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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'EXECUTION DE FORAGES DANS DES COUCHES QUI, DE PREFERENCE, NE CONTIENNENT PAS DE LIQUIDE.
Il existe des procédés de forage vertical dans lesquels on enfonce au moins un tube de forage muni à son extrémité antérieure d'un pilote ou tête de forage et l'on aspire de bas en haut les débris de forage par un tube d'éjection monté à l'intérieur du tube de forage. Par ce procédé, on fait sortir du pilote vers l'extérieur le liquide sous. pression en jets dirigés vers l'avant et vers l'arrière. Ces jets n'exercent leur action que sur la surface de contact du manchon conique de la tête de forage et doivent améliorer 1'éjection. Les tuyères dirigées vers l'avant se trouvent toutes au voisinage de l'axe de la tête de forage.
L'opération de forage proprement dite s'effectue du fait que la matière se trouve refoulée sur le côté, grâce à la forme conique de la tête de forage, par suite de l'enfoncement de cette dernière ''-Ce procédé connu par refoulement ne peut être appliqué que dans les terrains sablonneux.
.Avec le procédé conforme à l'invention., qui trouve son appli- cation dans les forages horizontaux et inclinés, on utilise aussi des 'jets dirigés vers l'avant, mais ceux-ci servent à découper et à disloquer une couche à texture compacte placée devant le pilote sur un espace qui correspond au moins à la plus grande partie de la section maximum du pilote, tout en poussant le pilote dans la cavité qui- se forme par suite de la dislocation et de L'évacuation des boues de forage.
Avec le procédé de forage par jets conforme à l'invention, iL en est tout autrement qu'avec le procédé par refoulement évoqué ci-dessus, car on peut en effet exécuter des forages dans des couches à texture compacte,qui de préférence ne contiennent pas d'eau, comme par exemple dans du limon, de la tourbe à longues fibres, du calcaire, de la craie, du bols, etc...
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné
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à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant.. bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 est une représentation schématique de l'installation.
La fig. 2 est une coupe axiale du pilote avec les éléments de l'installation raccordés directement avec lui.
La fig. 3 représente, vues d'en haut, les pièces indiquées sur la tige 2.
La Fig. 4 représente le pilote, vu en plan.
La fig. 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la fig. 2.
La fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 2.
La fig. 7 est une coupe axiale d'une tuyère de jet et de celle des pièces avoisinant le carter du pilote.
Les tige 8 et 9 montrent sous une forme schématique les directions des jets d'eau sous pression sortant des tuyères du pilote.
Les fig. 10 et 11 montrent le détail de variantes du pilote.
Dans la couche 1, limoneuse par exemple, un puits 2 a été foncé. Celui-ci comporte, non loin de son radier 3, une ouverture ménagée dans sa parois par laquelle passe un tube de forage 5, à l'extrémité extérieure duquel est raccordé un pilote 6. Le tube de forage-5,. composé de plusieurs tubes élémentaires est assemblé au moyen d'un manchon d'accouplement 7 à une presse hydraulique 8 dont les raccords aux conduites sous pression sont indiqués par les chiffres 9 et 10. A l'intérieur du tube 5 passent un tube d'éjection 11, un tube de pression 12 pour l'amenée de l'eau sous pression au pilote 6 et une conduite 13 pour l'amenée du liquide lubrifiant. Le tube d'éjection 11 débouche dans le puits 2 et les boues de forage qui en sortent sont rejetées à 1'extérieur,. au moyen- de la pompe 14, par la conduite sous pression 15.
Le tube- de pression 12 communique par une conduite 16 avec une pompe 17, et-le tube 13 par une conduite 18 à une pompe 19.
Le pilote 6 comporte un carter 20 moulé ou soudé, dont la partie antérieure, au-dessus du tube d'éjection 11, a la forme d'un toit qui va en se rétrécissant vers l'avant et dont les pentes sont désignées par 21. Le tube d'éjection. 11 est soudé par son extrémité antérieure au carter 20 du pilote ou relié de toute autre manière à celui-ci. Le carter du pilote comporte un orifice d'entrée 22 devant le tube d'éjection 11.
