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La présente invention est relative à un procédé et à un appareil- lage permettant d'établir des puits forés, en pratiquant des forages dans le sol à partir d'une excavation verticale ou puits proprement dit.
Dans les procédés connus jusqu'ici, on pratique des forages dans le sol à partir d'une excavation verticale et suivant une direction horizon- tale, c'est-à-dire perpendiculairement à la paroi de l'excavation. On in- troduit ensuite dans les trous forés, et également à partir de l'excavation., des tubes de forage ou des tubes perforés qui servent à mettre en place les dispositifs de filtration ou filtres, ces tubes étant, après mis en place, retirés à nouveau depuis l'excavation hors des trous forés précités.
Il est également connu de pratiquer des forages dans le sol, à partir du puits proprement dit, sur quelques mètres et suivant une direc- tion légèrement inclinée.
Ces procédés présentent toutefois l'inconvénient que l'excavation creusée verticalement doit présenter un très grand diamètre, par exemple de 5 m, afin qu'on puisse installer les appareils et les machines indispen- sables travaillant horizontalement et servant au forage et à l'injection, à l'introduction et à l'extraction des tubes de forage ainsi qu'à la mise en place des filtres.
D'autres inconvénients résultent du fait que les longueurs admis- sibles des diverses parties des tubes de forage et des filtres sont limitées par le diamètre du puits et que, par conséquent, elles ne peuvent avoir qu'environ deux mètres. Un autre inconvénient à considérer tient à ce que les produits extraits lors du forage doivent constamment être évacués des trous de forage dans un sens opposé à celui de la progression des tubes de forage et, à cet effet, il est indispensable d'utiliser des dispositifs au- xiliaires particuliers.
Grâce au procédé objet de l'invention, on évite ces inconvénients en faisant progresser les forages à partir de la partie la plus basse de l'excavation jusqu'à la surface supérieure du sol en suivant une direction ascendante oblique.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on fait progres- ser les forages jusqu'à la surface supérieure du sol en utilisant une tige de forage creuse, et en introduisant des tubes de forage à partir de la surface supérieure du sol et vers le bas à l'aide de la tige de forage pré- citée en retirant celle-ci vers l'arrière, grâce à quoi la tige de forage sert de dispositif d'accrochage pour le guidage et la traction des tubes de forage précités, ces derniers étant, après la mise en place de disposi- tifs de filtration, tirés de l'extérieur et ramenés vers le haut à la sur- face supérieure du sol.
Conformément à l'invention, on peut faciliter l'introduction des tubes de forage dans les forages obliques précités de manière que cette introduction s'effectue en même temps qu'on les pousse l'un derrière l'au- tre à partir de la surface supérieure du sol.
Il peut alors se faire que la tige creuse de forage ne présente pas dans tous les cas une ouverture suffisante pour évacuer vers le bas les masses de terre extraites du tube de forage en cours d'introduction, en particulier lorsqu'on doit mettre en place des tubes de forage de grand diamètre.
Pour cette raison, et conformément à l'invention, après qu'on a fait progresser la tige creuse de forage jusqu'à la surface supérieure du sol, on utilise cette tige creuse de forage pour introduire, à partir du puits ou excavation, une tige tubulaire de forage auxiliaire ; les tubes de forage servant à mettre en place les dispositifs filtrants sont introduits
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dans les forages ascendants obliques par traction vers l'arrière de cette tige tubulaire de forage auxiliaire qui est réunie aux dispositifs filtrants; le diamètre de cette tige creuse est plus petit que celui des tubes de fo- rage servant à la mise en place des dispositifs filtrants, mais plus grand que celui de l'alésage de la tige de forage.
Le diamètre de la tige tubu- laire de forage auxiliaire est fonction de la quantité des masses de terre chassées par les tubes de forage qu'on introduit suivant une direction des- cendante; ce diamètre a une valeur sensiblement comprise entre le 1/10 et le 1/5 du diamètre des tubes de forage (grand tube de forage principal).
