EP1900901A1 - Tubage flexible pour dispositif de foration par rotopercussion - Google Patents

Tubage flexible pour dispositif de foration par rotopercussion Download PDF

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EP1900901A1
EP1900901A1 EP07356108A EP07356108A EP1900901A1 EP 1900901 A1 EP1900901 A1 EP 1900901A1 EP 07356108 A EP07356108 A EP 07356108A EP 07356108 A EP07356108 A EP 07356108A EP 1900901 A1 EP1900901 A1 EP 1900901A1
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flexible
flexible tubing
casing
hydraulic hose
flexible casing
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EP07356108A
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Franck Leon
Frédéric Brongniart
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Sandvik Mining and Construction Oy
Sandvik Mining and Construction Lyon SAS
Original Assignee
Sandvik Mining and Construction Oy
Sandvik Mining and Construction Lyon SAS
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    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to drilling equipment used in underground work, particularly in mining operations. It relates, in particular, to roto-percussion drilling devices, of the kind known as "downhole hammer", used in low-elevation mine galleries, in particular for drilling holes in the "roof" of such galleries.
  • this invention relates to a flexible tubing, used to supply, in high pressure hydraulic fluid such as water, a downhole hammer as described, for example, in patent documents.
  • a downhole hammer comprises a generally cylindrical perforator body which is connected, by a flexible casing, to a high-pressure water pump, placed at a distance in particular on a carrier vehicle of low height.
  • Means for moving forward of the flexible casing are provided on the carrier vehicle, to transmit through this flexible casing a thrust to the drill body, the depth of the drilled hole being substantially equivalent to the driving stroke of the flexible casing .
  • means for rotating the flexible casing are provided on the carrier vehicle, to transmit through this casing an alternating or continuous rotation movement to the body of the perforator.
  • the flexible casing must, simultaneously, ensure the transmission of the thrust force (which may be greater than 2000 N) and the transmission of the rotational torque (of the order of 50 to 200 Nm) to the piercer body, as well as the transport of a hydraulic fluid under pressure.
  • the thrust force which may be greater than 2000 N
  • the rotational torque of the order of 50 to 200 Nm
  • the present invention aims to meet this need, and is therefore intended to provide a flexible device of specific design, for transmitting a thrust force and a torque, while ensuring the transport of the hydraulic fluid under pressure necessary for operation.
  • down-hole hammer this device remains composed of relatively common parts and materials so that it can be manufactured in a economical and can also be easily replaced after wear or degradation.
  • the subject of the invention is a flexible casing for a rotopercussion drill device, the flexible casing being provided for transmitting a thrust force and a rotation torque to a drill body, and for supplying the drill body with hydraulic fluid under pressure
  • this flexible casing being essentially characterized by the fact that it consists, outside or inside, of a hydraulic hose and, inside or outside as the case may be, a hose stapled, the ends of the flexible tubing being provided with connectors capable of transmitting the thrust force and the torque.
  • the external (or internal) hydraulic hose provides the seal, and the resistance to pressure, necessary for the transport of the hydraulic fluid, in particular water under high pressure, which is brought to the hammer down-hole to ensure the percussion function.
  • This hydraulic hose outside (or inside) advantageously has conventional structure, with one, two or more braids.
  • the inner (or outer) stapled pipe provides the flexible tubing with the rigidity necessary to transmit the thrust and rotational torque used for drilling, even on a bent path of the flexible tubing.
  • a stapled pipe is a kind of helical spring whose turns are flat and contiguous, these turns being secured to each other by their edges.
  • connections located at the ends of the flexible casing, are necessary for the connection of the flexible casing to the motorized means of rotating drive on the one hand, and the hammer downhole, on the other hand.
  • a rigid connection is provided between a portion of each fitting and the corresponding end of the stapled pipe.
  • each connection comprises an outer annular connection end, a cylindrical insert engaged inside the stapled pipe itself, and an outer skirt fitted around the inside. end of the hydraulic hose here outside.
  • FIG. 1 represents a section of a flexible casing, designated as a whole by the reference 2, this figure showing more particularly the region of one end of the flexible casing 2.
  • the flexible casing 2 has a diameter of less than 30 mm, and here it consists of a conventional hydraulic hose 3 on the outside, and a stapled type pipe 4 on the inside.
  • the hydraulic hose 3, which can be two, three or four braids, provides the seal and the resistance to pressure necessary for the transport of hydraulic fluid, such as water under high pressure, which feeds a hammer. hole 5 (see Figure 2).
  • the stapled pipe 4 provides the flexible tubing 2 the rigidity necessary to transmit the hammer down the thrust force and the torque.
  • each connector 6 comprises an outer annular connecting piece 7, a cylindrical insert 8 engaged inside the stapled tube 4, and an outer skirt 9 fitted around the end of the hydraulic hose 3.
  • the connection 6 thus formed has a rigid connection with the stapled pipe 4, which allows the transmission of the thrust force and the rotational torque by the intermediate of this connection 6, in particular to transmit this thrust force and torque to the hammer down the hole 5.
  • FIG. 2 illustrates, very schematically and by way of example, a rotopercussion drilling device using the flexible casing 2 previously described.
  • This drilling device comprises a carrier vehicle 10, having a frame 11 and wheels 12, which allow it to move in a mine gallery 13 which can be of low height H.
  • a mobile platform 14 On the chassis 11 of the vehicle 10 is mounted a mobile platform 14, movable in translation in the direction of the length of the frame 11.
  • the mobile platform 14 carries a water pump 15 under high pressure which is connected by the casing flexible 2, hammer down hole 5 which, in use, is brought to the location of the hole to be drilled, especially at the "roof" of the mine gallery 13.
  • a solenoid valve 16 allowing the passage of water under high pressure to the casing 2, and motorized means 17 for rotating the flexible casing 2.

