EP0395167B1 - Dispositif et procédé de réalisation d'un trou de forage dans le sol - Google Patents

Dispositif et procédé de réalisation d'un trou de forage dans le sol Download PDF

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EP0395167B1
EP0395167B1 EP90201024A EP90201024A EP0395167B1 EP 0395167 B1 EP0395167 B1 EP 0395167B1 EP 90201024 A EP90201024 A EP 90201024A EP 90201024 A EP90201024 A EP 90201024A EP 0395167 B1 EP0395167 B1 EP 0395167B1
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pipe
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drum
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/20—Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/26—Drilling without earth removal, e.g. with self-propelled burrowing devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/22—Handling reeled pipe or rod units, e.g. flexible drilling pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses

Definitions

  • the present invention relates to a device for making a borehole in the ground by the use of a pipe which is provided, at one end, with a drilling head, said device comprising a drum on which said pipe is wound and means for turning the drum in one direction or the other, said device being equipped with a straightening apparatus constituted by two sets of pressure members, a straightening apparatus for straightening the pipe.
  • the object of the present invention is in fact to provide a drilling device in which equipped with a straightening apparatus which can be oriented as required to arrange drilling holes both horizontal and vertical and in which a straightening apparatus ensures both the straightening and the possible curvature of the pipe as its displacement in the ground.
  • the device according to the invention is characterized in that said straightening apparatus has a point of articulation relative to a fixed point of the device.
  • said straightening apparatus cooperates with additional pressure cylinders allowing adjustable bending or additional straightening of the pipe.
  • the device represented by these figures comprises a movable and interchangeable drum 1, the horizontal axis 2 of which rests in supports 3 which are themselves part of a chassis 4 which has been dimensioned so that it can be transported on the road and be mounted on square.
  • This on-site assembly of the device can be carried out on foundations or blocks.
  • a gear 6 is fixed on the axis 2 of the drum 1, so that the drive in one or the other direction of the drum 1 can take place from the motor 8 via the chain 7.
  • a plate 9 which is formed in a cylindrical manner, which forms a core and on which the drilling pipe 10 is wound.
  • the drilling pipe can have a length of up to 4,000 m, so that it must then be wound in several layers on the core or the cylindrical plate. Routinely and by using means not belonging to the invention, the drum 1 must be able to be moved along its central axis in order to ensure that the drill pipe unwound from the drum always appears correctly in the extension of the pipe already introduced by drilling into the ground.
  • the drill pipe 10 can be a single pipe, but it can also consist of two concentric pipes.
  • the expression "pipe” therefore relates to one of these two embodiments.
  • the pipe can be made of steel or plastic and is provided, at its free end, with a "mole” or steerable drilling head 11.
  • the drilling device and the method described below by way of example relate to horizontal drilling.
  • both horizontal and vertical and / or inclined drilling is taken into account.
  • the adjustment of the drilling pipe 10, with a drilling head 11, at the necessary drilling angle takes place by including a straightening device 12.
  • This straightening device 12 is naturally also used when rewinding the pipe 10 on the drum 1.
  • the straightening apparatus 12 also has the function of introducing by drilling, into the ground and at the desired angle, the drilling pipe or of withdrawing from it.
  • the straightening apparatus 12 consists of two sets of pressure members 13, 13 ', which cooperate with each other and with the drilling pipe 10 and which are guided in the form of endless chains by means of wheels 14 , 14 'and 15, 15'.
  • the thrust blocks 13, 13 ′ have, in section along a plane extending normally with respect to the pipe 10, each time an arcuate hollow 19, the radius of curvature of which corresponds to that of the pipe 10, so that a solid tightening of the pipe to be straightened and moved is ensured.
  • the entire rectifier belongs to a chassis which is shown purely theoretically by rectangle 20.
  • the chassis of the apparatus which has just been described has for example a point of articulation at 21.
  • Thrust rollers 22 and 23, which can for example be moved hydraulically according to arrows 24 and 25, can be included in order to impose on the pipe 10 an adjustable radius of curvature.
  • the direction in which the thrust rollers 22 and 23 work can obviously be reversed.
  • this pipe passes through a vibrating apparatus 26 by means of which polarized vibrations are induced in the pipe.
  • the polarized vibrations are of the order of magnitude from about 5,000 to about 15,000 cycles per minute, the best results can thus be obtained.
  • the pipe By applying ultrasonic vibrations, the pipe can be drilled into the soil or removed from the soil without using liquid.
  • the amount of soil or core displaced by the steerable drilling head can be evacuated by the pipe 10 mechanically, pneumatically or hydraulically and be collected at the level of the drum 1, but this is not directly necessary in the drilling phase.
  • the control of the drilling head itself takes place from the drum 1 of the device by the use of electrical or hydraulic conduits or optical beams which are arranged in the pipe.
  • a single hose or endless bar even allows pressure pulse control.
  • the angle under which the drilling head moves can be continuously monitored and adjusted.
  • This angle at which the pipe 1 leaves the drum and enters the ground preferably has about 15 °.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour la réalisation d'un trou de forage dans le sol par l'utilisation d'un tuyau qui est pourvu, à une extrémité, d'une tête de forage, ledit dispositif comportant un tambour sur lequel ledit tuyau est enroulé et des moyens pour tourner le tambour dans un sens ou dans l'autre, ledit dispositif étant équipé d'un appareillage de redressement constitué par deux ensembles d'organes de pression, un appareillage de redressement pour le redressement du tuyau.
  • Dans le brevet US 2,548,616, est décrit un dispositif qui comporte effectivement un ensemble de galets redresseurs, d'ailleurs divisés en un premier groupe de galets à la sortie du tambour dérouleur et un second groupe de galets qui dressent le tuyau qui s'enfonce par son poids à la verticale dans le sol. Ce dispositif présente certains défauts comme le très grand encourbement que présentent les deux groupes de galets redresseurs et ce dispositif est incapable de réaliser des forages qui s'écartent de la verticale.
