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La présente invention est relative à des dispositifs nouveaux et avantageux pour appareils de forage à mouton porté par un câble, et plus particulièrement à ce type d'appareils de forage actionnés par un fluide, de préférence au moyen d'un fluide hydraulique.
Ces appareils de forage sont per se bien connus.
Dans ces appareils de forage, un câble (ou une corde) quitte un tambour de treuil disposé sur le bâti principal et passe sur ou sous une ou plusieurs poulies à gorge dont l'une est généralement disposée à la par- tie supérieure d'une chèvre ; en quittant cette dernière poulie, le câble descend verticalement dans le trou en cours de forage dans le sol. A l'ex- trémité inférieure du câble ou corde est fixé un mouton portant l'outil de forage et se terminant par un trépan à percussion. L'une des poulies à gor- ge, sur ou sous laquelle passe le câble, est susceptible d'être déplacée en va-et-vient par un dispositif approprié qui lui est associé (par exemple un ensemble hydraulique à cylindre et piston) et qui soulève et laisse tomber le trépan rapidement et alternativement en vue de forer le trou.
A mesure que le trou augmente de profondeur, il est nécessaire que le tambour du treuil tourne de manière à laisser filer du câble. Autre- fois, on effectuait ce dévidage par l'un des quatre procédés suivants: (1) par une commande temporisée déterminant le déroulement constant ou in- termittent du treuil simplement en fonction de l'écoulement du temps ; (2) sans dispositif automatique, l'utilisateur actionnant volontairement le treuil chaque fois qu'il était nécessaire de laisser filer du câble; (3) par un dispositif fonctionnant sous l'effet de chocs, dans lequel un frein est monté sur le treuil, de manière à patiner sous l'effet d'un couple prédéterminée ce qui fait que le choc des outils de forage, lorsqu'ils tombent sans heurter le fond du trou, a pour effet de laisser filer une très petite longueur de câble;
(4) un dispositif automatique positif dans lequel, en réponse à la traction qui augmente chaque fois que les outils de forage tombent sans heurter le fond du trou, le treuil est cinématiquement entraîné de manière à tourner d'un degré de rotation prédéterminé, pour laisser filer une longueur prédéterminée de câble.
Le procédé 1 était nettement défectueux, sauf dans le cas d'un. forage très uniforme et très régulière Le procédé 2 exigeait trop d'attention de la part du conducteur. Le procédé 3 exigeait un réglage trop précis du frein, car le réglage convenable était trop soumis à diverses conditions variables, par exemple l'état de l'atmosphère, le graissage, etc... et il exigeait en outre que soit maintenu ce réglage précis. Bien que le procédé 4 ait donné toute satisfaction sa complication et les frais qu'il entraînait suffisaient à justifier la nécessité de réaliser un mécanisme fonctionnant en va-et-vient, moins compliqué et moins coûteux.
En conséquence, la présente invention a principalement pour objet un dispositif d'avance du câble, qui fait filer une longueur de câble nécessaire et au moment voulu, et qui ne présente aucun des inconvénients ci-dessus.
On n'utilise dans la présente invention aucun des procédés précités. A leur place, on tire profit de certaines caractéristiques propres au type particulier de battage hydraulique mis en oeuvre dans l'appareil de forage pour l'utilisation à laquelle le dispositif d'avance du câble était destiné. Dans cet appareil de forage, le mécanisme de battage, actionné hydrauliquement au cours de chaque chute du trépan, est automatiquement inversé (de manière à lever le trépan) juste avant que le trépan atteigne le point le plus bas de sa chute. Il en résulte la création d'une contre-pression dans le circuit hydraulique qui aboutit au moteur de battage. A mesure que la profondeur du trou augmente, et par suite lorsque le trépan ne rencontre pas le fond du trou, cette contre-pression augmente.
On utilise dans la présente invention un frein qu'on sert à la main pour empêcher le treuil de dérouler le câble, mais au lieu de serrer moyennement ce-frein -et de compter sur une secousse appliquée au câble pour laisser fi-
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1er celui-ci, on utilise la contre-pression accrue pour desserrer momentanément le frein de manière hydraulique, ce qui a pour résultat de laisser filer une longueur de câble qui est fonction de l'excès de la contre-pression, laquelle, de son côté, est proportionnelle à la hauteur restante entre le fond du trou et le trépan à la fin de sa chute.
Dans la présente invention, le trail déroule donc doucement et régulièrement une très faible longueur de câble à la demande, ce qui main- tient une percussion sensiblement régulière au fond du trou.
On a représenté sur le dessin annexé un des modes de réalisation, conforme à,l'invention, qu'on décrira et expliquera en détail plus loin, des éléments constitutifs de l'appareil de forage, de leur association et de leur agencemento
La présente invention permet d'obtenir un dispositif d'avance hydraulique automatique associé à un appareil hydraulique de forage muni d'un mouton porté par un câble, cet appareil de forage comportant : un dispositif permettant de faire tourner à volonté un tambour de treuil; un câble qui est enroulé sur ce tambour et qui est assez long pour porter un trépan de forage à percussion; un dispositif supportant le câble à un point si- tué entre le tambour et le trépan;
enfin, un dispositif à fluide, pour animer ce dispositif de support d'un mouvement de va-et-vient ayant pour effet de lever et d'abaisser le trépan. Le dispositif précité assurant ce déplacement en va-et-vient comporte un dispositif qui relie cinématiquement un dispositif moteur réversible, actionné par un fluide, au dispositif de support, de manière à animer le dispositif de support d'un mouvement de va-et- vient ; un circuit de fluide partant d'une source de fluide sous pressions et aboutissant au dispositif moteur, l'agencement de ce dispositif moteur et du circuit précité étant tel que la résistance opposée au dispositif mo- teur,lorsqu'il fonctionne de manière à lever le trépan, crée une contre- pression dans ce circuit ;
un dispositif qui réagit automatiquement à la position d'une poulie à gorge et qui inverse de ce fait le fonctionnement du dispositif moteur, de manière que ce dernier cesse de laisser descendre le trépan et le lève chaque fois que la position limite de descente est atteinte par le dispositif de support à la fin de la course de forage et un peu avant ce moment Tout ce qui précède constitue simplement l'a- gencement destiné à recevoir le dispositif d'avance automatique du câble qui comporte un dispositif permettant de serrer à volonté un frein sur le tambour ; dispositif à fluide pour desserrer momentanément le frein sous l'effet d'une pression de fluide excédant une valeur prédéterminée; enfin, un conduit latéral de fluide partant du circuit de fluide et abou- tissant au dispositif desserrant le frein.