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Abstract

Le tubage flexible (2) est prévu pour transmettre un effort de poussée et un couple de rotation à un corps de perforatrice, et pour alimenter le corps de perforatrice en fluide hydraulique sous pression. Ce tubage flexible (2) se compose, à l'extérieur ou à l'intérieur, d'un flexible hydraulique (3) et, à l'intérieur ou à l'extérieur selon le cas, d'un tuyau agrafé (4). Il comporte, à ses extrémités, des raccords (6) aptes à transmettre l'effort de poussée et le couple de rotation. L'invention s'applique aux dispositifs de foration par rotopercussion utilisant un "marteau fond de trou", pour travaux miniers.

Description

  • La présente invention concerne les matériels de foration, utilisés lors de travaux souterrains en particulier dans les exploitations minières. Elle se rapporte, en particulier, aux dispositifs de foration par rotopercussion, du genre connu sous la désignation "marteau fond de trou", utilisés dans des galeries de mine de faible hauteur, notamment pour la foration de trous dans le "toit" de telles galeries.
  • Encore plus particulièrement, cette invention se rapporte à un tubage flexible, utilisé pour alimenter, en fluide hydraulique sous haute pression tel que de l'eau, un marteau fond de trou tel que décrit, par exemple, dans les documents de brevet EP 0 394 255 B1 , EP 0 534 806 B1 et EP 0 733 152 B1 . Un tel marteau fond de trou comporte un corps de perforatrice de forme générale cylindrique qui est relié, par un tubage flexible, à une pompe à eau sous haute pression, placée à distance notamment sur un véhicule porteur de faible hauteur.
  • Des moyens de déplacement en avant du tubage flexible sont prévus sur le véhicule porteur, pour transmettre par l'intermédiaire de ce tubage flexible une poussée au corps de perforatrice, la profondeur du trou foré étant sensiblement équivalente à la course d'entraînement du tubage flexible. En outre, des moyens d'entraînement en rotation du tubage flexible sont prévus sur le véhicule porteur, pour transmettre par l'intermédiaire de ce tubage un mouvement de rotation alternatif ou continu au corps de perforatrice.
  • Ainsi, le tubage flexible doit, simultanément, assurer la transmission de l'effort de poussée (qui peut être supérieur à 2000 N) et la transmission du couple de rotation (de l'ordre de 50 à 200 Nm) au corps de perforatrice, ainsi que le transport d'un fluide hydraulique sous pression. Il n'existe, à l'heure actuelle, aucun dispositif flexible pouvant réaliser de façon satisfaisante ces trois fonctions, donc adapté à l'application ici concernée. En particulier, si l'on utilise un flexible hydraulique classique, dont les raccords terminaux sont sertis sur un tuyau en caoutchouc, ce flexible ne supporterait pas un couple de rotation important.
  • La présente invention vise à satisfaire ce besoin, et elle a donc pour but de fournir un dispositif flexible de conception spécifique, permettant de transmettre un effort de poussée et un couple de rotation, tout en assurant le transport du fluide hydraulique sous pression nécessaire au fonctionnement du marteau fond de trou, ce dispositif restant composé de pièces et matières relativement courantes de manière à pouvoir être fabriqué de façon économique et à pouvoir aussi être remplacé aisément après usure ou dégradation.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un tubage flexible pour dispositif de foration par rotopercussion, le tubage flexible étant prévu pour transmettre un effort de poussée et un couple de rotation à un corps de perforatrice, et pour alimenter le corps de perforatrice en fluide hydraulique sous pression, ce tubage flexible étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il se compose, à l'extérieur ou à l'intérieur, d'un flexible hydraulique et, à l'intérieur ou à l'extérieur selon le cas, d'un tuyau agrafé, les extrémités du tubage flexible étant pourvues de raccords aptes à transmettre l'effort de poussée et le couple de rotation.
  • Dans ce tubage flexible, le flexible hydraulique extérieur (ou intérieur) apporte l'étanchéité, et la résistance à la pression, nécessaires au transport du fluide hydraulique notamment de l'eau sous haute pression, qui est amené au marteau fond de trou pour assurer la fonction de percussion. Ce flexible hydraulique extérieur (ou intérieur) possède avantageusement structure classique, avec une, deux ou plusieurs tresses.
  • Le tuyau agrafé intérieur (ou extérieur) apporte au tubage flexible la rigidité nécessaire pour transmettre l'effort de poussée et le couple de rotation utilisés pour la foration, même sur un trajet coudé du tubage flexible. Il est rappelé qu'un tuyau agrafé est une sorte de ressort hélicoïdal dont les spires sont plates et jointives, ces spires étant solidarisés entre elles par leurs bords.
  • Les raccords, situés aux extrémités du tubage flexible, sont nécessaires au raccordement du tubage flexible aux moyens motorisés d'entraînement en rotation d'une part, et au marteau fond de trou, d'autre part. Afin de transmettre l'effort de poussée et le couple de rotation par l'intermédiaire des raccords, il est prévu une liaison rigide entre une partie de chaque raccord et l'extrémité correspondante du tuyau agrafé.
