Les différences entre les trépans PDC et les trépans Tricone résident dans leur conception structurelle et leur mécanisme de rupture de la roche.

Le trépan PDC peut être considéré comme un "morceau de fer" intégral, sans aucune pièce mobile. Son mode de fonctionnement repose sur les dents de coupe en PDC soudées au corps du trépan pour "racler" efficacement la roche par "cisaillement" ou "labourage".

En revanche, l'embout tricône est tout à fait différent. Il s'agit d'un outil dynamique composé de trois cônes à rotation indépendante. Son mécanisme de rupture de la roche repose sur les dents ou les inserts intégrés dans les cônes, qui soumettent la roche à des contraintes élevées "d'impact, d'écrasement et de broyage".

C'est précisément cette différence fondamentale de conception qui conduit directement à des variations significatives dans les domaines d'application, les performances, les paramètres opérationnels et les modes de défaillance. La PDC recherche la vitesse maximale lors du forage de strates homogènes, tandis que le tricône offre une plus grande polyvalence et une meilleure stabilité dans les strates dures, complexes et fracturées.

Applications et compromis de performance

Caractéristiques	Bit PDC	Mors tricône
Applicable au mieux à	Strates homogènes allant de molles à moyennement dures, telles que le schiste, le calcaire, le grès et les couches de sel.	Strates dures, strates très abrasives, strates fracturées et strates complexes présentant une alternance de textures dures et tendres, telles que le granit, le chert et la dolomie.
Taux de pénétration	Dans les formations appropriées, le rendement est extrêmement élevé, souvent plusieurs fois supérieur à celui d'un tricône.	Plus lent que le PDC dans les formations tendres à moyennement dures, mais peut maintenir un ROP stable et fiable dans les formations dures et complexes.
Durabilité et durée de vie	Grâce à l'absence de pièces mobiles, il a une longue durée de vie dans les strates stables. L'usure se concentre principalement sur les dents de coupe.	La durée de vie est limitée par celle des roulements et des joints, surtout à grande vitesse.
Stabilité	Lorsqu'elle rencontre des couches intermédiaires dures ou des zones de gravier, la stabilité est sujette à des vibrations et à des dommages dus aux chocs, ce qui peut entraîner la chute ou la rupture des dents de coupe.	L'action de briser les roches par roulement offre une meilleure stabilité et une meilleure résistance aux impacts, ce qui permet de mieux s'adapter aux différents types de roches.
Coût	Le coût d'achat initial est plus élevé. Toutefois, dans les applications appropriées, en raison de la longueur et de la vitesse de rotation élevée d'un seul trépan, son coût unitaire au pied peut être inférieur.	Le coût initial est relativement faible. Il peut s'avérer plus rentable lorsque la durabilité du trépan est le principal facteur à prendre en compte pour les courtes séries ou dans les strates à forte variabilité.

Différence de conception structurelle

Foret PDC : un outil monolithique et robuste

Le cœur de la structure des trépans en PDC réside dans sa simplicité et sa solidité. Il se compose d'un corps de trépan robuste (en acier ou en matrice) et de dents de coupe en PDC brasées dans des poches à la surface du trépan.

L'absence de pièces mobiles est un avantage clé. Une pièce mobile en moins dans le sous-sol signifie un risque en moins. La durabilité et la fiabilité du système s'en trouvent grandement améliorées, et la probabilité d'accidents dus à l'usure des composants est considérablement réduite.

• Embout PDC à corps en acier : Fabriqué à partir de billettes d'acier à haute résistance. Ce type de trépan est rentable et de conception robuste, avec un large éventail d'applications, en particulier dans les conditions de travail où la résistance aux chocs doit être privilégiée.
• Corps Matrix Bit PDC : Ce type de trépan est fabriqué à l'aide de la technologie de la métallurgie des poudres, où le carbure de tungstène et d'autres matériaux durs sont frittés avec des liants. Cela crée une matrice très résistante à l'érosion et à l'usure, ce qui fait du trépan à matrice un choix idéal pour le forage de strates abrasives et garantit une durée de vie plus longue.

L'élément de coupe lui-même, à savoir la fraise PDC, est un matériau composite fabriqué par frittage d'une couche de diamant polycristallin sur un substrat de carbure de tungstène. Cette combinaison tire parti de la dureté et de la résistance à l'usure extrêmement élevées du diamant, ainsi que de la ténacité et de la résistance aux chocs du carbure cémenté.

