FR2522058A1 - Sondeuse pour forage par rotation avec circulation inverse, comprenant, a proximite de la bouche de forage, un dispositif d'evacuation des debris de forage - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES TECHNIQUES DE FORAGE DU SOL. LA SONDEUSE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISEE NOTAMMENT EN CE QU'ELLE EST EQUIPEE D'UN DISPOSITIF 7 POUR L'EVACUATION DE LA PULPE, COMPRENANT UN CORPS ANNULAIRE CREUX 10 AVEC UNE LUMIERE CIRCULAIRE 11 DANS SA PAROI INTERIEURE, MONTE SUR UNE DOUILLE 12 POUVANT TOURNER PAR RAPPORT A LUI ET AYANT UN TROU RADIAL 13 SITUE EN REGARD DE LA LUMIERE 11, LA TIGE 4 D'ENTRAINEMENT PASSANT A TRAVERS LADITE DOUILLE 12 AVEC POSSIBILITE DE COULISSEMENT AXIAL ET AYANT UNE RAINURE LONGITUDINALE 14 DONT LA LONGUEUR EST PLUS GRANDE QUE SA COURSE. L'INVENTION TROUVE DES APPLICATIONS NOTAMMENT DANS LE DOMAINE DES FORAGES HYDROGEOLOGIQUES, DE PROSPECTION ET D'EXPLOITATION.

Description

La présente invention concerne le domaine du forage, de préférence de grand diamètre, par rotation (rotary)avec circulation inverse, et a notamment pour objet une sondeuse à table de rotation et à appareil de rotation mobile.

Ladite sondeuse peut trouver des applications étendues dans l'exécution des forages hydrogéologiques, de prospection et d'exploitation, ainsi que d'autres forages de différents diamètres dans l'industrie minière, l'agriculture et la bonification des terres.

Les sondeuses connues pour le forage par rotation avec circulation inverse sont utilisées avec divers systèmes de circulation du liquide injecté : à trompes à eau, à pompes centrifuge, à ascension à l'air(nairlift").

On connatt une sondeuse pour le forage par rotation avec circulation inverse assurée par des trompes à eau. La sondeuse comprend une pompe centrifuge de forage, une table de rotation, une tige d'entratnement, deux raccords tournants (tête dtinjection et presse étoupez avec un flexible de retour et un train de tiges de forage avec le trépan.

La circulation du liquide et la remontée de la pulpe dans le forage sont obtenues dans la sondeuse connue en alimentant la trompe à eau en liquide sous pression à travers l'un des raccords tournants, et en faisant débiter la trompe dans les tiges de forage, les débris de roche remontant dans le train de tiges conjointement avec le liquide sous forme de pulpe, sous l'action de la dépression produite par la trompe à eau et de la pression du liquide autour du train de tiges, et passant à travers le second raccord tournant et par le flexible de retour pour aller à un décanteur, où les gros débris se déposent, après quoi le liquide revient par gravité dans l'espace annulaire du forage.

On connatt aussi une sondeuse pour le forage par rotation avec circulation inverse assurée par un système ascension à l'air, comprenant un compresseur, des raccords tournants, un train de tiges de forage avec un émulseur d'ascension à l'air , une tige d'entratnement et un trépan.

Le principe de fonctionnement de cette sondeuse connue consiste à injecter de l'air comprimé dans ltémulsseur d'ascension à l'air et, à travers celui-ci, dans le train de tiges, la remontée de la pulpe s'effectuant sous l'action de la différence entre la pression régnant dans.l'espace annulaire et celle régnant dans le canal des tiges.

Un trait essentiel des sondeuses connues est la disposition du raccord tournant. Par exemple, dans les sondeuses à table de rotation, le raccord tournant (touret) est situé au-dessus de la tige d'entraSnement et suspendu au moufle mobile de la sondeuse, tandis que dans les sondeuses à appareil de rotation mobile, le raccord tournant se trouve entre l'appareil de rotation et le train de tiges, et il est suspendu à la broche de l'appareil de rotation, lequel transmet la rotation à ladite broche.

Au cours du forage, le raccord tournant ou les raccords tournants se déplacent entre deux positions extrdmes, situées l'une par rapport à l'autre à une distance égale à la course de la tige d'entratnement ou à la course de l'appareil de rotation mobile.

Le rajout des tiges de forage dans les sondeuses connues à table de rotation s'effectue verticalement.

Un inconvénient commun des sondeuses connues pour le forage par rotation réside dans les dépenses improductives d'énergie, liées à la nécessité de la remontée de la pulpe jusqu'à la hauteur à laquelle se trouve le raccord tournant (touret) au-dessus de la bouche du forage, et de la transmission de cette pulpe du raccord tournant au décanteur par le flexible de retour, le raccord, après chaque rajout d'une tige de forage, se déplaçant de la position basse à la position haute.

Une autre particularité des sondeuses connues réside dans les dépenses improductives nécessitées par les opérations auxiliaires liées au rajout vertical des tiges de forage, consistant à remonter le train de tiges de la hauteur d'une tige constitutive, à extraire la tige d'entratnement de la table de rotation, à désolidariser la tige d'entratnement d'avec le train de tiges, à éloigner la tige d'entrainement avec les raccords tournants de la bouche du forage, à soulever et à solidariser la tige de forage suivante avec le train de tiges, à redescendre le train de tiges dans le forage, à ramener la tige d'entrainement à la bouche du forage et, enfin, à la solidariser avec le train de tiges.