Ces dispositions permettent d'utiliser un puits vertical, dont le diamètre est essentiellement plus petit que celui des puits à forages horizontaux connus, du fait qu'on n'utilise plus de tubes de forage et de dispositifs filtrants encombrants qu'on doit introduire dans le sol à par- tir du puits ou de l'excavation. De plus, on peut introduire des tubes de forage constitués en éléments de plus grande longueur, par exemple, de 5 m de longueur, ce qui entraîne également une réduction des frais de main-.' d'oeuvre.
Au cours du forage, les matières entraînées peuvent glisser vers le bas dans le puits ou excavation en traversant la tige creuse de forage, ou bien être éjectées par l'eau d'injection ou l'eau se trouvant dans le sol. Il n'est donc plus indispensable d'utiliser des moyens auxiliaires particuliers pour enlever ces matières des trous de forage. Au moyen d'un câble ou d'une tige d'acier passant à l'intérieur de la'tige creuse de fo- rage et animé d'un mouvement de va-et-vient, on peut faciliter le glisse- ment des masses terreuses vers le bas à l'intérieur de la tige creuse, par exemple, lorsqu'on manque d'eau pour aider à l'entraînement.
On peut régler à volonté suivant les besoins l'angle sous lequel on fait avancer la tige creuse de forage jusqu'à la surface supérieure du sol, d'une manière connue en soi, et cela, par exemple, en utilisant un man- chon presse-étoupe qui est réalisé de manière à correspondre à l'angle qu'on désire donner au forage et qui est logé dans la paroi du puits, la ti- ge creuse de forage progressant dans le sol en passant dans ce manchon.
Etant donné, toutefois, qu'il serait alors indispensable d'utili- ser un manchon particulier pour chaque angle de forage, conformément à une autre caractéristique de l'invention, on utilise, pour le passage de la ti- ge creuse de forage, un dispositif assurant la traversée de la paroi du puits, ce dispositifétant étanche à l'eau et monté dans la paroi inférieure du puits à la manière d'un joint universel. Ce dispositif permet aussi bien de donner à chaque forage l'inclinaison désirée que de permettre à la tige de forage, par la variation correspondante de l'angle de forage, d'éviter des obstacles ou des blocs fossiles éventuellement rencontrés au cours du forage.
Si l'on utilise pour le joint d'articulation sphérique un boîtier fixé à demeure dans la paroi du puits, l'inclinaison de la tige de forage par rapport à la surface supérieure du sol se trouve limitée de telle maniè- re que, pour un angle déterminé, cette tige vienne buter contre la paroi extérieure du puits.
Afin de pouvoir donner à la tige de forage une pente ascendante encore plus raide par rapport à la surface supérieure du sol, on aplatit des deux côtés opposés, conformément à l'invention, la sphère du dispositif précité assurant la traversée de la paroi du puits, dispositif qui est monté à la manière d'un joint universel dans la paroi du puits de manière qu'il puisse se déplacer en direction du sol ; les côtés aplatis du dispositif précité comportent aux choix plusieurs, et au moins deux, alésa- ges utilisables pour le passage de la tige creuse de forage.
De cette ma- nière, pour qu'on puisse effectuer le forage dans une direction suivant une
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pente ascendante aussi raide que possible par rapport à la surface supérieu- re du sol, on déplace aussi loin que possible vers le haut et avec son boî- tier la sphère aplatie sur les deux cotés et l'on fait passer la tige de forage à travers un alésage assurant un angle de forage aussi grand que pos- sible.