Les dispositifs précités per- mettent à un excès de contre-pression régnant dans le circuit à la fin de la course de forage (contre-pression créée par l'absence de percussion du trépan sur le fond du trou) d'envoyer un jet de fluide dans le conduit la- téral précité, ce qui desserre le frein et par suite assure l'avance d'une faible longueur de câble.
Au cours de la description, on a appliqué la même référence à un élément identique ou à des éléments similaires.
Sur le dessin annexé: la figure 1 est une vue de côté d'un appareil de forage confor- me à l'invention; la figure 2 est une vue en plan, à plus grande échelle, partiel- lement en coupe, du mécanisme principal de l'appareil de forage; la figure 3 est une vue de côté, à plus grande échelle, de ce mécanisme ; la figure 4 représente très schématiquement les éléments essen- tiels de l'appareil de forage conforme à l'invention et les éléments essen- tiels coopérants du mécanisme de battage.
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On peut voir sur la figure 1 le bâti principal ou plate-forme
11 de l'appareil de forage, cette plate-forme étant portée par un disposi- tif 12 de traction par chenilles.
La référence 13 désigne des vérins servant à soulever la pla- te-forme 11 et à l'immobiliser au cours du forage.
La plate-forme 11 porte une chèvre 14 (appelée t'derrick" dans la technique).. La plate-forme porte également un moteur 15 qui sert à pro- pulser le dispositif de traction 12 par chenilles, à faire tourner un tam- bour 16 du treuil et à entraîner une pompe à fluide 33 (non représentée sur la figure 1).
Un câble 17 part du tambour 16 du treuil, il s'étend vers le haut et passe sur une poulie de battage 18 à gorge, qui tourne dans un bâti ou bloc de battage 19 monté, de toute manière appropriée, à la partie supé- rieure du derrick 14, de manière à coulisser de haut en bas sur une course limitéeo Ensuite, le câble descend de manière à porter un mouton 20 qui se termine par un trépan 21, représenté dans le trou de forage 22, qu'il vient de commencer à forer.
Le derrick 14 supporte un organe 23 qui guide le mouton.
A la base du derrick 14 est disposé un ensemble hydraulique 24 comportant un cylindre et un piston, dont une tige-piston 25 s'étend sur la hauteur du derrick, de manière à supporter et à animer d'un mouvement de va-et-vient le blqc 19 portant la poulie 18, cet agencement constituant un des modes de réalisation d'un dispositif moteur réversible à fluideo Par "dispositif moteur réversible à fluide", la demanderesse n'entend pas limiter l'invention aux moyens par lesquels le sens de rotation ou de déplacement en va-et-vient du moteur proprement dit sont inversés mais elle entend couvrir également les moyens grâce auxquels on obtient l'inversion de l'action du moteur en inversant certains dispositifs menés associés au moteur proprement dit.
On voit également sur la figure 1 un ruban de frein 26 freinant un tambour 27 qui est associé au tambour 16 du treuil de manière à l'empêcher de dérouler le câble, et un levier de frein à main 28 qui permet de serrer le frein à volontéo
On n'a pas représenté sur le dessin beaucoup d'autres éléments classiques de l'appareil de forage, étant donné qu'ils n'ont pas de rapport particulier avec l'invention, la figure 1 n'étant faite que pour donner simplement une vue d'ensemble de l'appareil de forageo
On va maintenant se référer aux figures 2 et 3 pour décrire d'une manière plus détaillée toute la partie du mécanisme que concerne directement l'invention.
Par l'intermédiaire d'une poulie motrice 29, d'une courroie 30 et d'une poulie menée 31, le moteur 15 fait tourner un arbre 32 qui actionne la pompe hydraulique 330 Cette pompe est supportée sur un prolongement latéral (non représenté) de la plate-forme 11.
L'arbre 32 peut faire tourner par l'intermédiaire d'un mécanisme d'embrayage 34 un manchon 35 et la rotation est successivement transmise à un pignon 36, un pignon 37, un arbre 38, un pignon 39 et une roue dentée 40 qui fait partie intégrante du tambour 16 du treuilo
Le tambour de frein 27 fait également partie intégrante du tambour 16 du treuil.
Le ruban de frein 26 qui y est associé peut être serré, par l'intermédiaire d'une tringlerie appropriée 41 montée à une des extrémités de l'arbre 42 (visible à la partie supérieure de la figure 2), sous l'effet de la rotation de cette extrémité de l'arbre en sens inversé des aiguilles d'une montre, le serrage pouvant ètre réglé à différents de-
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grés au moyen du levier à main 28, fixé à l'autre extrémité de l'arbre 42, qui peut être immobilisé à des degrés différents grâce à un organe de ver- rouillage 43 muni de crans.
