FR2534308A1 - Method and device for drilling and boring solid materials - Google Patents

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FR2534308A1
FR2534308A1 FR8217185A FR8217185A FR2534308A1 FR 2534308 A1 FR2534308 A1 FR 2534308A1 FR 8217185 A FR8217185 A FR 8217185A FR 8217185 A FR8217185 A FR 8217185A FR 2534308 A1 FR2534308 A1 FR 2534308A1
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drilling
liquid
gas
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ejection nozzle
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FR8217185A
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Jean-Paul Charbonnier
Pierre Macoin
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MANCHE ATEL CHANTIERS
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MANCHE ATEL CHANTIERS
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    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets

Abstract

Method for drilling, boring and scouring solid materials such as rocks, in which method there is directed at these materials, by means of an ejection nozzle, a high-pressure liquid jet into which there is introduced upstream of the ejection nozzle a gas that is insoluble in this liquid under the conditions of temperature and pressure occurring downstream of the nozzle, characterised in that the said gas and the said liquid consist of a vapour and of its superheated condensate respectively. The reservoir 8 is heated by a means 9, such as induced current. Application: drilling and boring of rocks.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE FORAGE
ET LE PERCAGE DE MATERIAUX SOLIDES
ATELIERS ET CHANTIERS DE LA MANCHE
La présente invention concerne un procédé pour le forage, le perçage, la désagrégation et le décapage des matériaux solides, tels que les roches.METHOD AND DEVICE FOR DRILLING
AND DRILLING SOLID MATERIALS
WORKSHOPS AND SITES ON THE CHANNEL
The present invention relates to a method for drilling, drilling, disintegrating and pickling solid materials, such as rocks.

L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. The invention also relates to a device for implementing this method.

Pour forer, percer ou entailler les roches, on peut utiliser des jets d'eau continus à très haute pression, c'est-àdire de l'ordre de 1500 à 2000 bars. Lorsqu'un tel jet d'eau atteint la roche, il produit sur cette dernière une action érosive très importante, de sorte qu'il est possible de forer ou de percer les roches les plus dures. To drill, drill or cut rocks, you can use continuous water jets at very high pressure, that is to say in the range of 1500 to 2000 bars. When such a jet of water reaches the rock, it produces a very significant erosive action on the rock, so that it is possible to drill or drill the hardest rocks.

L'efficacité du forage ou du perçage est encore amé liorée en combinant 1 l'action du jet d'eau sous très haute pression avec celle d'un foret traversé par un canal axial d'alimen- tation en eau qui débouche à l'extérieur par une buse d'éjection. The effectiveness of drilling or drilling is further improved by combining the action of the jet of water under very high pressure with that of a drill bit traversed by an axial water supply channel which opens out to the outside by an ejection nozzle.

Cependant, l'utilisation de pressions de l'ordre de 1500 à 2000 bars, qui sont très nettement supérieures aux pressions d'eau couramment utilisées notamment dans les mines, implique un matériel et notamment des compresseurs particulièrement éla borés et coûteux. However, the use of pressures of the order of 1500 to 2000 bars, which are very much higher than the water pressures commonly used in particular in mines, involves equipment and in particular compressors which are particularly elaborate and expensive.

Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient, en proposant un procédé utilisant un jet de liquide dont la mise en oeuvre est nettement moins onéreuse que celle de la technique connue précitée, tout en présentant une efficacité au moins équivalente à cette dernière. The object of the present invention is to remedy this drawback, by proposing a method using a jet of liquid, the implementation of which is considerably less expensive than that of the aforementioned known technique, while having an efficiency at least equivalent to the latter. .

Dans le procédé visé par l'invention pour le forage, le perçage, la désagrégation et le décapage de matériaux solides tels que les roches, on envoie sur ces matériaux par une buse d'éjection, un jet de liquide sous haute pression. In the process targeted by the invention for drilling, drilling, disintegrating and pickling solid materials such as rocks, a jet of liquid under high pressure is sent to these materials by an ejection nozzle.

On a déjà proposé, par exemple dans le brevet français 2 057 709, d'augmenter l'effet obtenu avec le jet d'eau sous pression en associant à ce jet d'eau un jet d'air sous pression. It has already been proposed, for example in French patent 2,057,709, to increase the effect obtained with the jet of pressurized water by associating with this jet of water a jet of pressurized air.

En pratique, on introduit dans le liquide en amont de la buse d'éjection, un gaz non soluble dans ce liquide dans les conditions de température et de pression existant à l'aval de la buse. In practice, a gas which is not soluble in this liquid under the temperature and pressure conditions existing downstream of the nozzle is introduced into the liquid upstream of the ejection nozzle.

Le gaz introduit dans le liquide est dispersé dans ce dernier sous forme de bulles de gaz comprimé, sous haute pression. The gas introduced into the liquid is dispersed in the latter in the form of bubbles of compressed gas, under high pressure.