Lorsque la tige creuse de forage a atteint le point désiré de la surface supérieure du sol, on dévisse la tête de forage qui vient alors af- fleurer à la surface et on réunit par vissage cette tige de forage à la tê- te de forage de forme particulière qui fait partie du premier tronçon de tube de forage destiné à être introduit dans le sol et qui comporte un man- chon taraudé approprié à cet effet. Lorsqu'on tire en sens inverse la tige de forage avec le tube de forage qui lui est ainsi relié, ce mouvement s'ef- fectue sous le même angle que celui sous lequel on avait fait progresser la tige de forage jusqu'à la surface supérieure du sol, et cela, par exem- ple, au moyen d'un dispositif de traction hydraulique se trouvant sur le fond du puits ou de l'excavation.
Simultanément, on peut faire glisser le tube de forage au moyen d'un dispositif de pression hydraulique installé à la surface supérieure du sol. Afin d'installer ce dispositif de pression, on dégage, en cet endroit, la surfaèe supérieure du sol de manière qu'elle corresponde à l'angle d'introduction, afin que la pression fournie par ce dispositif s'exerce dans la direction axiale du tube de forage. De même manière que pendant le forage, les masses de terre déplacées par la tête de forage du tube de forage qu'on introduit dans le sol, se trouvent guidées par la tête de forage ainsi que par la tige creuse de forage jusque dans la partie inférieure du puits.
Eventuellement, lorsqu'il n'y a pas d'écoule- ment d'eau dans le sol, ces matières peuvent être éjectées sous pression au moyen d'un dispositif d'injection d'eau introduite sous pression dans la tête de forage par le tube de forage, cette eau d'injection étant renvoyée, de préférence, depuis l'intérieur du puits à l'intérieur de la tête de fo- rage suivant un circuit fermé. De cette manière, la canalisation tubulaire de forage, constituée, d'une manière connue en soi, de plusieurs éléments de forage distincts, se trouve introduite dans le sol jusqu'au dispositif assurant la traversée de la paroi du puits. Lorsque la tête du tube de fo- rage est parvenue en ce point, on achève le montage des dispositifs de pres- sion et de traction ainsi que l'étanchéité du tube de forage par rapport au dispositif assurant la traversée de la paroi du puits.
On peut alors achever également le montage de ce dernier dispositif à articulation sphé- rique servant au passage de la tige de forage. On effectue alors,d'une ma- nière connue en soi, et à partir de la surface supérieure du sol, le mon- tage du dispositif filtrant dans la canalisation tubulaire de forage qu'on peut alors ensuite retirer à nouveau à partir de la surface supérieure du sol.
Il va de soi qu'on peut également appliquer le procédé objet de l'invention à la mise en place de toutes autres canalisations tubulaires.
La description donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif cou- vre encore d'autres appareils destinés à la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention.
Sur ce dessin : la figure 1 représente une coupe schématique pratiquée par la cou- che supérieure du sol afin de montrer comment il faut comprendre l'instal- lation du puits objet de l'invention; sur la figure 2 sont représentés schématiquement, également par une coupe pratiquée dans le sol, le procédé objet de l'invention et l'ap- pareillage utilisé pour sa mise en oeuvre.
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De même manière, la figure 3 représente un autre mode de mise en oeuvre du procédé; la figure 4 montre un mode d'exécution particulier du dispositif assurant la traversée de la paroi du puits; la figure 5 montre une autre réalisation d'un dispositif de tra- versée de ce genre dans lequel est logée une tige creuse de forage; les figures 6 et 7 représentent, respectivement en coupe trans- versale et en coupe longitudinale, un appareil de forage; la figure 8 est une coupe d'une installation terminée située dans la partie inférieure du puits.
Sur la figure 1, 1 désigne une couche de dépôts sablonneux récents de la période diluvienne, II, une couche de sable grossier et de gravier et III, une couche d'argile.
La fosse du puits ou puits proprement dit est désignée par 1.
Les forages 2 et 3 sont des forages d'affleurement pour prise d'échantillons et les forages 4 et 5 constituent des puits d'observation. 6 désigne l'en- semble de la canalisation collectrice et de l'installation de filtration.