Le mécanisme commandant le desserrage du frein (représenté à l'extrémité supérieure de l'arbre 42 sur la figure 2 et entre le levier à main 28 et le tambour 16 du treuil sur la. figure 3) sera décrit plus en dé- tail par la suite.
On va maintenant se référer à la figure 4, sur laquelle les conduits de grande section représentent les circuits hydrauliques principaux et les canalisations de petite section les circuits auxiliaires du servo- mécanisme.
La référence 50 indique un réservoir de fluide hydraulique.
Une pompe P aspire le fluide hydraulique par un conduit 51 et le fait pas- ser dans un conduit 52 par l'intermédiaire d'une soupape de réglage V, cet agencement constituant une source de fluide hydraulique sous pression. Le conduit 52 transmet ce fluide à une soupape d'inversion 53.
Une canalisation 54 transmet le fluide sous pression du conduit
52 à une soupape pilote rotative 55, dont l'organe rotatif 56 oscille de part et d'autre sur 45 degrés lorsqu'il est actionné par un doigt oscillant
57. On a représenté les deux positions limites de l'organe rotatif 56 et du doigt oscillant 57, l'une en traits gras et l'autre en traits interrom- pus. On a symbolisé le fait que le doigt 57 à trois positions actionne l'organe rotatif 56 par une droite en trait mixte qui relie leurs centres respectifs.
Un conduit de vidange 58 raccorde la soupape d'inversion 53 au réservoir 50. Une canalisation de vidange 59 raccorde la soupape pilo- te rotative au conduit de vidange 58.
Le conduit de vidange 58 et la canalisation de vidange 59 com- portent respectivement un obturateur réglable 60 et 61. L'obturateur 60 em- pêche la poulie de battage 18 de laisser filer trop de câble 17 lorsque la soupape d'inversion est dans une position déterminant la'descente du trépan
L'obturateur 61 règle la vitesse de déplacement de la soupape d'inversion 53.
Des canalisations 62 et 63 raccordent la soupape pilote 55 aux extrémités respectives de la soupape d'inversion 53 et assurent l'actionne- ment de cette soupape.
Un conduit 64 raccorde la soupape d'inversion 53 et l'ensemble
24 cylindre-piston, et il assure alternativement une transmission de fluide hydraulique sous pression et une vidange de celui-ci, selon la position du plongeur de cette soupape.
Un conduit 65 raccorde l'ensemble 24 cylindre-piston et le ré- servoir 50, et il assure l'évacuation de l'extrémité supérieure du cylindre.
Des doigts baladeurs 66 et 67 sont fixés de manière réglable à une tige 68 qui se déplace en va-et-vient avec la tige-piston 25. Le doigt baladeur 66, représenté en trait gras, est dans le même plan que le doigt oscillant 57 lorsque ce dernier se trouve dans la position représentée en trait gras, et le doigt baladeur 67, représenté en trait ordinaire, est dans le même plan que le doigt oscillant 57 lorsque ce dernier se trouve dans la position représentée en trait ordinaire, mais ces deux plans sont différents.
Comme représenté sur la figure 4, la tige-piston 25 termine sa course des- cendante et le doigt baladeur 66 vient de faire basculer le doigt oscillant
57 dans la position représentée, ce qui amène l'organe rotatif 56 de la sou- pape-pilote 55 dans la position représentée. Le fluide sous pression prove- nant de la canalisation 54 a, de ce fait, été envoyé dans l'extrémité de droite de la soupape d'inversion 53 par l'intermédiaire de la canalisation
62, ce qui a eu pour effet de déplacer le plongeur 69 de la soupape vers
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la gauche et d'envoyer le fluide (emprisonné dans l'extrémité de gauche de la soupape d'inversion) dans le réservoir 50 par la canalisation 63, la soupape 55, la canalisation 59 et le conduit 58.
Lorsqu'il est amené dans sa position de gauche, le plongeur 69 envoie du fluide sous pression prove- nant du conduit 52 dans la partie inférieure du cylindre 24 par l'intermé- diaire du conduit 64, ce qui a pour effet de soulever le piston et sa tige
25.
Tout ce qui précède, sauf la description du mécanisme de frei- nage du treuil, constitue simplement l'agencement destiné à recevoir le dis- positif de la présente invention.
La référence 7o représente un conduit latéral de sortie du con- duit de fluide sous pression 52. Ce conduit latéral aboutit à un petit en- semble 71 comprenant un cylindre et un piston dont la tige 72 est cihémati- quement reliée à l'arbre 42 du mécanisme de freinage du treuil par l'inter- médiaire d'une bielle 73.
En un point intermédiaire de sa longueur le conduit latéral 70 est divisé en deux branches. La branche supérieure 74 fait passer le li- quide vers la droite et la branche inférieure fait passer le liquide vers la gauche. Une soupape de détente réglable 76, située dans la branche su- périeure 74, empêche le fluide sous pression de passer du conduit 52 à l'en- semble piston-cylindre 71 pour des pressions de battage ordinaires.
Dans la branche inférieure 75 est disposé une soupape d'arrêt classique 77 qui empêche le fluide, au cours de son trajet entre le conduit 52 et l'ensem- ble cylindre-piston 71, d'être dérivé par la soupape de détente 76 pour des pressions inférieures à celles pour lesquelles la soupape de détente à été régléeo
Il est nécessaire que le circuit de retour à partir de l'ensem- ble cylindre-piston 71 aboutisse'au conduit 52 et non au réservoir 50 ; eneffet, si le circuit de retour aboutissait au réservoir 50, le liquide, lorsqu'il passe, sous l'effet de l'excès de contre-pression régnant dans le conduit 52, par la soupape de détente 76 pour actionner l'ensemble cylindre- piston 71 de manière à desserrer le frein, serait alors dérivé vers le ré- servoir 50 au lieu de remplir sa fonction.