  • La présente invention a en effet pour objet de proposer un dispositif de forage dans lequel équipé d'un appareillage de redressement qui peut être orienté selon les besoins pour aménager des trous de forage aussi bien horizontaux que verticaux et dans lequel un appareillage de redressement assure à la fois le redressement et la courbure éventuelle du tuyau que son déplacement dans le sol.
  • Bien qu'absolument non limitée à l'application de trous de forage horizontaux, la description ci-après du dispositif et du procédé utilisé ici, du moins pour autant que celle-ci se fonde sur les dessins annexés, est axée sur l'aménagement d'un trou de forage horizontal.
  • Pour réaliser les objectifs ci-dessus le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que ledit appareillage de redressement présente un point d'articulation par rapport à un point fixe du dispositif.
  • Toujours selon l'invention ledit appareillage de redressement coopère avec des cylindres de pression supplémentaires permettant un pliage réglable ou un redressement supplémentaire du tuyau.
  • D'autres détails et avantages de l'invention apparaîtront de la description ci-après d'un dispositif pour la réalisation d'un trou de forage dans le sol et du procédé appliqué ici. La description est donnée uniquement à titre d'exemple et ne limite pas l'invention. Les chiffres de référence se rapportent aux figures annexées.
    • La figure 1 illustre une vue latérale schématique du dispositif suivant l'invention.
    • La figure 2 représente une vue latérale à échelle agrandie et également schématique de l'appareillage de redressement utilisé dans un dispositif suivant l'invention.
    • La figure 3 illustre à échelle encore plus grande deux pièces de l'appareillage de redressement suivant l'invention, qui coopèrent entre elles et avec un tuyau de forage.
  • Le dispositif représenté par ces figures comprend un tambour déplaçable et interchangeable 1 dont l'axe horizontal 2 repose dans des appuis 3 qui font eux-mêmes partie d'un châssis 4 qui a été dimensionné afin de pouvoir être transporté sur route et être monté sur place. Ce montage sur place du dispositif peut être effectué sur des fondations ou des blocs.
  • Un engrenage 6 est fixé sur l'axe 2 du tambour 1, de façon que l'entraînement dans l'un ou l'autre sens du tambour 1 puisse avoir lieu depuis le moteur 8 par l'intermédiaire de la chaîne 7.
  • Il est agencé concentriquement à l'axe 2 du tambour une plaque 9, qui est formée de manière cylindrique, qui forme un noyau et sur laquelle le tuyau de forage 10 est enroulé.
  • Le tuyau de forage peut présenter une longueur allant jusqu'à 4.000 m, de façon que celui-ci doive alors être enroulé en plusieurs couches sur le noyau ou la plaque cylindrique. De manière courante et en faisant appel à des moyens n'appartenant pas à l'invention, le tambour 1 doit pouvoir être déplacé le long de son axe central afin d'assurer que le tuyau de forage déroulé du tambour apparaisse toujours correctement dans le prolongement du tuyau déjà introduit par forage dans le sol.
  • Le tuyau de forage 10 peut être un tuyau simple mais il peut aussi être constitué de deux tuyaux concentriques. L'expression "tuyau" se rapporte donc à l'une de ces deux formes de réalisation. Le tuyau peut être constitué d'acier ou de plastique et il est pourvu, à son extrémité libre, d'une "taupe" ou tête de forage 11 dirigeable.
  • Le dispositif de forage et le procédé décrits ci-après à titre d'exemple se rapportent à un forage horizontal. Dans l'introduction, il a déjà été indiqué que des forage tant horizontaux que verticaux et/ou inclinés entrent en ligne de compte.
  • Le réglage du tuyau de forage 10, avec une tête de forage 11, sous l'angle de forage nécessaire a lieu en incluant un appareillage de redressement 12. Cet appareillage de redressement 12 est naturellement également utilisé lors du réenroulement du tuyau 10 sur le tambour 1.
  • L'appareillage de redressement 12 a également pour fonction d'introduire par forage, dans le sol et sous l'angle désiré, le tuyau de forage ou de l'en tirer.
  • L'appareillage de redressement 12 est constitué de deux ensembles d'organes de pression 13, 13', qui coopèrent entre eux et avec le tuyau de forage 10 et qui sont guidés sous la forme de chaînes sans fin par l'intermédiaire de roues 14, 14' et 15, 15'.
  • Les roues 14, 14' sont entraînées par moteur, tandis que les roues 15, 15' font office de roues de renvoi et les roues 16 et 16' sont déplacées par des cylindres hydrauliques non représentés et font office de tendeurs de chaîne. Des blocs de poussée 17 et 17' sont déplacés par des cylindres hydrauliques 18 en direction du tuyau 10 et exercent la pression nécessaire sur les organes de pression 13, 13'. Les blocs de poussée 13, 13' présentent, en section suivant un plan s'étendant normalement par rapport au tuyau 10, chaque fois un creux de forme arquée 19, dont le rayon de courbure correspond à celui du tuyau 10, de façon qu'un serrage solide du tuyau à redresser et à déplacer soit assuré.
  • L'appareillage de redressement entier appartient a un châssis lequel est représenté de manière purement théorique par le rectangle 20. Le châssis de l'appareillage qui vient d'être décrit présente par exemple un point d'articulation en 21. Des rouleaux de poussée 22 et 23, qui peuvent par exemple être déplacés hydrauliquement suivant les flèches 24 et 25, peuvent être inclus afin d'imposer au tuyau 10 un rayon de courbure réglable. Le sens dans lequel travaillent les rouleaux de poussée 22 et 23 peut évidemment être inverse.
  • Avant que le tuyau sortant de l'appareillage de redressement ne soit introduit par forage dans le sol ou après que celui-ci en est retiré, ce tuyau passe par un appareil à vibrer 26 au moyen duquel des vibrations polarisées sont induites dans le tuyau. Les vibrations polarisées sont d'un ordre de grandeur d'environ 5.000 à environ 15.000 cycles par minute, les meilleurs résultats pouvant ainsi être obtenus.
  • En appliquant des vibrations ultrasonores, la conduite peut être introduite par forage dans le sol ou retirée de celui-ci sans utiliser du liquide.
  • Par l'application de vibrations ultrasonores, l'utilisation d'eau, de bentonite ou d'air comprimé est réduite dans une forte mesure. La quantité de sol ou de noyau déplacée par la tête de forage dirigeable peut être évacuée par le tuyau 10 mécaniquement, pneumatiquement ou hydrauliquement et être recueillie à hauteur du tambour 1, mais ceci n'est pas directement nécessaire dans la phase de forage.
  • La commande de la tête de forage elle-même a lieu depuis le tambour 1 du dispositif par l'utilisation de conduites électriques ou hydrauliques ou de faisceaux optiques qui sont agencés dans le tuyau. Un seul tuyau ou une barre sans fin permet même une commande par impulsions de pression. Ainsi, l'angle sous lequel la tête de forage se déplace peut être continuellement contrôlé et réglé.
  • Cet angle sous lequel le tuyau 1 quitte le tambour et pénètre dans le sol comporte de préférence environ 15°.
  • Il ressort de la description donnée ci-dessus d'un dispositif de réalisation d'un trou de forage dans le sol suivant l'invention que le dispositif de forage entier peut être amené sur place et que le tambour peut être remplacé comme un tout lorsque l'usure apparaît. Par l'application de vibrations ultrasonores, l' usure apparaît remarquablement moins vite, ce qui rend évidemment le dispositif et le procédé suivant l'invention particulièrement attrayants.