Le tricône : un assemblage complexe de pièces dynamiques

Le trépan tricône est un assemblage mécanique complexe. Ses principaux composants sont trois cônes, qui sont installés sur des roulements et tournent indépendamment de la rotation du train de tiges. En fonction de la dureté de la strate, les cônes peuvent être recouverts de dents en acier fraisé (pour les strates plus tendres) ou d'inserts en carbure de tungstène (TCI) (pour les roches moyennement dures à extrêmement dures).

La fonctionnalité du trépan tricône dépend entièrement de ses composants internes complexes, notamment un système de roulements (rouleaux, billes et paliers de frottement) et un système de lubrification étanche rempli de graisse, qui protège les roulements de l'environnement difficile du fond de puits. Cette complexité en fait un outil multifonctionnel, mais elle multiplie également les points de défaillance potentiels. L'usure des roulements et des joints est le principal facteur limitant sa durée de vie.

Différence de mécanisme de rupture de la roche

Foret PDC : l'efficacité du cisaillement

Les trépans PDC brisent les roches par une action continue de cisaillement ou de labourage. Sous l'action du poids sur le trépan (WOB) et du couple, les dents de coupe acérées du PDC entament la formation et avancent, provoquant la rupture de la roche sous l'effet de la contrainte de cisaillement. Ce processus génère des déblais importants et a une efficacité très élevée, ce qui permet d'atteindre un taux de pénétration (ROP) très élevé dans une formation homogène appropriée.

Trépanier : la force combinée du concassage, de l'impact et du broyage

Le trépan tricône adopte un mécanisme de rupture de la roche à actions multiples. Lorsque le trépan tourne, les cônes roulent au fond du puits. Les dents ou les inserts exercent une contrainte de contact extrêmement élevée, percutant et écrasant la roche qui se trouve sous eux. Lorsque les cônes continuent de tourner, un certain degré de raclage et de broyage se produit entre les dents et la roche, ce qui contribue à éliminer les crêtes rocheuses laissées entre les cratères d'impact initiaux. Cette combinaison "écrasement + broyage" rend le tricône très efficace pour forer dans des formations rocheuses dures, abrasives et hétérogènes, où le cisaillement pur est très inefficace.

Paramètres opérationnels et modes de défaillance contrastés

Les techniques d'utilisation de ces deux types de forets sont totalement différentes.

Paramètres de fonctionnement

• Les mèches PDC sont généralement plus performantes lorsque le poids sur mèche (WOB) est faible, que la vitesse de rotation (RPM) est élevée et que le débit est important afin d'assurer un refroidissement et un nettoyage efficaces des dents de coupe.
• Les tricônes, au contraire, sont conçus pour résister à des WOB plus élevés afin de maximiser leur effet de broyage et fonctionnent généralement à un régime inférieur pour protéger la durée de vie des roulements.

Modes de défaillance

• La défaillance des mèches en PDC est principalement liée aux dents de coupe et au corps de la mèche, y compris l'usure par abrasion, la dégradation thermique (surchauffe), les dommages dus aux chocs (écaillage ou fracture) et l'érosion de la matrice.
• Les modes de défaillance des tricônes sont plus variés et comprennent généralement l'usure ou la rupture des dents/inserts, la défaillance des roulements, la défaillance du joint (qui peut entraîner un "cône perdu") et l'érosion du corps du trépan. L'aspect le plus gênant du trépan en silicone est que tout problème au niveau de ses pièces mobiles peut mettre en danger l'ensemble du trépan et entraîner des opérations de pêche coûteuses.

Auteur：Leo

En tant qu'ingénieur de forage avec plus d'une décennie d'expérience pratique sur le terrain, j'ai passé d'innombrables heures à prendre la décision critique entre l'utilisation d'un trépan PDC ou d'un tricône. Ma passion est de démystifier les complexités de la technologie de forage et de partager des idées pratiques qui peuvent aider mes collègues professionnels à optimiser les performances et à réduire les coûts. Grâce à des articles comme celui-ci, j'espère traduire des principes d'ingénierie complexes en connaissances claires et exploitables qui permettent aux foreurs et aux ingénieurs de faire le meilleur choix en fonction des défis uniques qu'ils ont à relever dans les puits de forage.