Les opérations liées à l'éloignement de la tige d'entrainement avec le raccord par rapport à la bouche du forage et à son retour à cette bouche sont celles qui exigent le plus de main-d'oeuvre et le plus de temps dans les sondeuses connues.

On s'est donc proposé de créer une sondeuse pour le forage par rotation, dans laquelle la conception de la sonde serait telle qu'elle permettrait de supprimer la remontée de la pulpe au-dessus de la bouche du forage de la hauteur de la course par cycle de la sonde et, de la sorte, d'accroitre la vitesse opératoire et le rendement de la sondeuse.

Ce problème est résolu du fait que, dans la sondeuse pour le forage par rotation avec circulation inverse, du type comprenant un train de tiges accouplé à sa partie inférieure à un trépan, et à sa partie supérieure, par l'intermédiaire d'une tige d'entratnement, à un raccord tournant qui est relié à une pompé de forage et à un compresseur pour l'injection de liquide et d'air dans le forage et la mise en circulation du liquide, à une table ou un appareil de rotation pour la transmission du couple moteur au train de tiges, et à un flexible de retour pour l'évacuation de la pulpe, il est prévu, d'après l'inven- tion, un dispositif pour l'évacuation de la pulpe, comprenant un corps annulaire creux avec une lumière circulaire dans sa paroi intérieure, monté sur une douille pouvant tourner par rapport à lui et ayant un trou radial situé en regard de ladite lumière, la tige d'entratnement passant à travers ladite douille avec possibilité de coulissement axial et ayant une rainure longitudinale dont la longueur est plus grande que sa course, ainsi qu'une tubulure télescopique montée à l'intérieur de la tige d'entrainement, un bout de cette tubulure étant raccordé au bout de la tige d'entrainement situé du côté du train de tiges, de telle façon qu'elle soit en communication avec le canal du train de titres, son second bout portant un coude dont un bout passe à travers la rainure longitudinale de la tige d'entratnement et est fixé dans le trou radial de la douille, en mettant ainsi en communication le canal du train de tiges avec la cavité du dispositif pour l'évacuation de la pulpe, lequel est équipé d'une tubulure de retour mise en communication avec le flexible d'évacuation de la pulpe, et la longueur des éléments dela tubulure télescopique étant telle que sa longueur totale en extension soit égale à la course de la tige d'entraînement,
Une telle réalisation de la sondeuse pe7tMet de monter le dispositif pour l'évacuation de la pulpe de telle façon que, au cours du forage, il soit à proximité de la bouche du forage, et de supprimer la la sorte les dépenses d'énergie improductives liées à la remontée de la pulpe au-dessus de la bouche du forage jusqu'au raccord tournant, ainsi qu'à sa transmission du raccord tournant au décanteur par le flexible de retour.

Grtce à l'invention, les dépenses d'énergie peuvent être abaissées de 1,1 à 1,5 fois, selon la profondeur prévue du forage, et la vitesseqpératoire de la sondeuse augmente par suite de la réduction de la hauteur moyenne de remontée de la pulpe au cours du forage. En outre, en cas de remontéeperascension à l'air, le fonctionnement de l'émulseur d'ascension à l'air sera optimal, avec une consommation minimale d'air comprimé pourla remontée d'un mètre cube de pulpe.

Il est avantageux, dans le cas d'une sondeuse à table de rotation entourant la tige d'entrainement et agissant sur celle-ci par l'intermédiaire d'un coussinet scindé pour l'entratner en rotation, de réaliser la tige d'entratnement de section ronde sur toute sa longueur et de la placer avec excentration par rapport à l'axe de rotation du train de tiges, de placer le coussinet dans la table de rotation avec excentration par rapport à la tige d'entratnement, de telle façon que son axe de rotation soit confondu avec l'axe de rotation du train de tiges, et de réaliser la rainure longitudinale de la tige d'entrafnement du cbt où son rayon de rotation est le plus petit par rapport à l'axe du train de tiges, de doter la partie du coussinet orienhlevers la rainure de la tige d'entrainement, d'une saillie s'engageant dans la rainure et coopérant avec elle pour transmettre le couple moteur à la tige d'entratnement, ainsi que d'équiper la table de rotation de moyens assurant le possitionnement du dispositif pour l'évacuation de la pulpe sur elle.

Une telle réalisation de la tige d'entratnement et le positionnement du dispositif pour l'évacuation de la pulpe permettent d'accroltre la capacité de charge du tube d'entratnement tout en réduisant son encombrement à un minimum, ainsi que d'élever la fiabilité de la sonde.

Il est souhaitable, dans le cas d'une sondeuse à appareil de rotation mobile, équipée d'une broche d'entratnement accouplée à l'arbre du raccord tournant pour la transmission du couple moteur à la tige d'entrai- nement et d'un porte-tiges entourant la tige d'entrainement et fixé au-dessus de la bouche du forage, d'équiper le porte-tiges de moyens assurant le positionnement du dispositif pour l'évacuation de la pulpe sur lui.