  • Dans un mode de réalisation préféré du tubage flexible objet de l'invention, chaque raccord comprend un embout annulaire extérieur de raccordement, un insert cylindrique engagé à l'intérieur du tuyau agrafé lui-même intérieur, et une jupe extérieure emboîtée autour de l'extrémité du flexible hydraulique ici extérieur.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce tubage flexible pour dispositif de foration par rotopercussion :
    • Figure 1 est une vue partielle d'un tubage flexible conforme à la présente invention, vu en coupe passant par son axe ;
    • Figure 2 illustre une utilisation de ce tubage flexible, sur un dispositif de foration par rotopercussion.
  • La figure 1 représente un tronçon d'un tubage flexible, désigné dans son ensemble par la référence 2, cette figure montrant plus particulièrement la région d'une extrémité du tubage flexible 2.
  • Dans sa partie courante, le tubage flexible 2 possède un diamètre inférieur à 30 mm, et il se compose ici d'un flexible hydraulique classique 3 à l'extérieur, et d'un tuyau de type agrafé 4 à l'intérieur. Le flexible hydraulique 3, qui peut être à deux, trois ou quatre tresses, procure l'étanchéité et la résistance à la pression, nécessaires au transport du fluide hydraulique, tel que de l'eau sous haute pression, qui alimente un marteau fond de trou 5 (voir figure 2).
  • Le tuyau agrafé 4 procure au tubage flexible 2 la rigidité nécessaire pour transmettre au marteau fond de trou 5 l'effort de poussée et le couple de rotation.
  • Aux deux extrémités du tubage flexible 2 sont prévus des raccords 6, dont l'un est visible sur la figure 1. Chaque raccord 6 comprend un embout annulaire extérieur de raccordement 7, un insert cylindrique 8 engagé à l'intérieur du tuyau agrafé 4, et une jupe extérieure 9 emboîtée autour de l'extrémité du flexible hydraulique 3. Le raccord 6 ainsi constitué possède une liaison rigide avec le tuyau agrafé 4, ce qui permet la transmission de l'effort de poussée et du couple de rotation par l'intermédiaire de ce raccord 6, notamment pour transmettre cet effort de poussée et ce couple au marteau fond de trou 5.
  • La figure 2 illustre, très schématiquement et à titre d'exemple, un dispositif de foration par rotopercussion utilisant le tubage flexible 2 précédemment décrit. Ce dispositif de foration comprend un véhicule porteur 10, possédant un châssis 11 et des roues 12, qui lui permettent de se déplacer dans une galerie de mine 13 pouvant être de faible hauteur H. Sur le châssis 11 du véhicule 10 est montée une plateforme mobile 14, déplaçable en translation dans le sens de la longueur du châssis 11. La plateforme mobile 14 porte une pompe à eau 15 sous haute pression qui est reliée, par le tubage flexible 2, au marteau fond de trou 5 lequel, en cours d'utilisation, est amené à l'emplacement du trou à forer, notamment au niveau du "toit" de la galerie de mine 13.
  • Au point de départ du tubage flexible 2, sont prévus une électrovanne 16 autorisant le passage de l'eau sous haute pression vers le tubage 2, et des moyens motorisés 17 d'entraînement en rotation du tubage flexible 2.
  • Dans le cas présent, le premier raccord 6 du tubage flexible 2 est raccordé aux moyens motorisés 17 d'entraînement en rotation de ce tubage flexible 2. Le second raccord 6 du tubage flexible 2 est raccordé à l'extrémité arrière du corps de perforatrice appartenant au marteau fond de trou 5. Ainsi, le tubage flexible 2 assure, avec ses raccords 6, la transmission vers le marteau fond de trou 5 :
    • de l'effort de poussée F exercé par le déplacement en translation motorisé de la plateforme mobile 14 ; et
    • du couple de rotation C imparti par les moyens motorisés 17.
  • L'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications annexées :
    • par une inversion de disposition, dans la structure du tube flexible, le flexible hydraulique occupant dans ce cas une position intérieure (et non plus extérieure), et ie tuyau agrafé occupant alors une position extérieure (et non plus intérieure) ;
    • par des modifications de détail, concernant par exemple la constitution des raccords du tubage flexible, notamment ses embouts qui peuvent être de tout type ;
    • par l'adaptation de ce tubage flexible à des dispositifs de foration par rotopercussion de divers types, en ce qui concerne tant le marteau fond de trou que le système d'alimentation en fluide sous pression et d'avance, la plateforme mobile en translation étant en particulier remplaçable par un dérouleur monté sur le véhicule porteur et provoquant l'avance du tubage flexible ;
    • enfin, dans le même ordre d'idées, en remplaçant la plateforme mobile par une glissière de foration classique, auquel cas l'ensemble constitué par les moyens d'entraînement en rotation, le tubage flexible et le marteau fond de trou peut se déplacer sur la glissière.

