FR2588297A1 - Dispositif pour le forage sous-marin de fondations - Google Patents

Abstract

L'INVENTION EST RELATIVE A UN DISPOSITIF DE FORAGE SOUS-MARIN DE FONDATIONS. IL COMPREND:-UN APPAREIL DE FORAGE POSSEDANT UNE TETE ET UN CORPS RELIES PAR AU MOINS UN VERIN HYDRAULIQUE D'AVANCE, LEDIT CORPS ETANT MUNI D'AU MOINS UNE FRAISE, LEDIT APPAREIL ETANT EN OUTRE MUNI D'AU MOINS UNE POMPE DE REFOULEMENT DES DEBLAIS, ET DE MOTEURS HYDRAULIQUES POUR ENTRAINER LADITE FRAISE ET LADITE POMPE;-UN ENSEMBLE TUBULAIRE RIGIDE 2 COMPORTANT AU MOINS UNE CANALISATION POUR LE REFOULEMENT DES DEBLAIS ET DES CANALISATIONS D'ALIMENTATION DUDIT VERIN ET DESDITS MOTEURS EN FLUIDE HYDRAULIQUE;-DES MOYENS DE LIAISON 12 ENTRE LA TETE DUDIT APPAREIL DE FORAGE ET EXTREMITE INFERIEURE DUDIT ENSEMBLE TUBULAIRE;-DES MOYENS DE SUPPORT 13, SUSCEPTIBLES D'ETRE DISPOSES SUR LE FOND MARIN EN TETE DU FORAGE, POUR DES MOYENS DE BLOCAGE 16 DUDIT ENSEMBLE TUBULAIRE, ET -DES MOYENS DE SUSPENSION DU DISPOSITIF A UN NAVIRE, DES MOYENS 5 ETANT PREVUS POUR LA FOURNITURE DE FLUIDE HYDRAULIQUE, ET DES CONDUITS DE LIAISON ETANT PREVUS ENTRE LESDITS MOYENS DE FOURNITURE DE FLUIDE ET EXTREMITE SUPERIEURE DUDIT ENSEMBLE TUBULAIRE.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour le forage

sous-marin de fondations.

Jusqu'à présent, ce type de forage a été réalisé à l'aide d'outils rotatifs classiques entraînés à partir d'un navire ou d'une plate-forme par l'intermédiaire de trains de tiges. Cependant, l'exploitation par exemple de gisements d'hydrocarbures à grande profondeur fait de plus en plus appel à des plates-formes de production qui nécessitent l'utilisation de points d'ancrage de très forte

capacité. C'est le cas par exemple des plates-formes dites "à câble tendu".

De tels points d'ancrage capables par exemple de reprendre des efforts verticaux ou horizontaux de l'ordre de 1000 ou 2000 tonnes nécessitent la réalisation dans le sol, sous plusieurs centaines de mètres d'eau, de piles de plusieurs mètres carrés de section et de plusieurs dizaines de mètres de hauteur, et nécessitent par conséquent la réalisation

de forages correspondant.

Or, le forage rotatif en très gros diamètre pose des problèmes

pratiquement impossibles à résoudre.

Tout d'abord, la remontée des déblais, que ce soit en circulation directe ou en circulation inverse, exige des débits d'eau ou d'air

extrêmement élevés.

Par ailleurs, le couple à transmettre à l'outil pour le faire tourner et l'effort vertical à appliquer sur cet outil étant très élevés, les tiges utilisées sont de grand diamètre et par conséquent très encombrantes, lourdes, fragiles et onéreuses. D'autres difficultés surgissent du fait du

tubage des terrains de surface.

