rainures sur la surface intérieure du tube intérieur, ce qui entraîne un coincement ou un coincement important du noyau. Les chambres à air chromées de Boart Longyear sont une solution très efficace, assurant une récupération et une productivité maximales du noyau.

Mécanismes de verrouillage et matériel d'accouplement à verrouillage

La tête du système Q d'origine comprenait un mécanisme de verrouillage constitué d'une paire de verrous pivotants, actionnés par un ressort en «papillon» et rétractés par l'impact avec le fond d'une fente dans le boîtier rétractable du verrou lorsqu'il était rétracté par le fil .

Désormais obsolètes, ces loquets n'avaient qu'une épaisseur de 8 mm (5/16 po), ce qui produisait une très petite surface de contact entre les logements du siège du loquet. Il en résultait une pression de contact et des contraintes sur le matériau souvent supérieures à la résistance du siège du verrou lors du forage dans des conditions de terrain difficiles. Dans certains cas, le matériau du siège du loquet céderait et permettrait aux loquets de pousser dans le raccord de verrouillage, ce qui provoquerait un tube coincé. Au minimum, le taux d'usure élevé du siège du loquet était un problème d'entretien.

En 1998, Boart Longyear a une nouvelle fois acquis sa position de leader en matière d'innovation dans les technologies filaires en introduisant le mécanisme breveté Link Latch ™. Cette innovation a pratiquement éliminé les «tubes coincés» en fournissant un effet de levier mécanique lors de la rétraction du câble, en faisant pivoter directement les loquets dans la position rétractée, alors que la technologie conventionnelle tentait de pousser indirectement les loquets tout en luttant contre un faible effet de levier mécanique et les interférences avec le siège de verrouillage.

De plus, l’épaisseur du loquet a été doublée à 16 mm (5/8 ”), ce qui a permis de réduire de moitié la pression de contact du loquet et les contraintes, améliorant ainsi la durée de vie et la fiabilité. Cependant, un jeu dans la chambre à air est nécessaire pour les verrous pivotants.

En 2012, le lancement de la technologie Roller Latch comprenait une mise à niveau importante de tous les raccords de verrouillage Boart Longyear. Les matériaux en acier allié traités thermiquement ont permis des augmentations substantielles de la résistance (augmentation de 40%) et de la dureté (résistance à l'usure). Cela a permis d'obtenir une capacité de poussée et une fiabilité bien supérieures lors de forages dans des conditions de forage difficiles, ainsi que des améliorations significatives pour d'autres caractéristiques d'accouplement à verrouillage, comme indiqué ci-dessous.

POINTE: À l'origine, les verrous étaient traités avec une cémentation de four profond (carburation) pour une résistance à l'usure qui se révélait excessivement cassante dans des conditions de forage difficiles, entraînant parfois des défaillances du verrouillage. Le mécanisme Link Latch comprenait une amélioration significative de la résistance à l'usure et de la fiabilité avec une cémentation plus dure et plus fine (nitruration). La technologie Roller Latch utilise des rouleaux en acier inoxydable trempés à cœur et de qualité supérieure pour une résistance à l'usure et une fiabilité maximales.

Plaquettes d'usure à verrouillage

Situé au sommet du tube extérieur, le raccord de verrouillage peut également stabiliser le tube extérieur et réduire la déviation du trou. Ceci est obtenu grâce à l’ajout de patins d’usure qui jouent le rôle de surface d’appui contre le trou percé.

Boart Longyear propose deux types d’accouplements à verrouillage, «trou complet» et «stabilisé». Bien que les deux soient coupés dans le même matériau de tube en acier allié de haute qualité utilisé pour les tiges de forage à fil, les raccords à verrouillage à trou complet ont une surface extérieure surdimensionnée. diamètre avec quatre plats équidistants étirés à froid le long de chaque longueur.

Tandis que la zone annulaire entre les méplats et le trou foré fournissent un passage pour le fluide de forage et les déblais, les parties arrondies surdimensionnées sont cémentées par induction pour fournir des tampons d'usure durs, durables et résistant à l'abrasion sur la longueur du corps.

Les accouplements à verrouillage à trous complets donnent de bons résultats dans des conditions de sol compétentes où le trou est uniforme et les boutures bien. Inversement, des conditions de sol médiocres peuvent limiter considérablement les performances de forage et la circulation des déblais, ou générer des couples excessifs pour le train de forage ou des exigences d’alimentation.