Le positionnement du dispositif pour l'évacuation de la pulpe au-dessus du porte-tiges, qui est fixé au mat de la sondeuse directement au-dessus du forage, permet de rapprocher au maximum le dispositif pour l'évacuation de la pulpe.de la bouche du forage, et par cela-meme, d'améliorer les régimes de circulation, d'accrottre la vitesse opératoire de la sondeuse, d'abais ser les dépenses d'énergie et d'augmenter le rendement de la sondeuse.

Il est avantageux aussi que la tubulure de retour soit reliée au flexible de retour par l'intermédiaire d'une tubulure de raccordement, fixée au flexible de retour, dans lequel la tubulure est engagée avec un joint d'étanchéité, en formant ainsi une jonction à démontage rapide.

Une telle réalisation permet de supprimer les opérations auxiliaires et les dépenses de main-d'oeuvre liées à la montée et à la descente du flexible de retour, dont la longueur dans les installations connues dépasse 15 à 20 mètres.

Il est souhaitable d'équiper la tige d'entratnement, à sa partie inférieure, d'un dispositif de rajout horizontal des tiges de forage, réalisé sous la forme de deux éléments tubulaires, liés entre eux par une articulation, l'un des éléments étant adapté pour la fixation à la tige d'entrainement, et l'autre, au train de tiges, ainsi que d'une tubulure coulissante placée dans ces éléments et adaptée pour occuper deux positions, dans l'une desquelles elle se trouve engagée dans les deux éléments tubulaires en assurant leur verrouillage relatif rigide et en mettant les tiges de forage en communication avec la tige d'entraînement, et que dans l'autre position, elle soit dégagée de l'un des éléments en permettant le basculement relatif d'un élément par rapport à l'autre autour de l'articulation.

Le fait que la tige d'entratnement soit équipe d'un dispositif de rajout horizontal permet de supprimer les opérations auxiliaires exigeant le plus de main-d'oeuvre et liées à l'éloignement latéral du raccord tournant et de la tige d'entralnement par rapport à la bouche du forage.

Il est aussi avantageux de monter fixe sur la tubulure coulissante du dispositif de rajout horizontal des tiges de forage, un piston annulaire coopérant avec la surface intérieure de l'un des éléments tubulaires, sur lequel est réalisée une saillie annulaire limitant la chambre annulaire située au-dessous du piston et communiquant avec une conduite pour sa liaison par l'intermédiaire du raccord tournant à un compresseur, afin de dégager la tubulure coulissante de l'autre élément tubulaire quand l'air comprimé est admis dans la chambre située au-dessous du piston, la tubulure coulissante étantdotée d'un système à ressort pour son réengagement dans l'autre élément tubulaire quand l'air comprimé n'est plus admis à la chambre située au-dessous du piston.

Une telle réalisation du dispositif pour le rajout horizontal permet de co mmander le processus de verrouillage et déverrouillage du dispositif automatiquement, par admission et coupure de l'admission d'air comprimé.

Il est recommandé de monter à l'extérieur de la tubulure coulissante un manchon d'accouplement coulissant, coopérant avec le système à ressort et la tubulure coulissante pour son retour à la position accouplée au second élément tubulaire, un chambrage étant réalisé dans ce second élément tubulaire et le bout inférieur du manchon venant se loger dans ce chambrage lors de l'accouplement des éléments tubulaires entre eux.

Le fait d'équiper la tubulure coulissante d'un manchon d'accouplement sollicité par des ressorts assure un fonctionnement fiable du dispositif, grâce au fait que le manchon d'accouplement est séparé de la tubulure coulissante assurant la fermeture étanche.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels ::
- la figure 1 représente une vue d'ensemble d'une sondeuse conforme à l'invention, avec sa table de rotation
- la figure 2 représente une vue d'ensemble d'une sondeuse conforme à l'invention, avec son appareil de rotation mobile
- la figure 3 montre la position de la sonde à la fin de la course de la tige d'entratnement
- la figure 4 représente une vue d'ensemble de la sonde avec coupe longitudinale partielle
- la figure 5 représente la tige d'entratnement en coupe longitudinale
- la figure 6 représente une coupe suivant VI-VI de la figure 5
- la figure 7 représente une vue en coupe du système de positionnement du dispositif pour l'évacuation de la pulpe dans le porte-tiges
- la figure 8 représente une coupe suivant VIII
VIII de la figure 2
- la figure 9 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de rajout horizontal à commande nanuelle
- la figure 10 représente une vue d'ensemble d'un dispositif de rajout horizontal à commande pneumatique
- la figure Il représente une coupe suivant XI-XI de la figure 10, l'articulation étant montée convention nellesenten position rabattue
- la figure 12 représente schématiquement un trépan à éjecteur incorporé, avec coupe partielle.

La sondeuse faisant l'objet dé l'invention est destinée au forage avec circulation inverse assurée par différents systèmes de pompage : à l'aide de trompes à eau et de systèmes d'ascension à l'air , la trompe à eau étant réalisée sous forme d'un éjecteur annulaire situé dans le trépan et relié par une conduite via la tige d'entratnement à un raccord tournant, et l'émulseur d'ascension à l'air étant fixé au train de tiges.

La trompe à eau est utilisée jusqu'au chargement optimal dudit émulseur dans le forage.