La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un dispositif de forage à très grande capacité, dans lequel les difficultés ci-dessus sont résolues, et plus particulièrement celles liées au

transfert de l'énergie depuis la surface jusqu'aux outils de forage.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour le forage sousmarin de fondations, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un appareil de forage possédant une tête et un corps reliés par au moins un vérin hydraulique d'avance, ledit corps étant muni d'au moins une fraise, ledit appareil étant en outre muni d'au moins une pompe de refoulement des déblais et de moteurs hydrauliques pour entraîner ladite fraise et ladite pompe, - un ensemble tubulaire rigide comportant au moins une canalisation pour le refoulement des déblais et des canalisations d'alimentation dudit vérin et desdits moteurs en fluide hydraulique,

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- des moyens de liaison entre la tête dudit appareil de forage et l'extrémité inférieure dudit ensemble tubulaire, - des moyens de support susceptibles d'être disposés sur le fond marin en tête du forage, pour des moyens de blocage dudit ensemble tubulaire, et, - des moyens de suspension du dispositif à un navire, des moyens étant prévus pour la fourniture de fluide hydraulique, et des conduits de liaison étant prévus entre lesdits moyens de fourniture de

fluide et l'extrémité dudit ensemble tubulaire.

Le corps peut par exemple être muni de deux fraises d'axes horizontaux tournant en sens inverses, comme cela est déjà connu dans le

domaine des forages à terre.

Un tel agencement présente un grand nombre d'avantages. Tout d'abord, tous les organes de puissance, essentiellement le vérin d'avance et

les moteurs des fraises et de la pompe, sont logés dans l'appareil de forage.

Comme ces organes sont des organes hydrauliques, le transport d'énergie

depuis le navire d'assistance peut se réaliser le plus simplement possible.

Par ailleurs, l'ensemble tubulaire rigide auquel est relié

l'appareil de forage est maintenu en tête de puits par les moyens de blocage.

La régulation de l'avance des fraises peut donc être effectuée avec précision à l'aide du vérin d'avance quelque soit les conditions régnant entre le

navire et la tête du puits.

On constatera en outre que l'ensemble tubulaire rigide doit avoir une longueur au moins égale à la profondeur finale du forage, puisque c'est sur cet ensemble tubulaire qu'agissent les moyens de blocage. Mais au delà de cette longueur, jusqu'au navire d'assistance, les moyens de suspension peuvent être quelconques, puisque leur fonction est uniquement d'assurer la montée et la descente du dispositif en dehors des périodes de travail des fraises. En particulier, ces moyens de suspension n'ont à fournir aucun couple de rotation, ce qui peut permettre, si cela est souhaité, d'éviter

l'utilisation d'un train de tiges.

On notera que, par ensemble tubulaire "rigide", on entend un ensemble tubulaire sur lequel les moyens de blocage, généralement constitués par des mors, peuvent exercer leur action. De même, le terme de navire n'est

aucunement limitatif et inclut tout type de support.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comprend à la partie supérieure de l'ensemble tubulaire une boite de distribution à trois voies à clapet anti-retour à deux positions, une des voies étant reliée à ladite canalisation de refoulement, une deuxième voie à un conduit d'évacuation des déblais, et un conduit d'alimentation en boue de

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forage étant connecté entre la troisième voie et une unité de production de boue installée sur le navire, la canalisation de refoulement étant reliée au conduit d'évacuation dans la première position du clapet et au conduit

d'alimentation en boue dans la deuxième position du clapet.

Dans ce cas, le forage s'effectue sous eau de mer, la canalisation de refoulement des déblais servant alors effectivement à ce refoulement. Lors de la remontée de l'appareil de forage, la position du clapet est inversée,

et de la boue est injectée dans le forage par la même canalisation. -

Cette boîte de distribution à trois voies peut comporter une chambre de distribution dans laquelle un organe d'obturation ou clapet anti-retour, est guidé pour se déplacer entre un premier siège o il obture l'orifice de la deuxième voie et un deuxième siège o il obture l'orifice de la troisième voie, l'organe d'obturation étant automatiquement appliqué contre ledit deuxième siège lorsque des déblais sont refoulés dans la canalisation de refoulement pour l'évacuation de ces déblais par le conduit d'évacuation et contre ledit premier siège lorsque de la boue est injectée dans le conduit d'alimentation en boue pour l'injection de cette boue dans le

forage par l'intermédiaire des canalisations de refoulement.

