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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR FAIRE AVANCER DES TUBES DANS DES FORMATIONS
SOUTERRAINES.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour faire avancer des tubes spécialement mais non exclusivement dans des formations souterraines contenant des liquides et/ou des gaz, et dans lesquels on fait avancer d'abord au moins un tube de grand diamètre dans la forma- tipn jusqu'à une certaine longueur après quoi on fait avancer au moins un tube de diamètre inférieure introduit dans le tube de grand diamètre, ce dernier restant au repos pendant cette seconde opération.
Des procédés de ce genre sont déjà connus et sont appelés procédés télescopiques. Ils ont été employés jusqu'à présent pour faire des forages ou puits verticaux et ont été mis en oeuvre de la manière suivante: Tout d'abord on fait avancer un corps tubulaire de grand diamètre avec son extrémité antérieure ouverte? et l'on enlève la matière de l'intérieur du corps au moyen de pompes à gravier ou d'autres moyens connue.,Après avoir fait descendre le premier corps. on introduit un autre corps tubulaire de diamètre plus petit dans le premier et l'on fait ensuite avancer ce second corps tubulaire dans le sol avec son extrémité antérieure ouverte de la même façon que pour le premier corps.
Ces anciens procédés télescopiques pouvaient être employés seulement pour faire des forages verticaux ou légèrement inclinés par rapport à la verticale. Jusqu'à présenta il n'était pas possible de faire avancer des tubes par télescopage dans une direction horizontale ou légèrement inclinée par rapport à l'horizontale car la matière serait entrée de façon incontrôlable dans les extrémités antérieures des tubes ouvertes sur toute leur section, non seulement dans le tube intérieur mais encore dans l' espace compris entre les deux tubes disposés télescopiquement.
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L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
A cet effets on transmet la force d'avancement exercée sur les tubes à une tête de forage commune prévue à leur extrémité antérieure. Ceci rend possible l'emploi des procédés télescopiques pour des forages horizontaux ou inclinés.
La tête de forage peut être formée d'une seule partie ou de deux ou plusieurs parties mobiles les unes par rapport aux autres.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemple, comment le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre.
La fig. 1 est une coupe axiale à travers une tête de forages deux tubes disposés télescopiquement et supportés par la tête de forage et une tubulure de balayage reliée à un canal de la tête.
La fig. 2 est une coupe analogue à la fig. 1 à travers une tête de forage pour télescopage triple avec trois tubes disposés télescopiquement.
La fig. 3 est une coupe axiale à travers une autre tête de forage dont les tubes respectifs sont prévus pour un double télescopage.
La fig. 4 montre une tête de forage en deux parties pour double télescopage.
La figo 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe axiale à travers une tète de forage en trois parties pour triple télescopage avec trois tubes disposés télescopiquement.
La fig. 7 est une coupe axiale à travers une tête de forage en deux parties dont la partie intérieure est disposée excentriquement par rapport à la partie extérieure et dont l'extrémité antérieure a une forme spéciale.
La tète de forage ou pilote 1 en une pièce de la fig. 1 présente un collet 2 à sont extrémité intérieure et un canal central 3 reliant les ouvertures 4 avec la tubulure de balayage 5Cette dernière peut être reliée de toute façon connue avec la tête 1 et conduit par exemple à 1' intérieur d'un puits vertical non représenté, à partir duquel les tubes 6 et 7 doivent être poussés horizontalement dans une formation souterraine telle que par exemple une couche aquifère entourant le puits. Un procédé pour faire avancer des tubes horizontaux sans télescopage est par exemple montré dans le brevet américain n 2 550 408.
A la fig. 1 l'extrémité antérieure du tube extérieur 6 appuie contre la face 8 du collet 2 et le tube intérieur 7 introduit dans le tube 6 est supporté par l'épaulement 9 de la tête de forage 1, le collet 2 servant à guider le tube 7.
L'espace compris entre les tubes 6 et 7 disposés télescopiquement est obturé de façon étanche par un joint 10, placé immédiatement derrière la tête 1, de sorte qu'aucune matière solide ou fluide provenant de la couche de terrain ne peut entrer dans cet espace. L'obturation peut aussi être obtenue en injectant un fluide sous pression (eau, huile, pétrole).