La sondeuse conforme à l'invention, à table de rotation, comprend un compresseur 1 (figure 1), une pompe 2 de forage, une table 3 de rotation entourant la tige 4 d'entraînement et à la partie supérieure de laquelle est assemblé un raccord tournant 5 (tête d'injection) raccordé par des flexibles au compresseur i et à la pompe 2 de forage. Le raccord tournant 5 est suspendu au moufle mobile de la sondeuse et mis en communication avec le train 6 de tiges par la tige 4 d'entrainement.

Un dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe est monté sur la table 3 de rotation.

Dans le cas d'une sondeuse à appareil 8 (figure 2) de rotation mobile, l'engin comporte un porte-tiges 9.

Au cours du forage, à chaque rallongement du train 6 de tiges, le raccord tournant 5 effectue une course de sa position haute (figure i) à sa position basse (figure 3).

Pendant le forage, le dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe reste en permanence au-dessus de la table de rotation
(figure 1) ou au-dessus du porte-tiges (figure 2), aussi la distance parcourue par la pulpe du front de taille au décanteur est-elle minimale. De ce fait, les dépenses d'énergie et de liquide de circulation pour la remontée de la pulpe du front d'attaque du forage sont réduites.

Dans les sondeuses connues, le déplacement de la pulpe de la bouche du forage jusqu'au raccord tournant de pulpe, c'est-à-dire au-dessus du forage, entraine des dépenses supplémentaires d'énergie et de liquide de circulation, dépenses qui sont en substance improductives.

Selon la profondeur du forage et la hauteur de remontée de la pulpe au-dessus de la bouche du forage, la réduction des dépenses improductives peut atteindre 15 à 50 % des dépenses totales. En outre, la réduction de la hauteur de remontée de la pulpe au-dessus du niveau du liquide de circulation dans le forage accrott le rendement de la sondeuse, et celle-ci fonctionnera à un régime optimal.

Le dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe comprend un corps 10 (figure 4) avec une lumière circulaire Il dans sa paroi intérieure, et une douille 12 qui est montée sur des paliers et a un trou radial 13 réalisé en regard de la lumière 11.

La tige 4 d'entraînement passe à travers la douille 12 et a Une rainure longitudinale 14 débouchante. La longueur de la rainure 14 correspond à la course de la tige 4 d'entraînement.

La tige 4 d'entraînement est équipe dtune tubulure t8lescopique 15 (figure 5) placée à l'intérieur et constituée par des éléments 16, 17, 18. L'élément 16 est solidaire du bout inférieur de la tige 4 d'entraînement et mis en communication avec le train 6 de tiges.

L'élément 18 est assemblé à un bout d'un coude 19 dont le second bout est engagé dans la rainure longitudinale 14 et fixé dans le trou radial 13 de la douille 12.

La longueur des éléments de la tubulure télescopique 15 en extension est égale à la longueur de course de la tige 4 a'entraînement. Ceci rend possible la course de la tige 4 d'entraînement avec position fixe du dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe à un niveau déterminé au-dessus de la bouche du forage, ce qui accroît la fiabilité de la sondeuse.

La sondeuse à table de rotation est équipée d'un coussinet 20 (figure 5) qui entoure la tige 4 d'entraînement et transmet le couple moteur de la table 3 de rotation à la tige 4 d'entraînement.

La tige 4 d'entraînement est excentrée par rapport à l'axe de rotation du train 6 de tiges.

Le coussinet 20 (figure 6) est emboîté dans la table 3 de rotation avec excentation par rapport à la tige 4 d'entraînement, de telle façon que son axe de rotation coïncide avec l'axe de rotation du train de tiges, et la rainure longitudinale 14(figure 4) est réalisée du cbté du plus petit rayon de rotation par rapport à l'axe du train 6 de tiges.

La partie du coussinet 20 qui est située vis-à-vis de la rainure comporte une saillie 21 (figure 6) qui s'engage dans la rainure longitudinale 14.

La disposition excentrée de la tige 4 d'entrarne- ment et du coussinet 20, ainsi que la saillie 21 du coussinet 20, assurent la transmission du couple moteur à la tige 4 d'entraînement, dont l'encombrement est réduit à un minimum et qui est de section ronde.

Sur la table 3 de rotation est fixé un mécanisme 22 de positionnement du dispositif 7 (figures 4, 7) pour l'évacuation de la pulpe, comprenant des butées 23 (figure 7) à ressort.

Dans les sondeuses à appareil 8 (figure 2) de rotation mobile, la tige 24 d'entraînement peut être disposée concentriquement par rapport à l'axe de rotation du train de tiges (figure 8).

L'appareil 8 (figure 2) de rotation comporte une broche 25 d'entraînement, accouplée à l'arbre 26 du raccord tournant pour la transmission du couple moteur au train 6 de tiges.

Le dispositif 7 (figure 4) pour l'évacuation de la pulpe comporte une tubulure 27 de retour, qui, pendant le forage, est engagé dans une tubulure de raccordement 28 fixée au flexible 29 de retour. Le flexible 29 de retour et la tubulure 28 de raccordement sont fixés à la table 3 de rotation ou au porte-tiges 9- (figure 2), ce qui permet de réduire au maximum le parcours de la pulpe du front de taille du forage au décanteur.