Dans le présent mode de réalisation de l'invention, les branches 74 et 75 du conduit latéral 70 ainsi que les soupapes 76 et 77 qu'elles con- tiennent constituent un seul ensemble en 78 sur les figures 2 et 3.
Un conduit d'évacuation 79 est raccordé à l'ensemble cylindre- piston 71 et aboutit au réservoir 50.
Il est nécessaire de prévoir un dispositif élastique agencé de manière à maintenir le frein serré chaque fois que le levier de) frein 28 est dans une position de serrage, mais de manière à ne pas maintenir le frein serré chaque fois que le frein est appelé à être desserré sous l'effet de l'excès de contre-pression régnant dans le conduit 520
Ce dispositif doit être suffisamment élastique pour assurer l'établissement, dans l'ensemble cylindre-piston 71, d'une contre-pression ayant une valeur intermédiaire entre la pression normale de battage du con- duit 52 et l'excès de pression auquel on a réglé la soupape de détente 76 pour déterminer son ouverture.
On pourrait supprimer les branches 74 et 75 du conduit latéral 70 ainsi que les soupapes 76 et 77 qu'elle contiennent et. dans ce cas, on pourrait utiliser le dispositif flexible élastique de préférence réglable, par exemple par un faible degré de mise en position du levier de commande par pour prédéterminer la valeur de la contre-pression hydraulique nécessai- re au desserrage du frein. Mais on conserverait de préférence les éléments 74 à 77 car, si l'on supprimait la soupape de détente 76, l'application et la libération du frein se feraient plus ou moins doucement au lieu de se '' faire brusquement, et il ne serait pas possible de maintenir un réglage pré- cis de l'avance du câble.
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Dans le présent mode de réalisation,, en raison de la grande distance qui sépare, d'une part, le levier de commande 28, situé à une extrémité de l'arbre 42 et, d'autre part, la tringlerie 41, qui applique le ruban de frein, ainsi que la bielle 73, qui libère le ruban de frein, situées à l'autre extrémité de l'arbre 42, ce dernier agit comme une barre de torsion et constitue ainsi le dispositif flevible élastique. Le levier à main 28 peut également faire partie du dispositif élastique fleyible ou constituer lui-même ce dispositif.
On peut décrire le fonctionnement de l'appareil de forage conforme à la présente invention comme suit.
Au moyen du levier à main 28, on a serré le frein du tambour du treuil, la pompe P fonctionne, la soupape V est ouverte et l'ensemble cylindre-piston 71 est animé d'un mouvement de va-et-vient.
Lorsque la soupape pilote 55 est dans sa position représentée en traits interrompus, comme représenté sur la figure 4, la tige-piston 25 descend (par suite du poids du mouton qui exerce une.traction sur le câble 17) et le doigt baladeur 66 heurte le doigt oscillant 57 se trouvant dans sa position représentée en traits gras, ce qui a pour effet de faire pivoter de 45 degrés en sens inverse des aiguilles d'une montre, ce doigt oscillant ainsi que l'organe rotatif 56 de la soupape pilote 55 et de l'amener dans sa position représentée en traits pleinso Lorsque l'organe rotatif 56 est dans cette position, le plongeur 69 de la soupape d'inversion 53 est amené vers la gauche dans la position représentée.
La tige-piston 25 continue à descendre momentanément, bien que la soupape d'inversion soit alors dans une position susceptible de provoquer la levée du piston.
A ce moment,le trépan 21 va normalement heurter le fond du trou de forage, ce qui le fait rebondir, de sorte que le poids du mouton n'empêchera pas le renversement de course du piston.
Toutefois, si le trou a été foré au point que le trépan ne heurte pas le fond du trou, le trépan ne rebondira pas et il continue à tomber lorsque le fluide sous pression pénètre dans la partie inférieure du cylindre 24 par le conduit 64. La pression du piston, qui s'exerce vers le bas du fait que le mouton continue à tomber, crée une contre-pression qui s'oppose à la pression de la pompe; ce qui a pour effet d'envoyer, par l'intermédiaire de la soupape de détente 76, un jet de fluide hydraulique dans l'ensemble cylindre-piston 71, ce qui desserre momentanément le frein et laisse filer de ce fait environ 3 mm de câble.
L'excès de contre-pression ne dure qu'un instant. Dès qu'il ne s'exerce plus,l'élasticité de la barre de torsion 42 applique de nouveau le frein et force le piston de l'ensemble 71 à s'élever de nouveau, ce qui a pour résultat de ramener dans le conduit 52, par l'intermédiaire de la soupape d'arrêt 77, le liquide sortant du cylindre de l'ensemble 71 après qu'il a été utilisé, la pression dans le conduit 52 étant, à ce moment. insuffisante pour s'y opposer.
La longueur de câble ainsi déroulée chaque fois qu'il se pro- .duit un eycès de contre-pression lorsque le trépan ne rencontre pas le fond du trou est si faible qu'on obtient une percussion pratiquement uniforme d'une course à l'autre.
Dans les appareils de forage de la technique antérieure, au début de chaque passe de battage, on fait généralement descendre le trépan jusqu'à ce qu'un "mou" du câble indique que le trépan est bien parvenu dans le fond du trouo Le conducteur fait alors tourner le treuil de manière à soulever le trépan d'environ 7 à 10 cmo On commence alors à exécuter le battage, et la longueur convenable du câble est progressivement réglée, quel que soit le mécanisme d'avance du câble qu'on utilise.