A l'aide des moyens montrés à la fig. 1. le nouveau procédé peut être par exemple mis en oeuvre comme suit:
A l'intérieur du puits vertical (non représenté) on dispose télescopiquement des tubes 6 et 7 dont la longueur dépend du diamètre du puits vertical et de la longueur d'une presse de commande placée dans
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le puits. Ensuite.,, ces tubes sont appuyés contre la tête 1 de la manière montrée à la fig 1. La tête de forage est placée devant un trou du puits vertical qui est momentanément fermé par un bouchon de bois par exemple, comme décrit dans le brevet américain n 2 550 408.
Maintenant une pression d'avancement est fournie par la presse sur l'extrémité intérieure des deux tubes 6 et 7, de sorte que tout d'a- bord le bouchon de bois (non représenté) est chassée et qu'ensuite les tubes
6 et 7 et la tête de forage 1 sont poussés dans la formation souterraine entourant le puits.
Lors de cette avance,,, la matière pénétrant par les ouvertures 4 est évacuée par la tubulure de balayage 5 et conduite à l'intérieur du puits. Cette évacuation peut, par exemple,, être obtenue par la pression statique du fluide (eau ou huile brute) dans le terrain ou par l'action d'un fluide de balayage tel que de l'eau. Chaque fois qu'une paire de tubes 6. 7 a été avancée,, d'autres tubes 6 et 7 sont réunis dans le puits aux tubes qui ont déjà avancé.
Cette jonction peut par exemple se faire en vissant en- semble les différents tronçonso Ensuite, on fait avancer au moyen de la presse (non représentée) les nouveaux tronçons de tubeso Lorsque, après une certaine longueur,le frottement entre la surface extérieure du tube
6 et le terrain est devenu si fort qu'on ne peut plus avancer ou que 1' avancement n'est plus rentable, on laisse immobile le tube extérieur 6 et que l'on n'applique la pression de la presse qu'au tube intérieur 7, de sorte que seul ce dernier continue d'avancer. De cette façon, le frottement est éliminé sur la longueur dont a avancé le tube extérieur 6.
La tête de forage 1 se déplace maintenant en avant seulement sous l'effet de la pression du tube intérieur 7, tandis que l'espace compris entre le tube extérieur immobile 6 et le tube intérieur mobile 7 est obturé par le joint 10. ce qui empêche toute pénétration dans cet espace de matière liquide et solide provenant du terrain.
Comme cela ressort de la description qui précède, les tubes intérieur et extérieur ont une tête de forage commune.
Si les tubes doivent être retirés du terrain, on procède de façon inverse en abandonnant la tête de forage.
Le procédé peut aussi être exécuté de la façon suivante:
On réunit d9abord ensemble dans le puits des tronçons du tube extérieur 6 que l'on fait avancer dans le terrain avec la tête de forage jusqu'à ce qu'on ait atteint une certaine longueur. Seulement ensuite, on introduit des tronçons réunis du tube intérieur 7 dans le tube extérieur 6. jusqu'à ce que l'extrémité antérieure du tube 7 bute contre l'épaulement 9 de la tête 1, après quoi seuls le tube intérieur 7 et la tête 1 sont poussés en avant par la presse disposée dans le puits en laissant le tube 6 immobile. Si les tubes doivent être retirés on procède de la façon inverse, et l'on abandonne la tête de forage dans le sol.
On a décrit plus haut un procédé de double télescopage.
La fig. 2 montre une installation prévue pour un triple télescopage.
La tête de forage 1 en une seule --pièce montrée à la fig. 2 présente un collet axial 2 et deux épaulements 11 et 12. Le tube extérieur 6 appuie contre le collet 2, tandis que les tubes médian et extérieur 7 et 13 sont supportés par les épaulements 11 et 12 respectivement. Les autres parties de la tête de forage sont semblables à celles de la fige 1 et le procédé peut être mis en oeuvre de la même façon que dans les deux exemples décrits plus haut (double télescopage) avec la différence avoir fait avancer le tube 7 sur une certaine longueur,, le tube intérieur 13 est seul poussé en avant avec la tête 1. Ici également, la tête de forage 1 est commune aux trois tubes 6, 7 et 13.