Dans les sondeuses à appareil de rotation mobile (figure 2), le parcours de la pulpe du front de taille du forage au décanteur est notablement réduit, car, dans de telles sondeuses, le porte-tiges est monté directement au-dessus de la bouche du puits, et il devient possible d'avoir un parcours minimal du front de taille du forage au décanteur, c'est-à-dire de supprimer complètement les dépenses improductives, ainsi que d'assurer des conditions optimales pour l'utilisation des systèmes de circulation, surtout pour l'utilisationdhsybme dbscenssn à l'air. Le débit spécifique du système d'ascension à l'air est plus grand que celui des systèmes connus de 1,5 à 2 fois, selon la profondeur du forage, et le rendement de toute la sondeuse s'accroit.

La tubulure 28 (figure 4) de raccordement comporte un élément 30 d'étanchéité.

La tige 4, 24 d'entraînement est équipée à sa partie inférieure d'un dispositif 31 (figures 1, 2) de rajout horizontal des tiges de forage. Ce dispositif 31 (figure 9) se compose de deux éléments tubulaires 32, 33 liés l'un à l'autre par une articulation 34.

L'élément tubulaire supérieur 32 est solidaire de la tige 4, 24 d'entraînement, et l'élément tubulaire inférieur 33 est assemblé au train 6 de tiges. A l'intérieur des éléments tubulaires 32, 33 il y a une tubulure coulissante 35 pouvant occuper deux positions lors de l'utilisation.

Dans l'une de ces positions, elle verrouille ensemble les daux éléments 32, 33 en les bloquant en position l'un par rapport à l'autre, et met le train de tiges en communication avec la tige d'entraînement. Dans l'autre ppsition, la tubulure 35 est dégagée de l'élément tubulaire supérieur 32,ce qui permet leur basculement autour de l'articulation 34.

L'articulation 34 est constituée par un axe d'assemblage 36 liant les oeillets des éléments 32, 33.

La tubulure coulissante 35 est rappelée par un ressort 37.

L'emploi d'un dispositif de rajout horizontal rend la sonde de la sondeuse conforme à l'invention universelle pour les sondeuses à table de rotation et à appareil de rotation mobile, car les sondeuses connues à table de rotation sont adaptées seulement pour le rajout vertical, tandis que dans les sondeuses à appareil de rotation seul le rajout horizontal des tiges de forage est possible.

Quand les sondeuses à appareil de rotation mobile sont équipées d'une tige d'entraînement, les procédés connus de rajout horizontal par jonction articulée de la broche d'entraînement avec l'arbre de la tête d'injection sont inapplicables, car ensemble constitué par une tige de forage et la tige d'entraînement a une grande longueur, ce qui complique la remontée de la tige d'entraî- nement avec la tige de forage et leur amenée au-dessus du porte-tiges.

Le rajout horizontal des tiges de forage réduit les dépenses improductives de temps et de travail liées à l'éloignement de la tige d'entraînement avec les raccords tournants par rapport à la bouche du forage et au dégagement de l'espace au-dessus de la table de rotation pour le levage des tiges de forage et leur réunion au train de tiges. La réduction des dépenses de temps et de travail comparativement aux sondeuses connues est de 10 à 15 96 des dépenses totales, ce qui assure une augmentation correspondante de la vitesse pratique moyenne de forage de la sondeuse.

Le dispositif de rajout horizontal peut être réalisé à manoeuvre automatique (figures 10, 11). Dans ce cas, il comporte une tubulure coulissante 38 (figure 10) portant un piston annulaire 39. L'élément supérieur 40 du dispositif est réalisé à sa partie supérieure sous la forme d'un cylindre avec une saillie annulaire coopérant avec le piston annulaire 39 et la tubulure coulissante 38 et constituant une chambre annulaire 41 au-dessous du piston, avec laquelle communique une conduite 42 d'air.

La tubulure coulissante 38 est équipée d'un système élastique de rappel sous la forme d'un ressort 43, et d'un manchon coulissant 44 d'accouplement, qui est monté sur la tubulure coulissante 38 avec jeu. Quand la tubulure 38 passe de sa position haute à sa position basse, le manchon 44 d'accouplement s'engage dans un chambrage cylindrique 45 de l'élément inférieur 46, en verrouillant positivement l'élément supérieur 40 et l'élément inférieur 46 ; la partie inférieure de la tubulure coulissante 38 s'engage dans un chambrage cylindrique 47, en rendant
étanche l'accouplement à l'aide de ses éléments d'étanchéité.

Les articulations 48 (figure 11) du dispositif sont
équipées de raccords tournants 49. Elles sont engagées
sur des tourillons 50 sur lesquels elles peuvent tourner.

Les tourillons 50 ont une chambre 51 qui est reliée à la
conduite 42 d'air par une tubulure 52.

A partir des chambres 51, l'air passe à travers les
raccords tournants 49 et par les tubulures 53 pour aller
à la conduite 54 d'air du train 6 de tiges,
Chaque tubulure 53 est solidaire du raccord tournant 49.

Grace au raccords tournants 49 des articulations 48,
le couple moteur est transmis au train 6 de tiges par les
articulations 48, qui permettent des angulations sans
fuites d'air.