Claims (4)

  1. Dispositif pour la réalisation d'un trou de forage dans le sol par l'utilisation d'un tuyau qui est pourvu, à une extrémité, d'une tête de forage, ledit dispositif comportant un tambour sur lequel ledit tuyau est enroulé et des moyens pour tourner le tambour dans un sens ou dans l'autre, ledit dispositif étant équipé d'un appareillage de redressement constitué par deux ensembles d'organes de pression, caractérisé en ce que ledit appareillage de redressement (12) présente un point d'articulation (21) par rapport à un point fixe du dispositif.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appareillage de redressement (12) coopère avec des cylindres de poussée supplémentaires (22, 23), permettant un pliage réglable ou un redressement du tuyau (10) supplémentaire.
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'appareillage de redressement est conçu par enserrer le tuyau et lui imprimer un effort suffisant pour provoquer le déplacement du tuyau dans le sol.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les organes de pression (13 - 13') de l'appareillage de redressement précité font partie d'une chaîne passant sur des blocs de poussée (17) soumis à l'action de cylindres hydrauliques (18) et chaque organe de pression (13 - 13') présentant en section suivant un plan qui s'étend normalement par rapport au tuyau à déplacer (10), un creux (19) dont le profil est adapté à celui dudit tuyau (10).
EP90201024A 1989-04-28 1990-04-24 Dispositif et procédé de réalisation d'un trou de forage dans le sol Expired - Lifetime EP0395167B1 (fr)

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