En plus du joint 10 placé entre les tubes 6 et 7, un autre joint 14 est prévu entre les tubes 7 et 13, de sor-
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te que l'espace compris entre les tubes 7 et 13 est également obturé, ce qui empêche toute pénétration de matière fluide et solide.
Le dispositif montré à la fig. 3 ne se distingue de celui de la fig. 1 que par l'omission du collet 2 et par la présence de deux épaulements annulaires 15 et 16 servant à supporter respectivement les tubes 6 et 7.
Ce dispositif permet également de mettre en oeuvre le procédé de l'une ou l'autre des deux façons décrites en regard de la fig. 1.
La fig. 4 montre un dispositif pour double télescopage comprenant une tête de forage 1 en deux parties. La partie intérieure 17 de la tête 1 comprend le canal 3 et les ouvertures 4. La tubulure de balayage 5 est reliée à la partie intérieure 17 ayant un épaulement annulaire 18 pour supporter le tube intérieur 7. La partie extérieure 19 de la tête de forage 1 peut être déplacée par rapport à la partie 17 et est fixée à 1' extrémité antérieure du tube 6. Elle pourrait cependant également être libre par rapport au tube 6. La face terminale 20 de la partie extérieure 19 est conique et a le même angle d'ouverture que la surface conique 21 de la partie 17. La partie 19 a un rebord intérieur 22 qui est destiné à s' appuyer contre l'épaulement 18 de la partie 17 lors de l'avance du tube 6.
Ici également un joint 10 est prévu entre les tubes 6 et 7 dans le même but que dans les exemples précédents.
Le dispositif de la fig. 4 permet de mettre en oeuvre le procédé de l'une ou l'autre des deux façons décrites en regard de la fig. 1.
Ainsi.. on peut ou bien faire avancer d'abord les tubes 6 et 7 ensemble. ou bien pousser d'abord seulement le tube 6 et ensuite introduire le-tube 7 jusqu'à ce qu'il bute contre l'épaulement 18. Lorsqu'on fait avancer le tube intérieur 7 seul, le rebord 22 du tube 6 qui reste alors immobile sert de guidage au tube intérieur 7.
Le dispositif de la fig. 6 a une tête de forage 1 en trois parties, pour un télescopage triple avec les tubes 6, 7 et 13 et la tubulure de balayage 5. La partie intérieure 17 de la tête de forage est conformée à peu près de la même manière que la partie correspondante de la f ig.
4. Elle a un épaulement 18., un canal 3 et des ouvertures 4. La partie médiane 23 de la tête de forage est reliée à l'extrémité antérieure du tube 7. et présente une surface extérieure conique 24 dont l'angle d'ouverture aortespond à celui de la surface 21 de la partie 17. L'extrémité antérieure du tube 13 et celle de la partie 23 sont destinées à s'appuyer contre l'épaulement 18 lorsque les tubes 7 et 13 avancent.
La troisième partie 25. extérieure, de la tête de forage est fixée à l'extrémité antérieure du tube extérieur 6 et sa surface extérieure conique 26 forme la continuation des surfaces 21 et 24. La face terminale de la partie 25 est destinée à s'appuyer contre l'épaulement 27 de la partie 23 lorsque le tube 6 avance. Entre les tubes 6 et 7 et les tubes 7 et 13 sont''prévus respectivement des joints 10 et 14. Selon une variante, les parties 23 et 25 peuvent être montées folles par rapport aux tubes 6 et 7 respectivement.
Lorsque, en avançant, le tube 6 de la fig. 6 a atteint la longueur désirée., on fait avancer soit le tube 13 seul, soit les tubes 7 et 13 ensemble., la partie 25 de la tête de forage servant à guider le tube 7. Après la fin de l'avance du tube 7. le tube 13 est avancé seul avec la partie intérieure 17 le tube 13 étant guidé par la partie 23.