La commande automatique du dispositif de rajout
horizontal accroît la cadence des rajouts et supprime la
commande manuelle. De plus, grâce aux raccords tournants
des articulations, divers fluides de circulation,
notamment de l'air comprimé et des liquides de circulation,
peuvent être injectés d'une manière sûre dans le forage
à travers les articulations.

Le train 6 de tiges est accouplé au trépan 55
(figure 12) qui est muni d'un éjecteur annulaire 56. Le train 6 de tiges porte un émulseur 57 d'ascension à l'air.

L'éjecteur 56 fait-office de trompe à eau. Il est relié
à la pompe 2 de forage par une conduite de pression 59,
par l'intermédiaire du raccord tournant 5.

L'émulseur 57 est relié àb conduite 54 et au
compresseur 1 par les tubulures 53, 52, la chambre 51,
la conduite 58 (figure 6) de pression et le raccord
tournant 5.

La sondeuse décrite fonctionne dela façon suivante.

La tige 4 (figure 1) d'entraînement accouplée par
son bout supérieur au raccord tournant 5 (tête dtinjec-
tion) et équipée d'un dispositif 7 pour l'évacuation de la
pulpe est engagée dans la table 3 de rotation, dans le
cas d'une sondeuse à table de rotation.

Dans les sondeuses à appareil 8 (figure 2) de rotation mobile, la tige 24 d'entraînement équipée d'un raccord tournant 5 et d'un dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe et accouplée à la broche 25 de l'appareil 8 de rotation par l'intermédiaire de l'arbre 26 du raccord tournant 5,est suspendue au-dessus du porte-tiges 9.

Le trépan 55 suspendu au préalable à la table 3de rotation (ou au porte-tiges 9) est accouplé à la partie inférieure de la tige 4 ou 24 d'entraînement.

Avant le commencement du forage, le décanteur 60 est rempli de liquide de circulation. Pour l'amorçage du forage, on creuse au préalable un trou pour le trépan 55 et on met ce trou en communication avec le décanteur 60.

Après mise en place du dispositif 7 d'évacuation de la pulpe au-dessus de la table 3 de rotation (ou du porte-tiges 9), positionnement à l'aide des mécanismes 22 de positionnement, et mise en communication de la tubulure 27 de retour avec le flexible 29 de retour à l'aide de'la tubulure 28 de raccordement, on met la pompe 2 de forage en marche.

La pompe 2 de forage refoule le liquide de circulation sous pression dans la conduite 59 qui la transmet à l'éjecteur 56. Le liquide de circulation sortant de l'éjecteur 56 passe par le canal du train 6 de tiges, la tubulure télescopique 15, le coude 19, la cavité du corps annulaire 10, le dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe, la tubulure 27, la tubulure 28 de raccordement et le flexible 29, pnur se déverser dans le décanteur 60, d'où il va au forage.

Après établissement de la circulation inverse, on met en marche la table 3 (ou l'appareil mobile 8) de rotation et on commence le forage, qui continue jusqu'à une profondeur égale à la course de la tige 4, 24 d'entraînement.

Les débris de roche forment avec le liquide de circulation une pulpe qui, sous l'action de la circulation inverse, remonte par le train 6 de tiges, passeur le dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe, les tubulures 27, 28 et le flexible 29 de retour, et arrive dans le décanteur 60. Dans le décanteur 60, les débris se déposent tandis que le liquide de circulation arrive dans l'espace autour du train de tiges 6.

Au fur et à mesure que la profondeur du forage augmente, le raccord tournant se déplace progressivement de sa position haute (figure 1) à sa position basse (figure 3). La tige 4 (ou 24) d'entraînement descend dans la table 3 de rotation (ou le porte-tiges 9) d'une valeur correspondant à sa course totale, et la tubulure télescopique 15 est mise en extension maximale à joints étanches, en transmettant la pulpe, via le coude 19, au dispositif 7 pour ltévacuation de la pulpe, qui reste fixe pendant le forage. De la sorte, la pulpe va du front de taille du forage au décanteur 60 par le plus court chemin.

La course utile de la tige 4, 24, d'entraînement et la longueur de la rainure longitudinale 14 sont égales à la longueur de la tubulure télescopique 15 quand tous ses éléments (16, 17, 18) sont en extension et arrét8s dans cette position par des ergots 61 (figure 5) de retenue, engagés dans des rainures longitudinales correspondantes réalisées à la surface des éléments 16, 17.

Après forage d'une longueur de course de la tige 4, 24 d'entraînement, on l'extrait de la table 3 de rotation (du porte-tiges 9), on remonte le trépan 55 et on le maintien en position soulevée.

On accouple au tube 4, 24 d'entraînement le dispositif 31 de rajout horizontal des tiges de forage et, à l'aide de ce dispositif, on effectue la jonction de la première tige de forage. Pour cela, on dégage au préalable la tubulure coulissante 35 (figure 9) de l'élément tubulaire supérieur 32, à l'aide des poignées, puis, après avoir basculé l'élément tubulaire inférieur 33 de 70 à 80 , on fixe à celui-ci la tige de forage.