On voit que cet ensemble monte obliquement de la partie inférieure du puits 1 jusqu'à la surface supérieure du sol 7.
Sur la figure 2, qui sert à faire connaître le procédé et une par- tie des appareils utilisés conformément à l'invention, 1 désigne le puits et 7 la surface supérieure du sol. Dans la partie inférieure de la paroi 1 du puits est logé le dispositif à articulation sphérique assurant la tra- versée de la paroi du puits, dispositif grâce auquel on fait progresser obli- quement une tige creuse de forage 9 dans le sol jusqu'à la surface supérieu- re 7 de celui-ci.
Après que la tige creuse de forage 9 a foré son chemin jusqu'à la surface supérieure du sol, on visse de ce c8té sur cette tige une tête tu- bulaire 10 de forage qui, de l'autre côté, est réunie à un tube de forage 11. On tire le tube de forage 11 à l'intérieur du sol (de la partie supé- rieure gauche à la partie inférieure droite, dans le cas représenté sur le dessin) en utilisant un dispositif de traction, non représenté, qui se trouve sur le fond, c'est-à-dire dans la partie inférieure du puits. On peut utiliser en outre éventuellement un dispositif de pression, non repré- senté, situé sur la surface supérieure du sol et coopérant à l'introduction du tube de forage dans. le sol.
On va décrire ci-après un autre mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention en se référant à la figure 3.
Comme dans le premier mode d'exécution, on fait progresser la tige creuse de forage 9, qui a environ 0,1 m d'ouverture de la partie inférieure du puits 1, en traversant le dispositif 8 assurant la traversée de la paroi du puits à la surface supérieure du sol. On monte alors, sur l'extrémité inférieure de la tige de forage qui se trouve dans le puits, une tête de forage 10' à laquelle se raccorde un raccord tubulaire auxiliaire de forage 11' dont les diverses sections ont une longueur d'environ 1 à 2 m et un dia- mètre d'environ 0,2 à 0,4 m. Au moyen d'un dispositif de traction et à l'aide de la tige de forage 9, on tire sur ce tube de forage auxiliaire ( de la partie inférieure gauche vers la partie supérieure droite, dans le cas représenté sur la figure 3).
Sur cette figure, la tête de forage 10' se trouve environ à mi-chemin. Lorsque ce raccord tubulaire auxiliaire de forage 11' a été tiré jusqu'à ce qu'il atteigne la surface supérieure' du sol, et alors qu'il se trouve dans cette position, on monte sur ce raccord
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une tête de forage indispensable pour le tube de forage qui doit ensuite recevoir les dispositifs filtrants. Ce tube principal de forage, qui n'est pas représenté sur le dessin, a, par exemple, une ouverture de 0,5 à 2,0 m.
L'introduction de ces grands tubes de forage s'effectue ensuite - comme in- diqué plus haut - à partir de la surface supérieure du sol vers le bas.
La figure 4 montre un mode de réalisation particulier du disposi- tif 8 à articulation sphérique assurant la traversée de la paroi du puits.
Au moyen d'un bottier 12, ce dispositif est logé dans la paroi du puits.
La sphère est aplatie sur deux côtés 13 et 14 et elle comporte deux passa- ges 15 et 16 qui traversent les parties 13 et 14 et par lesquels on fait passer la tige creuse de forage 9. Le passage ou alésage 15 est adapté au diamètre de la tige 9, le passage ou alésage 16 est approprié à recevoir des manchons de guidage et d'étanchéité. 17 désigne un manchon presse-étou- pe.
La figure 5 représente un autre mode d'exécution du dispositif assurant la traversée de la paroi du puits. Ce dispositif 8' est fixé dans la paroi du puits et il laisse passer la tige creuse de forage 9 par l'intermédiaire d'un manchon presse-étoupe 17'. Un vérin 18 sert à entraî- ner la tige creuse de forage.