L'organe d'obturation peut par exemple être constitué par une sphère guidée dans la chambre de distribution par des nervures formées sur

les parois de cette chambre.

Egalement dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de liaison entre la tête de l'appareil de forage et l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire comprennent un connecteur disposé à ladite extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire et manoeuvrable à l'aide d'au moins un vérin hydraulique, ledit ensemble tubulaire comportant des

canalisations d'alimentation pour ledit vérin.

Ce vérin hydraulique peut par exemple être un vérin annulaire dont l'organe mobile forme une jupe disposée autour de ladite extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire entre deux butées limitant sa course axiale, ledit connecteur comprenant une pluralité d'organes de pincement agencés pour pincer une bride formée sur la tête de l'appareil de forage, lesdits organes de pincement étant montés à la périphérie de ladite extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire sur des axes de rotation horizontaux et étant munis de surfaces de came coopérant avec des surfaces correspondantes de ladite jupe, de manière à basculer d'une position de verrouillage lorsque ladite jupe est dans une de ses positions axiales, à une position de déverrouillage lorsque

ladite jupe est dans son autre position axiale.

Le vérin de manoeuvre du connecteur peut être un vérin à simple effet, la jupe pouvant alors être amenée de sa position de verrouillage à sa

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position de déverrouillage sous l'action du fluide hydraulique contre l'action de moyens élastiques tendant à ramener la jupe en position de verrouillage, les organes de pincement et ladite bride possédant des surfaces coopérantes pour écarter lesdits organes de pincement lorsque lesdites surfaces coopérantes sont appuyées les unes contre les autres. Un connecteur de ce type permet la déconnexion rapide de l'ensemble tubulaire par rapport à l'appareil de forage dans le cas o cela est nécessaire, par exemple pour des raisons météorologiques. La connexion de l'ensemble tubulaire à l'appareil de forage est également réalisée aisément par une simple mise en contact de l'extrémité de l'ensemble tubulaire et de

la tête de l'appareil.

Afii d'assurer le positionnement angulaire de l'ensemble tubulaire par rapport à l'appareil de forage, l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire et/ou la tête de l'appareil de forage peuvent comporter des pions de centrage coniques coopérant avec des trous correspondants dans l'autre élément de manière à faire correspondre angulairement chaque orifice des canalisations de l'ensemble tubulaire avec les orifices d'alimentation

correspondants de l'appareil de forage.

Afin d'éviter, en cas de déconnexion, une perte de fluide hydraulique, les extrémités inférieures de chaque canalisation de fluide hydraulique de l'ensemble tubulaire ainsi que les orifices d'alimentation correspondants de la tête de l'appareil de forage peuvent être munis de clapets agencés pour être fermés lorsque l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire est déconnectée de l'appareil de forage, et pour être ouverts

lorsque cette extrémité inférieure est connectée à l'appareil de forage.

Afin de permettre le mouvement relatif de la tête et du corps de l'appareil de forage sous J'action du vérin d'avance, la sortie de la pompe de refoulement des déblais peut être reliée à la tête de l'appareil de forage

par un conduit de refoulement télescopique.

Egalement dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens de support des moyens de blocage comprennent une structure inférieure munie de premières surfaces de guidage pour la partie inférieure de l'appareil de forage, et une structure supérieure munie de surfaces de guidage susceptibles de coopérer avec de deuxièmes surfaces de guidage de la structure inférieure, lesdits moyens de blocage étant montés sur ladite

structure supérieure.

Les premières surfaces de guidage de la structure inférieure permettent de ramener l'appareil de forage dans le forage dans le cas o pour une raison quelconque, il en aurait été retiré avant que le forage ne soit complètement terminé. Quant aux surfaces de guidage de la structure

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supérieure, elles permettent de repositionner convenablement les moyens de

blocage par rapport à l'ensemble tubulaire.