Le tube de pression 12 pour l'eau sous pression débouche dans une chambre de pression 23 du.pilote, ladite chambre étant fermée vers l'arrière par une paroi 24 à travers laquelle passe le tube d'éjection 11. La conduite 13 de lubrifiant liquide débouche dans une deuxième chambre de pression 25, formée par les parois 24 et 26. Un tube de guidage 27 est fixé sur la paroi 26 pour le tube de forage 5.
Des orifices de sortie 28 sont disposés dans la paroi 26 de manière à déboucher de la chambre de pression 25 sur la surface extérieure du tube de forage 5. On pourrait également supprimer la chambre de pression 25 et prévoir, pour la sortie du liquide lubrifiant, des évidements radiaux. s'ouvrant directement dans le tube de forage 5. Le tube de forage 5 n'est assemblé au pilote 6, pendant- le forage, que par une liaison à emboîtement, de telle sorte que le pilote 6 reste en place quand le tube. de forage 5 est retiré.
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Sur les pentes 21 du pilote 6, quelques tuyères de jet 29 diri- gées vers l'avant, sont disposées de telle manière que les jets qui en sor- tent, se rencontrent., comme le montrent les figures 8 et 9, en un point 36. en vue d'augmenter l'effet de jet. Sur le dessin, trois tuyères sont disposées par pente 21. Mais il pourrait y en avoir davantage ou moins. Une autre tuyè- de de jet 30, dirigée vers l'avant, est montée à l'extrémité antérieure du sommet du toit du pilote 6. En outre, une autre tuyère de jet 31 dirigée vers l'avant, est disposée à la pointe du pilote, en dessous du tube d'éjec- tion 11. Au lieu de plusieurs tuyères de jet dirigées vers l'avant, on pour- rait n'en prévoir également qu'une seule en tout. si cela suffisait.
Dans la paroi du tube d'éjection 11, sont montées trois tuyères 32, dirigées vers l'arrière. Il pourrait y en avoir davantage ou moins que trois.
Toutes les tuyères de 29 à 32 sont vissées, ainsi que le fait ressortir la fig. 7, dans des surépaisseurs 33 du carter 20 du pilote ou de la paroi du tube d'éjection. Elles peuvent donc être facilement remplacées. Les surépaisseurs 33 peuvent être constituées par des oeils coulés ou soudés.
Ainsi que le montrent les fig. 10 et 11, dans une autre forme d'exécution, à la partie inférieure du pilote 6, est fixée une cuillère plate 34 dont la surface inférieure se raccorde avec l'arête inférieure du pilote. Pour obtenir un bon guidage du pilote., des ailes plates de guidage latérales 35 (en pointillés sur la fig. 0 Il) peuvent être prévues sur ce dernier.
Avec le dispositif représenté, le procédé conforme à l'invention peut être exécuté, par exemple, comme suit.
Supposons que le pilote et le tube de forage se trouvent déjà dans la position représentée sur la fige 1.
Ils sont par conséquent déjà enfoncés en partie dans la--couche 1. La pompe 17 refoule, par la conduite 16 et le tube de pression 12, dans la chambre de pression 23 du pilote, de l'eau ou tout autre liquide, sous une pression de 25 atmosphères par exemple. La pression qui s'établit, dépend des propriétés de la couche ou des couches traversées et peut être, par exemple, de 100 atmosphères, sinon plus. Cette eau sous pression s'écoule de la chambre de pression 23 par les tuyères de jet 29. 30 et 31 dirigées vers l'avant en des jets ayant une énergie cinétique très grande, qui se rencontrent alors au moins dans le voisinage du point 36 de la figure 8 ou de la figure 9 Les jets ont un effet tranchant et détruisent la cohésion de la partie de la couche 1 se trouvant devant le pilote 6.