A leur sortie de la buse d'éjection, ces bulles de gaz se détendent brutalement et successivement en accélérant violemment le le liquide vers la roche ou autres matériaux à forer, percer, désagréger ou décaper.When they exit the ejection nozzle, these gas bubbles suddenly and successively expand by violently accelerating the liquid towards the rock or other materials to be drilled, drilled, disintegrated or pickled.

Le dispositif proposé dans ce brevet présente cependant l'inconvénient d'être complexe, du fait de la nature même du liquide et du gaz sous pression entrainant la nécessité de deux circuits d'alimentation distincts, avec des risques de mauvais fonctionnement si les pressions ne sont pas correctement ajustées. The device proposed in this patent however has the drawback of being complex, due to the very nature of the liquid and of the pressurized gas causing the need for two separate supply circuits, with risks of malfunction if the pressures do not are not properly adjusted.

L'invention se propose de remédier à cet inconvénient. The invention proposes to remedy this drawback.

Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu avec un procédé pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, dans lequel on envoie sur ces matériaux, par une buse d'éjection, un jet de liquide sous haute pression, dans lequel on introduit en amont de la buse d'éjection un gaz non soluble dans ce liquide dans les conditions de température et de pression existant à l'aval de la buse, carac térisé en ce que ledit gaz et ledit liquide consistent respec -tivement en une vapeur et en son condensat surchauffés. In accordance with the invention, this result is obtained with a process for drilling, drilling and pickling solid materials such as rocks, in which a jet of liquid is sent onto these materials, by an ejection nozzle. high pressure, in which is introduced upstream of the ejection nozzle a gas which is not soluble in this liquid under the temperature and pressure conditions existing downstream of the nozzle, characterized in that said gas and said liquid consist respectively in a superheated vapor and its condensate.

Avantageusement, on utilisera de l'eau et donc de la vapeur d'eau. Advantageously, water and therefore steam will be used.

L'invention vise également un dispositif pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, ce dispositif comprenant un organe traversé longitudinalement par un canal débouchant à l'extérieur par une buse et des moyens pour introduire dans ce canal un mélange de liquide et de gaz sous haute pression, caractérisé en ce que le mélange de liquide et de gaz éjecté de la buse d'éjection est issu d'un réservoir dans lequel on forme des bulles de gaz par chauffage d'une masse de liquide. The invention also relates to a device for drilling, drilling and pickling solid materials such as rocks, this device comprising a member traversed longitudinally by a channel opening to the outside by a nozzle and means for introducing into this channel a mixture of liquid and gas under high pressure, characterized in that the mixture of liquid and gas ejected from the ejection nozzle comes from a tank in which gas bubbles are formed by heating a mass of liquid.

Le chauffage du liquide, avantageusement de l'eau, pourra être obtenu par tout moyen, par exemple mais non limita tive,ent par
- résistance électrique,
- courant induit,
- frottement,
- gaz ou flamme.The heating of the liquid, advantageously of the water, can be obtained by any means, for example but not limiting, ent by
- electrical resistance,
- induced current,
- friction,
- gas or flame.

On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-apres faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un foret engagé dans une paroi rocheuse, utilisé pour la mise en oeuvre du p-rocédé conforme à l'invention
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un réservoir faisant partie d'un dispositif conforme à l'invention.The invention will be better understood using the description below made with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a partial longitudinal sectional view of a drill bit engaged in a rock wall, used for the implementation of the p-process according to the invention
- Figure 2 is a longitudinal sectional view of a tank forming part of a device according to the invention.

Dans la réalisation de la figure 1, le foret (1) dont 1' extrémite est engagée dans une paroi rocheuse (2), présente des filets extérieurs hélicoidaux (3) et un canal axial interne (4) pour le passage d'un liquide tel que de l'eau sous haute pression.  In the embodiment of FIG. 1, the drill (1), the extremity of which is engaged in a rock wall (2), has helical external threads (3) and an internal axial channel (4) for the passage of a liquid such as high pressure water.

Le canal (4) débouche à l'extérieur par une buse d'éjection (5). Dans l'exemple représenté, cette buse (5) est oblique par rapport à l'axe du canal (4). The channel (4) opens to the outside via an ejection nozzle (5). In the example shown, this nozzle (5) is oblique to the axis of the channel (4).

Le foret (1) est monté en rotation sur un support 76).  The drill (1) is rotatably mounted on a support 76).

Le canal (4) est relié à une conduite (7) d'alimentation d'un mélange liquide-gaz sous haute pression, au moyen d'un joint rotatif.The channel (4) is connected to a line (7) for supplying a liquid-gas mixture under high pressure, by means of a rotary joint.

Conformément à l'invention, on utilise comme mélange liquide-ga une vapeur surchauffée et son condensat. La pression est fournie par l'échauffement du liquide et/ou de la vapeur dans une enceinte portée à température suffisante pour obtenir la pression souhaitée et/ou par une pression extérieure. In accordance with the invention, superheated steam and its condensate are used as liquid-ga mixture. The pressure is supplied by the heating of the liquid and / or the vapor in an enclosure brought to a sufficient temperature to obtain the desired pressure and / or by an external pressure.