Dans la variante à commande automatique de la
tubulure 38 (figure 10) suspendue, à l'aide-dlun
robinet 62 (figures 1, 2) de distribution, on admet
l'air comprimé dans la chambre 41 (figure 10) au-dessous
du piston. Le piston annulaire 39 se déplace en entraî-
nant la tubulure coulissante 38 et le manchon 44 d'ac
couplement jusqu'à la position haute0 L'extrémité
inférieure de la tubulure coulissante 38 sort du cham
brage cylindrique 47, et le manchon 44 sort du chambrage
45, en déverrouillant l'élément supérieur 40 par rapport
à l'élément inférieur 46.

Après fixation de la tige de forage à ltélément
inférieur 33 du dispositif 31 de rajout, on soulève
la tige d'entraînement 4, 24 conjointement avec le
dispositif 31 de rajout et la tige de forage au-dessus
de la table 3 de rotation (du porte-tiges 9). Lors de ce
soulèvement, quand le dispositif 31 (figure 9) de rajout
horizontal vient occuper sa position verticale, la
tubulure coulissante 35 remonte jusqu'à sa position
haute sous l'action du ressort 37 et verrouille ensemble
les éléments 32 et 33. Dans la variante à commande
automatique (figure 10), après rajout dela tige de forage,
on coupe l'admission d'air comprimé à la chambre 41.

Quand le dispositif de rajout se trouve en position
verticale, le ressort 43 placé au-dessus du manchon 44
d'accouplement déplace la tubulure coulissante 38
conjointement avec le manchon 44 d'accouplement jusqu'à
la position basse, à laquelle l'extrémité inférieure
de la tubulure coulissante 38 s'engage dans le chambrage
cylindrique 47, et le manchon 44, dans le chambrage 45,
ce qui assure l'obturation étanche extérieure et l'ac-
couplement rigide des éléments 40, 46 du dispositif 31 de rajout horizontal.

Après forage sur une longueur égale à celle de la
tige de forage et du dispositif 31 de rajout, on rajoute
la tige de forage suivante, et ainsi de suite.

Le forage à l'aide d'une trompe à eau sous la forme d'un éjecteur 56 continue jusqu'à la profondeur à laquelle il est possible de mettre en action la remontée de la pulpe par le procédé d'aecension à l'air.

Pour le forage avec remontée de la pulpe par ce procédé, on inSecte l'air comprimé fourni par le compresseur 1, via le raccord tournant 5 et les tubes 58 d'air.

Dans la variante à commande manuelle du dispositif 31 de rajout horizontal, ceci s'effectue au moyen de flexibles (non représentés) et par la conduite 54 sur le train 6 de tiges, allant jusqu'au mélangeur 57 d'ascension à l'air.

L'air comprimé arrivant à travers le mélangeur 57 dans le canal du train 6 de tiges crée une différence de pression entre le canal des tiges et l'espace autour des tiges, sous l'effet de laquelle la pulpe du front de taille passe à travers les lumières du trépan 55 et monte jusqu'au dispositif 7 pour l'évacuation de la pulpe, qui la transmet au décanteur 60.

Vu que, pendant le forage, le dispositif pour l'évacuation de la-pulpe se trouve directement au-dessus de la table 3 de rotation (ou au-dessus du porte-tiges 9), le chemin parcouru par la pulpe est minimal et les pertes pour la remontée de la pulpe du front de taille ne sont proportionnelles qutà la profondeur du forage. Le système d'ascension à l'air fonctionne au régime optimal, car la hauteur de remontée de la pulpe ne dépasse la profondeur du forage que dyne valeur insignifiante, surtout dans la variante à appareil de rotation mobile (figure 2).

En cas d'utilisation du dispositif de rajout horizontal des tiges de forage à commande automatique (figure 10), l'air comprimé est transmis à la conduite 54 d'air par l'intermédiaire de la tubulure 53 assemblée au raccord tournant 49, celui-ci étant en communication avec la cavité 51 du tourillon 50, qui est reliée à la conduite 58 d'air par la tubulure 52.

Le train 6 de tiges comporte des émulseurs 57 à air comprimé qui sont intercalés au fur et à mesure du forage.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1.- Sondeuse pour le forage par rotation avec circulation inverse, comprenant un train (6) de tiges, accouplé à sa partie inférieure à un trépan (55), et à sa partie supérieure, par l'intermédiaire d'une tige (4, 24) d'entraînement, à un raccord tournant (5) qui est relié à une pompe (2) de forage et a' un compresseur (1) pour l'injection de liquide et d'air dans le forage et la mise en circulation du liquide, à une table (3) ou un appareil (8) de rotation pour la transmission du couple moteur au train de tiges, et à un flexible (29) de retour pour l'évacuation de la pulpe, caractérisée en ce quelle est équipée d'un dispositif (7) pour l'évacuation de la pulpe, comprenant un corps annulaire creux (10) avec une lumière circulaire (11) dans sa paroi intérieure, monté sur une douille (12) pouvant tourner par rapport à lui et ayant un trou radial (13) situé en regard de la lumière (11), la tige (4, 24) d'entraînement passant à travers ladite douille (12) avec possibilité de coulissement axial et ayant une rainure longitudinale (14) dont la longueur est plus grande que sa course, ainsi qu'unie tubulure télescopique (ils) montée à l'intérieur de la tige (4, 24) d'entraînement, un bout de cette tubulure (15) étant raccordé au bout de la tige (4, 24) d'entraînement situé du cbté du train (6) de tiges, de telle façon qu'elle soit en communication avec le canal du train (6) de tiges, son second bout portant un coude (19) dont un bout passe à travers la rainure longitudinale (14) de la tige (4, 24) d'entrafnement.at estfixé dans le trou radial (13) de la douille (12), en mettant ainsi en communication le canal du train (6) de tiges avec la cavité du dispositif (7) pour l'évacuation de la pulpe, lequel est équipé d'une tubulure de retour (27) mise en communication avec le flexible (29) d'évacuation de la pulpe, et la longueur des éléments de la tubulure télescopique (15) étant telle que sa longueur totale en extension soit égale à la course de la tige (4, 24) d'entraînement.