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Toutefois, dans l'appareil de forage auquel on applique le dis- positif conforme à la présente invention, lorsque l'appareil est au repos, le piston de l'ensemble cylindre-piston 24 repose sur le fond du qylindre, c'est-à-dire dans une position de très loin inférieure à la position la plus basse qu'il puisse jamais atteindre au cours du cycle de battage. Confor- mément à la présente invention, le conducteur n'a pas à déplacer par tâton- nements le trépan après sa descente, mais il peut le laisser reposer sur le fond du trou et commencer le battageo Le démarrage du battage soulève suf- fisamment le trépan, et l'écartement du fond ainsi réalisé déterminera de ce fait un fonctionnement du mécanisme d'avance du câble,qui règlera la longueur convenable du câble au cours des trois ou quatre premières courses de battage.
Il est bien entendu qu'on peut apporter diverses modifications au mode de réalisation décrit et représenté sur le dessin annexé, sans s'é- carter pour cela de l'esprit de l'invention.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif hydraulique automatique d'avance de câble appli- câble à un appareil de forage hydraulique muni d'un câble porteur d'un mou- ton, cet appareil de forage comportant :un dispositif permettant de faire tourner un tambour de treuil à volonté ; uncâble ou corde enroulé sur ce tambour et dont la longueur lui permet de supporter un trépan de forage à percussion; un dispositif supportant le câble en un point situé entre le tambour et le trépan ;
un dispositif à fluide permettant d'animer le dispositif de support d'un mouvement de va-et-vient de manière à lever et à abaisser le trépan, le dispositif assurant le déplacement en va-et-vient précité comportant (A) un dispositif qui relie cinématiquement un dispositif moteur réversible actionné par le fluide au dispositif de support susmentionné, de manière à animer ce dernier d'un mouvement de va-et-vient, (B) un circuit de fluide partant d'une source de fluide sous pression et aboutissant au dispositif moteur, l'agencement du dispositif moteur et du circuit de fluide étant tel que la résistance opposée au dispositif moteur lorsqu'il fonctionne de manière à lever le trépan crée une contre-pression dans ce circuit, (C)
un dispositif dont la réaction automatique à la position prise par une poulie mobile de battage inverse l'action du dispositif moteur,ce qui fait que ce dernier cesse d'abaisser le trépan et lève celuici chaque fois que le dispositif de support précité atteint sa position la plus basse d'abaissement du trépan à la fin de la course de forage et un peu avant ce moment, le dispositif précité d'avance automatique hydraulique du câble étant caractérisé par le fait qu'il comporte :un dispositif permet- tant de serrer à volonté un frein sur le tambour précité ; undispositif à fluide permettant de desserrer momentanément le frein en réponse à une pres- -sion du fluide excédant une valeur prédéterminée;
enfin, un conduit latéral de fluide raccordant le circuit de fluide susmentionné et le dispositif de desserrage du frein, grâce à quoi un excès de contre-pression dans le circuit précité, à la fin de la course de forage, dû au fait que le trépan ne heurte pas le fond du trou de forage, envoie un jet de fluide par le conduit latéral, ce qui a pour effet de desserrer momentanément le frein et de laisser filer de ce fait une faible longueur de câble.
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The present invention relates to new and advantageous devices for sheep drilling rigs carried by a cable, and more particularly to this type of drilling rigs actuated by a fluid, preferably by means of a hydraulic fluid.
These drilling rigs are per se well known.
In these drilling rigs, a cable (or rope) leaves a winch drum disposed on the main frame and passes over or under one or more grooved pulleys, one of which is usually disposed at the upper part of a goat ; leaving this last pulley, the cable descends vertically into the hole being drilled in the ground. At the lower end of the cable or rope is fixed a ram carrying the drilling tool and terminating in a percussion bit. One of the groove pulleys, on or under which the cable passes, is capable of being moved back and forth by an appropriate device associated with it (for example a hydraulic cylinder and piston assembly) and which lifts and drops the bit rapidly and alternately in order to drill the hole.
As the hole gets deeper, the winch drum will need to turn so that some cable runs out. Previously, this unwinding was carried out by one of the following four methods: (1) by a timed control determining the constant or intermittent unwinding of the winch simply as a function of the passage of time; (2) without automatic device, the user voluntarily activating the winch whenever it was necessary to let the cable slip; (3) by a device operating under the effect of shocks, in which a brake is mounted on the winch, so as to slip under the effect of a predetermined torque so that the shock of the drilling tools, when they fall without hitting the bottom of the hole, causing a very short length of cable to run;
(4) a positive automatic device in which, in response to the traction which increases each time the drilling tools fall without hitting the bottom of the hole, the winch is kinematically driven so as to rotate by a predetermined degree of rotation, to run a predetermined length of cable.
Method 1 was clearly defective, except in the case of one. very uniform and very regular drilling Method 2 required too much attention from the operator. Method 3 required too precise an adjustment of the brake, because the proper adjustment was too subject to various variable conditions, for example state of the atmosphere, lubrication, etc ... and it further required that this adjustment be maintained. specific. Although the method 4 gave complete satisfaction, its complication and the costs which it entailed were sufficient to justify the need to provide a reciprocating mechanism, less complicated and less expensive.
Consequently, the main object of the present invention is a cable advancement device, which spins a necessary length of cable at the desired time, and which does not have any of the above drawbacks.