Claims (5)

  1. Tubage flexible (2) pour dispositif de foration par rotopercussion, le tubage flexible (2) étant prévu pour transmettre un effort de poussée (F) et un couple de rotation (C) à un corps de perforatrice (5), et pour alimenter le corps de perforatrice (5) en fluide hydraulique sous pression (P), caractérisé en ce qu'il se compose, à l'extérieur ou à l'intérieur, d'un flexible hydraulique (3) et, à l'intérieur ou à l'extérieur selon le cas, d'un tuyau agrafé (4), les extrémités du tubage flexible (2) étant pourvues de raccords (6) aptes à transmettre l'effort de poussée (F) et le couple de rotation (C).
  2. Tubage flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flexible hydraulique extérieur (3) ou intérieur possède une structure avec une, deux ou plusieurs tresses.
  3. Tubage flexible selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu une liaison rigide entre une partie (8) de chaque raccord (6) et l'extrémité correspondante du tuyau agrafé (4).
  4. Tubage flexible selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque raccord (6) comprend un embout extérieur de raccordement (7), un insert cylindrique (8) engagé à l'intérieur du tuyau agrafé (4) lui-même intérieur, et une jupe extérieure (9) emboîtée autour de l'extrémité du flexible hydraulique (3) ici extérieur.
  5. Utilisation du tubage flexible (2) selon l'une des revendications 1 à 4 dans un dispositif de foration par rotopercussion qui comporte une perforatrice (5) reliée, par le tubage flexible (2), à une pompe à eau (15) sous haute pression, des moyens motorisés (17) étant en outre prévus pour l'entraînement en rotation du tubage flexible (2).
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