Les boues de forage sont entraînées, par l'eau provenant des jets, à travers le tube d'éjection 11 dans le puits 2 où elles sont aspirées par la pompe 14. Etant donné que, de la chambre de pression 23. sortent par les tuyères 32, des jets très puissants qui pénètrent d'avant en arrière dans le tube d'éjection, l'action de l'éjection est considérablement augmentée. Lorsque les jets ont disloqué la partie de la couche qui leur est accessible, le tube de forage 5 est poussé en avant, avec le pilote 6, par la presse hydraulique 8 pour rapprocher les jets d'eau et le tube d'éjection 11 de la nouvelle partie de la couche à disloquer, après quoi s'effectue la dislocation de cette partie de la couche.
L'enfoncement du pilote est répété jusqu'à ce que le forage soit terminé. Le liquide lubrifiant -liquide thixotropique par exemple-4 débité par la pompe 19 et sortant de la chambre de pression 25 par les orifices 28 le long de la paroi extérieure du tube de forage 5, diminue le frottement entre le tube- 5 et la couche environnante. Le pilote est, de préférence construit de telle manière (longueur suffisante et toutes les tuyères disposées à l'intérieur du diamètre maximum du pilota qu'il forme avec les matières qui l'entourent, un bouchon étanche qui empêche pratiquement d'une manière suffisante @' écoulement du lubrifiant vers l'avant.
Si l'on travaille avec un pilote muni, conformément aux fig.
10 et 11, d'une cuillère 34. l'amenée des boues de forage dans le tube
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d'éjection 11, se trouve améliorée par cette cuillère. La cuillère 34 peut, en même temps, servir au guidage du pilote.
L'orifice 22 peut être choisi plus petit que celui représenté sur le dessin. bêla empêche que de grosses pierres ne pénètrent dans le tube d'éjection 11 et bouchent celui-ci.
Au lieu de disposer les tuyères de jet 29 à 31 de telle manière que les jets convergent, on peut choisir des axes de tuyères parallèles les uns aux autres. de manière à produire des jets parallèles.
On peut communiquer aux jets sortant vers l'avant une rotation permettant de découper les boues de forage., par exemple, le long d'une surface cylindrique ou conique. On peut produire., par exemple, cette rotation en montant les tuyères sur une pièce rotative.
La pression du fluide à amener dans les tuyères de jet 29 à 31, peut être choisie de manière que même les couches de roches dures ou le bois puissant être disloqués par les jets.
Dans certains cas, on peut utiliser, au lieu d'eau sous pression, un gaz comprimé., comme par exemple, de l'air comprimé. Et ce, en particulier., lorsque la couche forée n'est pas tout à fait sèche.
Le procédé décrit peut également être exécuté par télescopage.
On peut également adjoindre aux jets liquides ou gazeux sortant des tuyères 29 à 31, en vue d'accroître l'action de dislocation des jets. des matières granuleuses, telles que, par exemple, du sable ou du quartz.
Au lieu d'exécuter le forage à partir d'un puits, on peut l'effectuer à partir de la surface supérieure du terrain dans une direction quelconque.
Au lieu de prévoir les tuyères 32 fournissant un jet dirigé vers l'arrière dans le tube d'éjection., on peut prévoir, comme organe de transport dans le tube d'éjection., un transporteur à via sans fin.
Le procédé décrit convient particulièrement. mais non exclusivement, aux forages et aux installations de conduites sous les neuves... les bâtiments et autres constructions etc... Par, ce procédé, on peut exécuter des forages de toute dimension (largeur libre). par conséquent aussi des galeries de mines.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent, d'être décrits.. notamment par substitution de- moyens techniques équivalents. sans. qae- l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS.
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PROCESS AND DEVICE FOR EXECUTING DRILLING IN LAYERS WHICH PREFERREDLY DO NOT CONTAIN LIQUID.
There are vertical drilling methods in which at least one drill pipe provided at its front end with a pilot or drill head is inserted and the drill cuttings are sucked up from the bottom up through a mounted ejection pipe. inside the drill pipe. By this process, the liquid under is made to exit from the pilot to the outside. pressure in jets directed forwards and backwards. These jets only exert their action on the contact surface of the conical sleeve of the drill head and are intended to improve ejection. The forward facing nozzles are all located near the axis of the drill head.
The actual drilling operation is carried out due to the fact that the material is forced to the side, thanks to the conical shape of the drilling head, as a result of the depression of the latter '' - This known method by upsetting can only be applied in sandy soils.