None of the above methods is used in the present invention. In their place, advantage is taken of certain characteristics specific to the particular type of hydraulic piling implemented in the drilling apparatus for the use for which the cable advancement device was intended. In this drilling rig, the ram mechanism, hydraulically actuated during each drop of the bit, is automatically reversed (so as to lift the bit) just before the bit reaches the lowest point of its drop. This results in the creation of a back pressure in the hydraulic circuit which ends at the threshing motor. As the depth of the hole increases, and hence when the bit does not meet the bottom of the hole, this back pressure increases.
A brake is used in the present invention which is used by hand to prevent the winch from unwinding the cable, but instead of moderately tightening this brake -and relying on a jerk applied to the cable to keep the cable free.
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1st this, the increased back pressure is used to momentarily release the brake hydraulically, resulting in a length of cable slipping which is a function of the excess back pressure, which, on its basis. side, is proportional to the height remaining between the bottom of the hole and the bit at the end of its drop.
In the present invention, the trail therefore gently and regularly unwinds a very short length of cable on demand, which maintains a substantially regular percussion at the bottom of the hole.
There is shown in the accompanying drawing one of the embodiments, according to the invention, which will be described and explained in detail later, of the constituent elements of the drilling apparatus, their association and their arrangement.
The present invention makes it possible to obtain an automatic hydraulic advancement device associated with a hydraulic drilling apparatus provided with a ram carried by a cable, this drilling apparatus comprising: a device making it possible to rotate a winch drum at will; a cable which is wound on this drum and which is long enough to carry a percussion drill bit; a device supporting the cable at a point between the drum and the bit;
finally, a fluid device, to animate this support device with a back and forth movement having the effect of raising and lowering the bit. The aforementioned device ensuring this back-and-forth movement comprises a device which kinematically connects a reversible motor device, actuated by a fluid, to the support device, so as to animate the support device with a back-and-forth movement. comes; a fluid circuit starting from a source of pressurized fluid and terminating in the driving device, the arrangement of this driving device and of the aforementioned circuit being such that the resistance opposed to the driving device, when it operates so as to lift the bit, creates a back pressure in this circuit;
a device which automatically reacts to the position of a grooved pulley and thereby reverses the operation of the driving device, so that the latter stops dropping the bit and raises it each time the lowering limit position is reached by the support device at the end of the drilling stroke and a little before this moment All of the above is simply the arrangement intended to receive the device for the automatic advance of the cable which includes a device allowing to tighten at will a brake on the drum; fluid device for momentarily releasing the brake under the effect of fluid pressure exceeding a predetermined value; finally, a lateral fluid duct starting from the fluid circuit and ending in the device releasing the brake.
The aforementioned devices allow an excess of back pressure prevailing in the circuit at the end of the drilling stroke (back pressure created by the absence of percussion of the bit on the bottom of the hole) to send a jet of fluid in the aforementioned lateral duct, which releases the brake and consequently ensures the advance of a small length of cable.
During the description, the same reference has been applied to an identical element or to similar elements.
In the accompanying drawing: FIG. 1 is a side view of a drilling apparatus according to the invention; Figure 2 is an enlarged plan view, partly in section, of the main mechanism of the drilling rig; FIG. 3 is a side view, on a larger scale, of this mechanism; FIG. 4 shows very schematically the essential elements of the drilling apparatus according to the invention and the essential cooperating elements of the piling mechanism.
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We can see in Figure 1 the main frame or platform
11 of the drilling apparatus, this platform being carried by a traction device 12 by crawlers.
Reference 13 designates jacks serving to lift the platform 11 and immobilize it during drilling.
The platform 11 carries a goat 14 (called t'derrick "in the art). The platform also carries a motor 15 which serves to propel the traction device 12 by tracks, to turn a drum. bour 16 of the winch and to drive a fluid pump 33 (not shown in Figure 1).
A cable 17 leaves the drum 16 of the winch, it extends upwards and passes over a threshing pulley 18 with groove, which rotates in a frame or threshing block 19 mounted, in any suitable manner, at the upper part. derrick 14, so as to slide up and down on a limited stroke o Then, the cable descends so as to carry a ram 20 which ends in a bit 21, shown in the borehole 22, which it has just start drilling.
The derrick 14 supports a member 23 which guides the sheep.
At the base of the derrick 14 is arranged a hydraulic assembly 24 comprising a cylinder and a piston, a piston rod 25 of which extends over the height of the derrick, so as to support and animate a back-and-forth movement. comes the blqc 19 carrying the pulley 18, this arrangement constituting one of the embodiments of a reversible fluid motor device. By "reversible fluid drive device", the applicant does not intend to limit the invention to the means by which the meaning rotation or reciprocating movement of the actual motor are reversed, but it also intends to cover the means by which the reversal of the action of the motor is obtained by reversing certain driven devices associated with the actual motor.
Also seen in Figure 1 is a brake tape 26 braking a drum 27 which is associated with the drum 16 of the winch so as to prevent it from unwinding the cable, and a handbrake lever 28 which allows the brake to be applied. willo
Many other conventional elements of the drilling apparatus have not been shown in the drawing, given that they have no particular connection with the invention, FIG. 1 being made only to give simply an overview of the drilling rig
Reference will now be made to FIGS. 2 and 3 in order to describe in more detail all of the part of the mechanism which the invention directly relates to.
Via a driving pulley 29, a belt 30 and a driven pulley 31, the motor 15 turns a shaft 32 which actuates the hydraulic pump 330 This pump is supported on a lateral extension (not shown) of the platform 11.
The shaft 32 can rotate via a clutch mechanism 34 a sleeve 35 and the rotation is successively transmitted to a pinion 36, a pinion 37, a shaft 38, a pinion 39 and a toothed wheel 40 which is an integral part of the drum 16 of the winch
The brake drum 27 is also an integral part of the drum 16 of the winch.