2.- Sondeuse selon la revendication 1, à table (3) de rotation entourant la tige (4) d1entraînement et agissant sur celle-ci par l'intermédiaire d'un coussinet scindé (20) pour l'entraîner en rotation, caractérisée en ce que la tige (4) d'entraînement est de section ronde sur toute sa longueur et qu'elle est placée avec excentration par rapport à l'axe de rotation du train (6) de tiges, que le coussinet (20) est placé dans la table de rotatbn avec excentration par rapport à la tige (4) d'entraînement, de telle façon que son axe de rotation soit confondu avec l'axe de rotation du train (6) de tiges, et que la rainure longitudinale (14) de la tige (4) d'entraînement est réalisée du ctté où son rayon de rotation est le plus petit par rapport à l'axe du train (6) de tiges, que la partie du coussinet (20) faisant face à la rainure (14) de la tige d'entraînement est dotée d'une saillie (21) 'engageant dans la rainure (14) et coopérant avec elle pour transmettre le couple moteur à la tige (4) d'entraînement, la table (3) de rotation étant équipée de moyens (22) assurant le positionnement du dispositif (7) pour l'évacuation de la pulpe sur elle.

3.- Sondeuse selon la revendication 1, à appareil de rotation mobile (8) équipé d'une broche (25) dtentrat nement qui est accouplée à l'arbre (26) du raccord tournant pour la transmissiondh couple moteur à la tige (24) d'entraînement, et d'un porte-tiges (9) entourant la tige (24) d'entraînement et fixé au-dessus de la bouche du forage, caractérisée en ce que le porte-tiges (9) est équipé de moyens (22) permettant de positionner sur lui le dispositif (7) pour l'évacuation de la pulpe.

4.- Sondeuse selon l'une des revendication 1, 2 et 3, caractérisée en ce que la tubulure (27) de retour est reliée au flexible (29) de retour par l'intermédiaire d'une tubulure de raccordement (28) fixée au flexible (29) de retour et dans laquelle la tubulure (27) est engagée avec un joint d'étanchéité en formant ainsi une jonction à démontage rapide.

5. Sondeuse selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que la tige (4, 24) a'entraînement est équipée, à sa partie inférieure, d'un dispositif (31) de rajout horizontal des tiges de forage, réalisé sous la forme de deux éléments tubulaires (32, 33) liés entre eux par une articulation (36), l'un (32) de ces éléments étant adapté pour Entre fixé à la tige (4, 24) d'entraîne- ment, et l'autre élément (33), au train (6) de tiges, ainsi que d'une tubulure coulissante (35) placée dans ces éléments (32, 33) et adaptée pour occuper deux positions, dans l'une desquelles elle se trouve engagée dans les deux éléments tubulaires (32, 33) en assurant leur verrouillage mutuel rigide et la mise en communication du train (6) de tiges avec la tige (4, 24) d'entraînement, et que dans l'autre position, elle soit dégagée de l'un desdits éléments en permettant leur basculement l'un par rapport à l'autre autour de l'articulation (36).

6.- Sondeuse selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte sur la tubulure coulissante (38) du dispositif (31) de rajout horizontal des tiges de forage, un piston annulaire (39) monté fixe, coopérant avec la surface intérieure de l'un (40) des éléments tubulaires, sur lequel est réalisée une saillie annulaire délimitant la chambre annulaire (41) située au-dessous du piston et qui est mise en communication avec une conduite (42) pour sa liaison par l'intermédiaire du raccord tournant (5) au compresseur (1), afin de dégager la tubulure coulissante (38) de l'autre élément tubulaire (46) quand l'air comprimé est admis dans la chambre (41) située au-dessous du piston, la tubulure coulissante (38) étant dotée d'un système à ressort (43) pour son réengagement dans l'autre élément tubulaire (46) quand l'air comprimé n'est plus admis à la chambre (41) située audessous du piston.

70- Sondeuse selon la revendication 6, caractérise en ce qu'elle comporte à l'extérieur de la tubulure coulissante (38) un manchon d'accouplement coulissant (44) coopérant avec le système à ressort (47) et la tubulure coulissante (38) pour son retour en position d'accouplement avec le second élément tubulaire (46), un chambrage (45) étant réalisé dans ce second élément tubulaire (46) et le bout inférieur du manchon (44) venant se loger dans ce chambrage (45) lors de l'accouplement des éléments tubulaires (40, 46) entre eux.