Tapis d'usure revêtu de laser

Tapis d'usure revêtu de laser

Section agrandie montrant du carbure de tungstène en matrice

Plaquettes d'usure à verrouillage

Situé au sommet du tube extérieur, le raccord de verrouillage peut également stabiliser le tube extérieur et réduire la déviation du trou. Ceci est obtenu grâce à l’ajout de patins d’usure qui jouent le rôle de surface d’appui contre le trou percé.

Boart Longyear propose deux types d’accouplements à verrouillage, «trou complet» et «stabilisé». Bien que les deux soient coupés dans le même matériau de tube en acier allié de haute qualité utilisé pour les tiges de forage à fil, les raccords à verrouillage à trou complet ont une surface extérieure surdimensionnée. diamètre avec quatre plats équidistants étirés à froid le long de chaque longueur.

Tandis que la zone annulaire entre les méplats et le trou foré fournissent un passage pour le fluide de forage et les déblais, les parties arrondies surdimensionnées sont cémentées par induction pour fournir des tampons d'usure durs, durables et résistant à l'abrasion sur la longueur du corps.

Les accouplements à verrouillage à trous complets donnent de bons résultats dans des conditions de sol compétentes où le trou est uniforme et les boutures bien. Inversement, des conditions de sol médiocres peuvent limiter considérablement les performances de forage et la circulation des déblais, ou générer des couples excessifs pour le train de forage ou des exigences d’alimentation.

Section de couplage à verrouillage stabilisé Quick Pump-In ™ à verrouillage du rouleau ™ montrant la rainure du loquet et la gorge du frein

Tapis d'usure revêtu de laser

POINTE: Des tubes extérieurs de type trou complet sont également disponibles pour fournir une augmentation significative de la rigidité et du contrôle directionnel; recommandé pour les conditions de terrain compétentes seulement.

Les accouplements à verrouillage stabilisé (anciennement connus sous le nom de style «conventionnel») utilisent des jeux de patins d'usure constitués de matériaux portant du carbure de tungstène. Le carbure de tungstène offre une résistance à l’usure de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle de l’acier trempé, offrant une surface d’appui fiable et durable plus longtemps que le modèle à trou complet.

En outre, un espacement plus important entre les patins d'usure et dans la zone annulaire entre le corps d'accouplement et le trou garantit un passage efficace des fluides de forage et des déblais de forage dans toutes les conditions de terrain.

À l’origine, les patins d’usure d’accouplement stabilisés étaient appliqués selon un processus manuel laborieux où la technologie de soudage était utilisée pour fondre des tiges de soudage, constituées de carbure de tungstène dans une matrice métallique appelée «revêtement dur», et lier le matériau de la tige au corps d’accouplement.

Une quantité importante devait être ajoutée pour pouvoir être réduite à un tampon d’usure plat de taille raisonnable, et la forme résultante était difficile à contrôler, ce qui dégradait la capacité de passage des fluides et des déblais. 

De plus, une chaleur excessive était nécessaire, ce qui ramollissait le corps en acier et affaiblissait l'accouplement. Sur certains accouplements, un revêtement dur a également été appliqué sur la face du siège du verrou pour la résistance à l'usure, mais en raison du processus de soudage manuel, le siège du verrou sous-jacent pourrait être ramolli au point où les verrous pourraient dépasser du siège sous des charges normales.

Encore une fois, le lancement de la technologie Roller Latch comprenait une autre mise à niveau importante de tous les raccords de verrouillage stabilisés Boart Longyear ™. La technologie de gaine laser permet l'application précise de plaquettes d'usure contenant une densité de carbure de tungstène nettement supérieure et avec très peu de chaleur.

Les patins anti-usure stabilisés présentent une forme en spirale efficace, ce qui facilite le passage du fluide de forage et des déblais. Les essais comparatifs en laboratoire sur l'usure ont montré une amélioration de plus de 10 fois (testée conformément à la norme ASTM G65), ce qui correspond généralement à plus du double de la durée de vie sur le terrain.

Verrouillage du couplage et interaction de la tête

Alors que Boart Longyear a amélioré la résistance à l'usure des loquets et des sièges de loquet, l'usure par abrasion est provoquée par leur interaction lors des opérations de forage normales.

Un mouvement de rotation relatif important peut se produire entre la tête de blocage du lien et le train de tiges lorsque la charge ou le frottement au contact est insuffisant. Cela peut entraîner une usure rapide entre le siège et les loquets du loquet, ainsi qu'entre l'épaulement de fixation de la tête et la bague de réception du tube extérieur.

POINTE: L’usure entre l’épaule d’atterrissage et la bague d’atterrissage ajoute au jeu de la chambre à air et nuit à la récupération du noyau. Les épaulements et les bagues d’atterrissage sont réversibles, ce qui permet de prolonger facilement la durée de vie et de minimiser le jeu.