The brake tape 26 which is associated with it can be tightened, by means of a suitable linkage 41 mounted at one end of the shaft 42 (visible at the top of FIG. 2), under the effect of the rotation of this end of the shaft in a counterclockwise direction, the tightening being able to be adjusted to different
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rigged by means of the hand lever 28, fixed to the other end of the shaft 42, which can be immobilized to different degrees thanks to a locking member 43 provided with notches.
The mechanism controlling the release of the brake (shown at the upper end of shaft 42 in Fig. 2 and between hand lever 28 and winch drum 16 in Fig. 3) will be described in more detail by the following.
Reference will now be made to FIG. 4, in which the ducts of large section represent the main hydraulic circuits and the ducts of small section the auxiliary circuits of the servo mechanism.
Reference 50 indicates a hydraulic fluid reservoir.
A pump P sucks in the hydraulic fluid through a conduit 51 and passes it through a conduit 52 via a control valve V, this arrangement constituting a source of pressurized hydraulic fluid. The conduit 52 transmits this fluid to a reversing valve 53.
A pipe 54 transmits the pressurized fluid from the pipe
52 to a rotary pilot valve 55, the rotary member 56 of which oscillates on either side through 45 degrees when actuated by an oscillating finger
57. The two limit positions of the rotary member 56 and of the oscillating finger 57 have been shown, one in bold lines and the other in broken lines. It has been symbolized that the finger 57 in three positions actuates the rotary member 56 by a straight line in phantom which connects their respective centers.
A drain line 58 connects the reversing valve 53 to the reservoir 50. A drain line 59 connects the rotary pilot valve to the drain line 58.
The drain line 58 and the drain line 59 have an adjustable shutter 60 and 61, respectively. The shutter 60 prevents the threshing pulley 18 from letting too much cable 17 run out when the reversing valve is in a position. position determining the descent of the bit
The shutter 61 regulates the speed of movement of the reversing valve 53.
Lines 62 and 63 connect the pilot valve 55 to the respective ends of the reversing valve 53 and ensure the actuation of this valve.
A conduit 64 connects the reversing valve 53 and the assembly
24 cylinder-piston, and it alternately provides transmission of pressurized hydraulic fluid and emptying thereof, depending on the position of the plunger of this valve.
A conduit 65 connects the cylinder-piston assembly 24 and the reservoir 50, and provides discharge from the upper end of the cylinder.
Wandering fingers 66 and 67 are fixed in an adjustable manner to a rod 68 which moves back and forth with the piston rod 25. The wandering finger 66, shown in bold lines, is in the same plane as the oscillating finger. 57 when the latter is in the position shown in bold lines, and the sliding finger 67, shown in ordinary lines, is in the same plane as the oscillating finger 57 when the latter is in the position shown in ordinary lines, but these two plans are different.
As shown in FIG. 4, the piston rod 25 finishes its downward stroke and the sliding finger 66 has just tilted the oscillating finger.
57 in the position shown, which brings the rotary member 56 of the pilot valve 55 to the position shown. The pressurized fluid from line 54 was therefore sent to the right-hand end of reversing valve 53 through line
62, which had the effect of moving the plunger 69 from the valve to
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the left and send the fluid (trapped in the left end of the reversing valve) into the reservoir 50 through line 63, valve 55, line 59 and line 58.
When brought to its left position, plunger 69 sends pressurized fluid from conduit 52 into the lower portion of cylinder 24 via conduit 64, which has the effect of lifting the cylinder. piston and its rod
25.
All of the above, except for the description of the winch braking mechanism, is simply the arrangement for receiving the device of the present invention.
Reference 7o represents a lateral outlet duct of the pressurized fluid duct 52. This lateral duct leads to a small assembly 71 comprising a cylinder and a piston whose rod 72 is immediately connected to the shaft 42. of the winch braking mechanism by means of a connecting rod 73.
At an intermediate point of its length, the lateral duct 70 is divided into two branches. The upper branch 74 passes the liquid to the right and the lower branch passes the liquid to the left. An adjustable pressure relief valve 76, located in the upper branch 74, prevents pressurized fluid from passing from line 52 to the piston-cylinder assembly 71 at ordinary ram pressures.
In the lower branch 75 is disposed a conventional shut-off valve 77 which prevents the fluid, during its journey between the conduit 52 and the cylinder-piston assembly 71, from being diverted by the expansion valve 76 to pressures lower than those for which the expansion valve has been adjusted.
It is necessary that the return circuit from the cylinder-piston assembly 71 leads to the conduit 52 and not to the reservoir 50; in fact, if the return circuit ended at the reservoir 50, the liquid, when it passes, under the effect of the excess back pressure prevailing in the duct 52, through the expansion valve 76 to actuate the cylinder assembly - piston 71 so as to release the brake, would then be diverted towards the reservoir 50 instead of fulfilling its function.
In the present embodiment of the invention, the branches 74 and 75 of the lateral duct 70 as well as the valves 76 and 77 which they contain constitute a single assembly at 78 in FIGS. 2 and 3.
An evacuation duct 79 is connected to the cylinder-piston assembly 71 and terminates in the reservoir 50.
It is necessary to provide a resilient device arranged so as to keep the brake engaged whenever the brake lever 28 is in a tightened position, but so as not to keep the brake engaged each time the brake is called upon. be loosened under the effect of the excess back pressure prevailing in the duct 520
This device must be sufficiently elastic to ensure the establishment, in the cylinder-piston assembly 71, of a back pressure having a value intermediate between the normal driving pressure of the pipe 52 and the excess pressure at which it is adjusted the expansion valve 76 to determine its opening.