With the process according to the invention, which finds its application in horizontal and inclined boreholes, forward directed jets are also used, but these serve to cut and dislodge a textured layer. compact placed in front of the pilot over a space which corresponds at least to the greater part of the maximum section of the pilot, while pushing the pilot into the cavity which forms as a result of the dislocation and discharge of the drilling mud .
With the method of drilling by jets according to the invention, it is quite different from the method by upsetting mentioned above, since it is in fact possible to carry out drilling in layers with a compact texture, which preferably do not contain no water, such as in silt, long-fiber peat, limestone, chalk, bowls, etc.
The description which will follow with regard to the appended drawing, given
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by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text forming, of course, part of said invention.
Fig. 1 is a schematic representation of the installation.
Fig. 2 is an axial section of the pilot with the elements of the installation connected directly to it.
Fig. 3 shows, seen from above, the parts indicated on rod 2.
Fig. 4 represents the pilot, seen in plan.
Fig. 5 is a section taken along the line V-V of FIG. 2.
Fig. 6 is a section taken along line VI-VI of FIG. 2.
Fig. 7 is an axial section through a jet nozzle and that of the parts adjoining the pilot housing.
The rods 8 and 9 show in schematic form the directions of the pressurized water jets leaving the pilot nozzles.
Figs. 10 and 11 show the detail of variants of the pilot.
In layer 1, silty for example, a well 2 was darkened. This comprises, not far from its base 3, an opening in its wall through which passes a drilling tube 5, to the outer end of which is connected a pilot 6. The drilling tube-5 ,. composed of several elementary tubes is assembled by means of a coupling sleeve 7 to a hydraulic press 8 whose connections to the pressure pipes are indicated by the numbers 9 and 10. Inside the tube 5 pass a tube of ejection 11, a pressure tube 12 for supplying pressurized water to the pilot 6 and a pipe 13 for supplying the lubricating liquid. The ejection tube 11 opens into the well 2 and the drilling mud which comes out is discharged to the exterior. by means of the pump 14, through the pressure line 15.
The pressure tube 12 communicates via a line 16 with a pump 17, and the tube 13 via a line 18 with a pump 19.
The pilot 6 comprises a casing 20 molded or welded, the front part of which, above the ejection tube 11, has the shape of a roof which tapers towards the front and the slopes of which are designated by 21 The ejection tube. 11 is welded by its front end to the casing 20 of the pilot or connected in any other way to the latter. The pilot housing has an inlet 22 in front of the ejection tube 11.
The pressure tube 12 for pressurized water opens into a pressure chamber 23 of the pilot, said chamber being closed towards the rear by a wall 24 through which passes the ejection tube 11. The lubricant pipe 13 liquid opens into a second pressure chamber 25, formed by the walls 24 and 26. A guide tube 27 is fixed on the wall 26 for the drilling tube 5.
Outlet orifices 28 are arranged in the wall 26 so as to open out from the pressure chamber 25 on the outer surface of the drilling tube 5. The pressure chamber 25 could also be omitted and provide, for the outlet of the lubricating liquid, radial recesses. opening directly into the drill pipe 5. The drill pipe 5 is only assembled to the pilot 6, during drilling, by an interlocking connection, so that the pilot 6 remains in place when the pipe. drill hole 5 is removed.
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On the slopes 21 of the pilot 6, a few jet nozzles 29 directed towards the front, are arranged in such a way that the jets which come out of them, meet., As shown in figures 8 and 9, in one point 36. in order to increase the jet effect. In the drawing, three nozzles are arranged by slope 21. But there could be more or less. Another forward-facing jet nozzle 30 is mounted at the anterior end of the top of the roof of the pilot 6. Further, another forward-facing jet nozzle 31 is disposed at the tip. of the pilot, below the ejection tube 11. Instead of several jet nozzles directed towards the front, one could also provide only one in all. if that was enough.
In the wall of the ejection tube 11, are mounted three nozzles 32, directed towards the rear. There could be more or less than three.