Les figures 6 et 7 représentent l'appareil à l'aide duquel, à par- tir de la partie supérieure du sol, on guide les tubes de forage à l'inté- rieur de celui-ci jusqu'à ce qu'ils parviennent à la partie inférieure du puits.
L'appareil est constitué par des éléments annulaires 19 effilés à la manière de burins et retenus ensemble par des nervures longitudinales 20. Ces nervures longitudinales sont soudées à la partie supérieure, et à la partie inférieure soudées à un manchon tubulaire 21,22, respective- ment. A l'intérieur de l'appareil se trouve une tôle déflectrice 23 de forme conique grâce à laquelle le jet d'eau d'entraînement amené par un rac- cord supérieur 24 se trouve réparti sous forme de cône qui exerce un effet mécanique de lavage entre les ailettes longitudinales. Le raccord 24 est également réalisé en forme de tige creuse. Le tube qu'on tire dans le sol et qui n'est pas représenté sur le dessin comporte la tête de forage 25 présentant à son extrémité inférieure des orifices 26.
Les fers d'écarte- ment 27 et 28 soudés dans la tête de forage 25 servent de contre-appuis pour un élément d'entraînement 29 emmanché dans la tête de forage et réuni à l'é- lément annulaire le plus large, ces fers ménageant des espaces intermédiai- res 30 par lesquels l'eau introduite dans le tube par le haut peut pénétrer dans le sol ainsi que par les orifices 26.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant :
Lorsque la tige creuse de forage 9 qu'on fait avancer dans le sol traverse la surface supérieure de celui-ci, on monte à cet endroit le tube qui doit être entraîné dans le sol et l'on emboîte l'appareil conforme à l'invention dans le tube au moyen du raccord tubulaire 24 servant de gui- dage. Le manchon taraudé 22 réuni à la couronne ou couteau de forage de plus petit diamètre est alors vissé à l'extrémité de la tige creuse de fo- rage 9 qui vient affleurer à la surface supérieure du sol. On tire ensuite en sens inverse la tige creuse de forage 9 avec l'appareil qui lui est fixé et qui entraîne le tube. On peut en même temps, et à partir de la' surface supérieure du sol, faire coulisser le tube en le poussant par derrière au moyen d'un dispositif de pression hydraulique.
La terre arrachée par les couronnes de forage parvient ainsi dans l'intérieur de l'appareil et elle se trouve évacuée par la tige creuse de forage 9 dans le sens de l'avance- ment au moyen de l'eau d'entraînement amenée par la tige creuse 24.
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Le nombre des couteaux de forage annulaires et les distances qui les séparent sont fonction des conditions qu'on rencontre dans le sol et il est indiqué d'utiliser, pour des sables fins, des couteaux annulaires nombreux disposés à de courtes distances les uns des autres et, pour du ter- rain grossier, un petit nombre de couteaux annulaires espacés à de grandes distances les uns des autres. En outre, l'appareil peut être ouvert à sa partie supérieure ou bien fermé par un couvercle sensiblement conique, sui- vant la manière suivant laquelle doit s'effectuer l'amenée d'eau d'entrai- nement. En terrain sablonneux, on recommande d'utiliser un appareil ayant sa partie supérieure ouverture, grâce à quoi l'eau d'entraînement se trouve amenée dans l'intérieur de l'appareil par le tube qu'on doit introduire dans le sol.
Par contre, en terrain limoneux ou argileux, il y a avantage à utiliser un appareil fermé. Dans ce cas, l'eau d'entraînement entre dans l'appareil par la tige creuse 24 où elle est guidée par la tôle déflectri- ce 23, contre les nervures longitudinales et elle chasse les masses de ter- re qui s'y trouvent éventuellement fixées.
La Figure 8 montre en coupe la partie inférieure d'un filtre 32 installé et comportant un tuyau d'écoulement ou d'évacuation 33 qui amène l'eau au fond 34 du puits.