We could remove the branches 74 and 75 of the side duct 70 as well as the valves 76 and 77 that they contain and. in this case, the resilient flexible device, preferably adjustable, could be used, for example by a small degree of positioning of the control lever by to predetermine the value of the hydraulic back pressure required to release the brake. However, the elements 74 to 77 would preferably be kept because, if one removed the expansion valve 76, the application and the release of the brake would be done more or less smoothly instead of being done suddenly, and it would not be. not possible to maintain precise adjustment of cable advance.
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In the present embodiment, due to the large distance which separates, on the one hand, the control lever 28, located at one end of the shaft 42, and, on the other hand, the linkage 41, which applies the brake tape, as well as the connecting rod 73, which releases the brake tape, located at the other end of the shaft 42, the latter acts as a torsion bar and thus constitutes the elastic flevible device. The hand lever 28 may also form part of the flexible elastic device or itself constitute this device.
The operation of the drilling apparatus according to the present invention can be described as follows.
By means of the hand lever 28, the winch drum brake has been applied, the pump P operates, the valve V is open and the cylinder-piston assembly 71 is reciprocated.
When the pilot valve 55 is in its position shown in broken lines, as shown in Figure 4, the piston rod 25 descends (due to the weight of the ram which exerts a pull on the cable 17) and the sliding finger 66 hits the oscillating finger 57 being in its position shown in bold lines, which has the effect of rotating 45 degrees anti-clockwise, this oscillating finger as well as the rotary member 56 of the pilot valve 55 and bringing it to its position shown in solid lines. When the rotary member 56 is in this position, the plunger 69 of the reversing valve 53 is brought to the left in the position shown.
The piston rod 25 continues to descend momentarily, although the reversing valve is then in a position capable of causing the piston to rise.
At this time, the bit 21 will normally strike the bottom of the borehole causing it to rebound, so that the weight of the ram will not prevent the piston from reversing.
However, if the hole has been drilled to such an extent that the bit does not strike the bottom of the hole, the bit will not rebound and continue to fall as the pressurized fluid enters the lower portion of cylinder 24 through conduit 64. The bit will not rebound. pressure of the piston, which is exerted downwards as the sheep continues to fall, creates a back pressure which opposes the pressure of the pump; which has the effect of sending, by means of the expansion valve 76, a jet of hydraulic fluid into the cylinder-piston assembly 71, which momentarily releases the brake and thus lets out approximately 3 mm of cable.
The excess back pressure only lasts for a moment. As soon as it is no longer exerted, the elasticity of the torsion bar 42 again applies the brake and forces the piston of the assembly 71 to rise again, which has the result of bringing back into the duct 52, through the shut-off valve 77, the liquid exiting the cylinder of the assembly 71 after it has been used, the pressure in the conduit 52 being, at that time. insufficient to oppose it.
The length of cable thus unwound each time there is an excess of back pressure when the bit does not meet the bottom of the hole is so small that a practically uniform percussion is obtained from stroke to stroke. other.
In prior art drilling rigs, at the start of each threshing pass, the bit is generally lowered until "slack" in the cable indicates that the bit has reached the bottom of the hole. then rotates the winch so as to raise the bit about 7 to 10 cmo The threshing begins, and the proper cable length is gradually adjusted, regardless of the cable feed mechanism used .
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However, in the drilling apparatus to which the device according to the present invention is applied, when the apparatus is at rest, the piston of the cylinder-piston assembly 24 rests on the bottom of the cylinder, i.e. that is, in a position far below the lowest position it can ever reach during the threshing cycle. In accordance with the present invention, the driver does not have to feel the bit around the bit after it has been lowered, but can let it rest on the bottom of the hole and start the threshing. Starting the threshing sufficiently lifts the bit. bit, and the bottom spacing thus produced will thereby determine an operation of the cable advance mechanism, which will adjust the proper length of the cable during the first three or four threshing strokes.
It is understood that various modifications can be made to the embodiment described and shown in the accompanying drawing, without thereby departing from the spirit of the invention.
CLAIMS.
1. Automatic hydraulic cable advance device applied to a hydraulic drilling apparatus provided with a cable carrying a sheep, this drilling apparatus comprising: a device for turning a winch drum at will ; a cable or rope wound on this drum, the length of which allows it to support a percussion drill bit; a device supporting the cable at a point between the drum and the bit;
a fluid device making it possible to animate the support device with a reciprocating movement so as to raise and lower the bit, the device ensuring the aforementioned reciprocating movement comprising (A) a device which kinematically connects a reversible motor device actuated by the fluid to the aforementioned support device, so as to animate the latter with a reciprocating movement, (B) a fluid circuit starting from a source of pressurized fluid and terminating in the driving device, the arrangement of the driving device and of the fluid circuit being such that the resistance opposed to the driving device when it operates in such a way as to lift the bit creates a back pressure in this circuit, (C)
a device whose automatic reaction to the position taken by a mobile threshing pulley reverses the action of the motor device, which causes the latter to stop lowering the bit and raise it each time the aforementioned support device reaches its position the lowest lowering of the bit at the end of the drilling stroke and a little before this moment, the aforementioned device for automatic hydraulic cable advance being characterized by the fact that it comprises: a device for tightening at will a brake on the aforementioned drum; a fluid device allowing the brake to be released momentarily in response to fluid pressure exceeding a predetermined value;
finally, a lateral fluid duct connecting the aforementioned fluid circuit and the brake release device, whereby an excess of back pressure in the aforementioned circuit, at the end of the drilling stroke, due to the fact that the bit does not hit the bottom of the borehole, sends a jet of fluid through the side duct, which has the effect of temporarily releasing the brake and thus allowing a short length of cable to slip.