La tête de forage de la fig. 7 est aussi faite en deux parties, comme la tête montrée à la fig. 4. mais s'en distingue par les caractères suivants: La partie intérieure 28 est disposée excentriquement par rapport à la partie extérieure 29. Cette dernière est fixée à l'extrémité antérieure du tube 6 et peut être en une pièce avec lui. Elle pourrait cependant également être montée folle sur le tube 6. Le canal 3 auquel est reliée la
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tubulure de balayage 5 est légèrement incliné vers le bas dans la direction de son extrémité antérieure.
La partie 30 de l'extrémité antérieure du canal 3 est plus longue que la partie 31 de cette extrémité antérieure. Par conséquent, il y a dans l'ex- trémité antérieure du canal 3 de la matière meuble provenant du terrain. matière qui., lorsque les tubes avancent, facilite une déviation de la tête de forage vers la partie plus courte 31. c'est-à-dire vers le haut de la fig. 7. De cette façon toute tendance de la tête de forage à dévier vers le bas peut être empêchée. Tandis que la partie 32 de la surface exté- rieure de la partie 28 est alignée avec le tube 6. la partie opposée 33 de ladite surface extérieure est inclinée vers le bas dans la direction de 1' extrémité antérieure.
Quand, par exemple,la tète de :forage,,, pour une certaine pression d'avance- ment et en raison de la longue partie inférieure 30, tend à dévier de fa- çon indue vers le haut. la pression d'avancement augmente jusqu'à ce que l'augmentation de pression provenant du terrain sur la surface extérieure 33 soit assez grande pour contre-balancer suffisamment la tendance de la tête à dévier vers le haut. Si., au contraire. la pression sur la surface extérieure 33 est trop grande, la pression d'avencement diminue jusqu'à ce que les effets de la pression sur la surface 33 et de la longueur partie 30 soient dans la relation mutuelle désirée. Ici également un joint 34 est prévu entre les deux tubes 6 et 7. Les termes "haut" et "bas" employés ci-dessus se rapportent à la position de la fig. 7 dans le dessin.
Les parties 30 à 33 peuvent naturellement être tournées de 180 ou de tout autre angle. Avec les moyens représentés à la fig. 7, le procédé peut être mis en oeuvre de la même manière qu'avec le dispositif de la fig. 1. On peut aussi employer un télescopage plus que triple en modifiant la tête de la fig. 7 de façon correspondante.
Le procédé peut être employé pour exécuter des forages horizontaux, obliques ou verticaux. On peut l'utiliser par exemple pour faire des installations de captage d'eau telles que des puits ou pour abaisser le niveau des eaux souterraines (brevet américain n 2 550 408). pour l'établis- sement de siphons, la mise en place de canalisations d'eau et de gaz, la pose de câbles, etc. au-dessous de rues, bâtiments, chemins de fer, rivières, etc., pour faire des forages verticaux ou obliques dans le but de sonder le sol ou d'en extraire de l'eau, de l'huile brute, du gaz naturel, etc.
Dans le cas de forages verticaux ou obliques dans des couches de terrain contenant des liquides (eau, huile. etc.), l'évacuation de la matière peut être obtenue par exemple en abaissant artificiellement la pression du liquide dans la tubulure de balayage. Le procédé peut aussi être employé dans des terrains ne contenant ni liquide ni gaz.
:Au lieu de prévoir les joints 10, 14, 34 immédiatement derrière la tête de forage., on peut aussi les disposer en d'autres endroits entre les tubes, par exemple dans le puits (ou dans son voisinage). à partir duquel on fait avancer les tubes.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour faire avancer des tubes disposés télescopiquement dans une formation souterraine., dans lequel on fait d'abord avancer au moins un tube de grand diamètre dans la formation jusqu'à une certaine longueur, après quoi on fait avancer au moins un tube de diamètre inférieur introduit dans le tube de grand diamètre.. ce dernier restant au repos pendant cette seconde opération, caractérisé en ce qu'on transmet la force d'avancement exercée sur les tubes à une tête de forage commune prévue à leur extrémité antérieure.