All nozzles from 29 to 32 are screwed in, as shown in fig. 7, in the thicknesses 33 of the casing 20 of the pilot or of the wall of the ejection tube. They can therefore be easily replaced. The extra thicknesses 33 can be formed by cast or welded eyes.
As shown in Figs. 10 and 11, in another embodiment, to the lower part of the pilot 6, is fixed a flat spoon 34, the lower surface of which connects with the lower ridge of the pilot. To obtain good guidance for the pilot, flat lateral guide wings 35 (in dotted lines in FIG. 0 II) can be provided on the latter.
With the device shown, the method according to the invention can be carried out, for example, as follows.
Suppose the pilot and the drill pipe are already in the position shown in fig 1.
They are therefore already partially embedded in the layer 1. The pump 17 delivers, through the pipe 16 and the pressure tube 12, into the pressure chamber 23 of the pilot, water or any other liquid, under a pressure of 25 atmospheres for example. The pressure which is established depends on the properties of the layer or layers crossed and can be, for example, 100 atmospheres, if not more. This pressurized water flows from the pressure chamber 23 through the jet nozzles 29. 30 and 31 directed forward in jets having a very high kinetic energy, which then meet at least in the vicinity of the point 36 of Figure 8 or Figure 9 The jets have a cutting effect and destroy the cohesion of the part of layer 1 located in front of pilot 6.
The drilling muds are entrained, by the water coming from the jets, through the ejection tube 11 in the well 2 where they are sucked by the pump 14. Since, from the pressure chamber 23. exit through the Nozzles 32, very powerful jets which penetrate back and forth in the ejection tube, the ejection action is considerably increased. When the jets have dislocated the part of the layer which is accessible to them, the drilling tube 5 is pushed forward, with the pilot 6, by the hydraulic press 8 to bring the water jets and the ejection tube 11 closer together. the new part of the layer to be dislocated, after which the dislocation of this part of the layer takes place.
The pilot depression is repeated until the drilling is complete. The lubricating liquid -thixotropic liquid for example-4 delivered by the pump 19 and leaving the pressure chamber 25 through the orifices 28 along the outer wall of the drilling tube 5, reduces the friction between the tube- 5 and the layer surrounding. The pilot is, preferably constructed in such a way (sufficient length and all the nozzles arranged inside the maximum diameter of the pilot that it forms with the materials which surround it, a tight plug which practically prevents in a sufficient way @ 'flow of lubricant forward.
If you work with a pilot equipped, in accordance with fig.
10 and 11, with a spoon 34. feeding the drilling mud into the tube
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ejection 11, is improved by this spoon. The spoon 34 can, at the same time, serve to guide the pilot.
The orifice 22 can be chosen smaller than that shown in the drawing. bla prevents large stones from entering the ejection tube 11 and blocking the latter.
Instead of arranging the jet nozzles 29 to 31 such that the jets converge, it is possible to choose axes of the nozzles parallel to each other. so as to produce parallel jets.
The forward jets may be rotated to cut the drilling muds, for example, along a cylindrical or conical surface. This rotation can be produced, for example, by mounting the nozzles on a rotating part.
The pressure of the fluid to be brought into the jet nozzles 29 to 31, can be chosen so that even the layers of hard rock or strong wood are dislocated by the jets.
In some cases, instead of pressurized water, a compressed gas can be used, such as, for example, compressed air. This is particularly true when the drilled layer is not quite dry.
The method described can also be carried out by telescoping.
It is also possible to add to the liquid or gaseous jets leaving the nozzles 29 to 31, in order to increase the dislocation action of the jets. granular materials, such as, for example, sand or quartz.
Instead of drilling from a well, it can be done from the top surface of the land in any direction.
Instead of providing the nozzles 32 providing a jet directed towards the rear in the ejection tube., It is possible to provide, as a transport member in the ejection tube., An endless via conveyor.
The method described is particularly suitable. but not exclusively, to the boreholes and to the installations of conduits under the new ones ... the buildings and other constructions etc ... By, this process, one can carry out holes of any dimension (free width). therefore also mine galleries.
It goes without saying that modifications can be made to the embodiments which have just been described, in particular by substitution of equivalent technical means. without. qae- this is outside the scope of the present invention.
CLAIMS.
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