Les raccords verrouillables pour l'assemblage de la tête de verrouillage sont disponibles en option avec une petite clé d'entraînement ou «tang» qui est une extension intégrale partielle de l'épaulement d'extrémité mâle qui fait saillie à côté des verrous déployés. Ainsi, la rotation du train de tiges entraînera la rotation de la tête à l'unisson.

POINTE: Lors du déclenchement de la chambre à air dans la colonne de forage, si les loquets de la chambre à air atterrissent au sommet de la soie, ils ne pourront pas se déployer. Un saut rapide du train de tiges (c.-à-d. Une rétraction et une alimentation brèves et pointues), de préférence combiné à un tour partiel rapide du train de tiges, repositionnera la chambre à air avec les verrous se déployant à côté de la soie.

Inversement, le mécanisme breveté Roller Latch est auto-bloquant en rotation. Lors du déploiement centrifuge des rouleaux, en cas de mouvement de rotation relatif avec le train de tiges, ceux-ci sont coincés entre l’accouplement de verrouillage et le carter de rappel afin de garantir que l’ensemble de tête est toujours entraîné avec le train de tiges.

Cette action autobloquante augmente considérablement la durée de vie et la fiabilité de la bague d'atterrissage, de l'épaulement de l'atterrisseur, des galets de verrouillage et du siège de verrouillage de l'accouplement de verrouillage.

Connexion de chaîne de tige de foret

Les raccords verrouillables comprennent à la fois un filetage extérieur mâle et un filetage femelle pour tiges de forage, afin de s’accoupler directement au train de tiges de forage.

Le tube extérieur est nettement plus épais et plus rigide que les tiges de forage et est stabilisé par le trépan de forage, la coque d'alésage et les patins d'usure de l'accouplement à verrouillage. Inversement, le train de tiges de forage n’est supporté que par la formation et est soumis à une charge dynamique importante du fait des charges de forage, des vibrations et des harmoniques du système.

En tant que tel, la connexion par couplage de verrouillage est essentielle à la performance dans des conditions de forage difficiles, dans laquelle le matériau traité thermiquement récemment amélioré offre résistance et résistance à l'usure.

Les joints de tige de forage filaires exclusifs Q et RQ ™ de Boart Longyear utilisent des filetages coniques pour faciliter le processus de fabrication et de rupture, ainsi que des formes de filetage techniques, un ajustement serré et une combinaison unique de traitements thermiques afin de maximiser la résistance de la charge et la résistance à l'usure.

Les installations de Boart Longyear produisent ces connexions filetées de précision selon des normes mondiales rigoureuses, contrôlées par un système de jaugeage maître exclusif.

Comme il est bien compris dans l’industrie du forage sur fil, afin d’éviter les ruptures de joint, ne mélangez jamais des tiges, des couplages ou des adaptateurs Boart Longyear authentiques avec des produits fabriqués par des tiers sans licence.

Prêt à regarder dans les cannes de Boart Longyear?

 

Cet article a paru à l'origine dans Magazine de carottage.

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Chris Drenth

RENCONTRER L'AUTEUR Chris Drenth En tant que directeur technique de Performance Tooling chez Boart Longyear, Chris Drenth a joué un rôle déterminant dans la conception et l'innovation de tiges de forage pour l'exploration minière et d'outils filaires pendant plus de 23 ans. Il est un inventeur nommé dans plus de 25 brevets pour lesquels Boart Longyear a poursuivi sa protection. En tant que contributeur et innovateur respecté et apprécié dans l'industrie, Drenth est également connu pour avoir encadré de jeunes talents au sein de Boart Longyear. Fort de ses réalisations dans le développement de produits innovants et son leadership en ingénierie, Chris a développé et dirigé avec succès une équipe d'ingénieurs mondiale axée sur l'offre "Performance Tooling" de Boart Longyear pour les forages d'exploration et de production. Titulaire d'un baccalauréat ès sciences en génie mécanique avec distinction de l'Université Queen's, Chris a récemment reçu le «2017 Innovation Award» du magazine Mining. Chris a également reçu le «Utah Genius Award» en tant que top 10 des candidats à un brevet en 2011. Chris dirige actuellement les équipes d'ingénierie de conception «Performance Tooling» à Mississauga, en Ontario; Wuxi, Chine; et à Salt Lake City, Utah. Chris est un ingénieur en mécanique avec plus de 20 ans d'expérience internationale dans l'ingénierie liée aux équipements et outils d'extraction et de forage.

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