Lors de l'utilisation du foret (1), le mélange d'eau et de vapeur ainsi obtenu est injecté dans le canal (4). Les bulles soumises à une pression de l'ordre de 900 à 400 bars, se détendent brutalement à leur sortie de la buse d'éjection (5) du foret (1). Les détentes brutales et successives des bulles entraînent des accélération violentes t saccadées du jet d'eau. When using the drill (1), the mixture of water and steam thus obtained is injected into the channel (4). The bubbles subjected to a pressure of the order of 900 to 400 bars, suddenly relax when they exit the ejection nozzle (5) of the drill (1). The brutal and successive expansion of the bubbles cause violent and jerky acceleration of the water jet.

De ce fait, le jet d'eau heurte la roche (2) avec une vitesse trias élevée, qui dans les mêmes conditions de pression, est nettement supérieure à celle ob-tenue dans le cas d'un jet d'eau continu non chargé de bulles gazeuses et pour lequel la vitesse est déterminée par la relation

Figure img00030001

où g est l'accEléra- tion de la pesanteur et H la pression exprimée par la hauteur de la colonne d'eau.Therefore, the water jet strikes the rock (2) with a high triassic speed, which under the same pressure conditions, is clearly higher than that obtained in the case of an unloaded continuous water jet of gas bubbles and for which the speed is determined by the relation
Figure img00030001

where g is the acceleration of gravity and H the pressure expressed by the height of the water column.

Le jet d'eau produit ainsi une action érosive très intense combinée avec celle du foret (I) proprement dit. The water jet thus produces a very intense erosive action combined with that of the drill (I) itself.

Grâce au procedé selon l'invention, il est possible d'obtenir une efficacité de forage et de perçage comparable à celle réalisée avec un jet d'eau sous une pression de l'ordre de 1500 à 2000 bars, en utilisant une pression ne dépassant pas 300 à 400 bars.  Thanks to the method according to the invention, it is possible to obtain a drilling and drilling efficiency comparable to that carried out with a water jet at a pressure of the order of 1500 to 2000 bars, by using a pressure not exceeding not 300 to 400 bars.

Ceci est réalisé à partir d'un réservoir fermé (8) dans lequel on vaporise, en gardant le réservoir hermétiquement fermé, l'eau qui y est contenue. This is done from a closed tank (8) in which the water contained therein is vaporized, keeping the tank hermetically closed.

Le chauffage est réalisé par des moyens (9), par exemple par courant induit, le réservoir étant alors rotatif. The heating is carried out by means (9), for example by induced current, the tank then being rotary.

Le système peut avoir une auto-alimentation en eau ou être autonome, le réservoir étant rechargé et replacé lorsqu'il est vide.  The system can have a self-supply of water or be autonomous, the tank being recharged and replaced when it is empty.

Claims (4)

REVENDICATIONS.CLAIMS. 1. Procédé pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, dans lequel on envoie sur ces matériaux, par une buse d'éjection, un jet de liquide sous haute pression, dans lequel on introduit en amont de la buse d'éjection un gaz non soluble dans ce liquide dans les conditions de température et de pression existant à l'aval de la buse, ca ractérisé en ce que ledit gaz et ledit liquide consistent respectivement en une vapeur et en son condensat surchauffés.1. A method for drilling, drilling and pickling solid materials such as rocks, in which we send on these materials, by an ejection nozzle, a jet of liquid under high pressure, into which we introduce upstream of the ejection nozzle a gas which is not soluble in this liquid under the conditions of temperature and pressure existing downstream of the nozzle, ca characterized in that said gas and said liquid consist respectively of superheated vapor and its condensate. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise de l'eau et de la vapeur d'eau.2. Method according to claim 1, characterized in that water and steam are used. 3. Dispositif pour le forage, le perçage et le décapage de matériaux solides tels que les roches, ce dispositif comprenant un organe traversé longitudinalement par un canal débouchant à l'extérieur par une buse et des moyens pour introduire dans ce canal un mélange de liquide et de gaz sous haute pression, caractérisé en ce que le mélange de liquide et de gaz éjecté de la buse d'éjection est issu d'un réservoir (8) dans lequel on forme des bulles de gaz par chauffage d'une masse de liquide.3. Device for drilling, drilling and pickling solid materials such as rocks, this device comprising a member traversed longitudinally by a channel opening to the outside by a nozzle and means for introducing into this channel a mixture of liquid and gas under high pressure, characterized in that the mixture of liquid and gas ejected from the ejection nozzle comes from a reservoir (8) in which gas bubbles are formed by heating a mass of liquid . 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chauffage est réalisé par un moyen (9) choisi dans le groupe comportant les chauffages par 4. Device according to claim 3, characterized in that the heating is carried out by means (9) chosen from the group comprising the heatings by - résistance électrique, - electrical resistance, - courant induit, - induced current, - frottement, - gaz ou flamme.  - friction, - gas or flame.
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