Le dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens d'accouplements d'un tubage autour de l'appareil de forage manoeuvrable à l'aide de vérins hydrauliques, ledit ensemble tubulaire

comportant des canalisations d'alimentation pour lesdits vérins.

Un tel agencement est utile, en particulier, lorsque le fond marin présente une cohésion trop faible. Dans ce cas, un tubage est accouplé à l'appareil de forage et est par conséquent descendu, au moins sur une

certaine hauteur, en même temps que le forage est effectué.

Ces moyens d'accouplement peuvent par exemple comprendre des patins

montés sur des faces opposées de l'appareil de forage.

De préférence, lorsque l'on prévoit la mise en place d'un tel tubage, les fraises sont montées oscillantes autour d'axes horizontaux, des vérins hydrauliques étant prévus pour provoquer leur oscillation, et l'ensemble tubulaire comporte des canalisations d'alimentation pour ces vérins. En effet, afin de pouvoir être remonté, tout en laissant le tubage en place, l'appareil de forage doit posséder une section de dimensions légèrement inférieures à celles de la section intérieure de tubage. En faisant osciller les fraises, on peut réaliser un forage dont les dimensions correspondent à celles du tubage et par conséquent faciliter la descente de celui-ci. Dans un mode de réalisation particulier, ledit ensemble tubulaire

rigide est prolongé jusqu'au navire.

On a vu toutefois ci-dessus qu'il suffisait qu'il possède une hauteur égale à la profondeur du forage, la liaison avec le navire étant

effectué par tout moyen convenable.

Ledit ensemble tubulaire rigide peut être réalisé sous la forme de tronçons raccordables, chacun des tronçons comportant une canalisation centrale pour le refoulement des déblais et/ou l'injection de boue, et des canalisations d'alimentation en fluide hydraulique disposées à la périphérie de la canalisation centrale, des moyens étant prévus pour assurer le positionnement angulaire relatif de deux tronçons adjacents de manière à faire correspondre les orifices de leurs canalisations d'alimentation homologues. Ces moyens de positionnement peuvent être constitués par des pions de centrage coniques disposés à au moins une extrémité de chaque tronçon de manière à coopérer avec des trous correspondants dans l'extrémité en

vis-à-vis du tronçon adjacent.

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Afin de permettre le remplissage des canalisations d'alimentation er. fluide hydraulique préalablement à l'assemblage de l'ensemble tubulaire, on peut prévoir, à chaque extrémité de chacune de ces canalisations d'un tronçon, un clapet agencé pour être fermé lorsque ce tronçon n'est pas raccordé du coté de cette extrémité, et pour être ouvert lorsque ledit

tronçon est raccordé du côté de cette extrémité à un tronçon adjacent.

Chaque tronçon peut comporter en outre une gaine extérieure de protection, les canalisations d'alimentation en fluide hydraulique étant disposées dans l'espace annulaire compris entre la canalisation centrale et

la gaine extérieure.

Avantageusement, les canalisations d'alimentation en fluide hydraulique sont montées coulissantes à leurs extrémités, dans un.embout

solidaire de l'extrémité de la canalisation centrale.

Il est ainsi possible de soumettre l'ensemble tubulaire à certaine

flexion sans risquer le flambage dqs canalisations d'alimentation.

Afin d'assurer l'assemblage des différents tronçons de l'ensemble tubulaire, chaque tronçon peut comporter à une de ses extrémités un filetage mâle, et à son autre extrémité, un écrou possédant un filetage intérieur

correspondant, mobile axialement entre deux butées.

On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif selon l'invention ainsi que d'un navire à partir duquel il est mis en oeuvre, - les figures 2a et 2b sont des vues à plus grande échelle, respectivement de la partie supérieure et de la partie inférieure de l'appareil de forage du dispositif, - la figure 3 est une vue en coupe selon la flèche F de la figure 2b, - les figures 4 et 5 représentent, respectivement dans chacune de ses positions une botte de distribution à trois voies utilisée dans le dispositif selon l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe axiale selon la ligne VI-VI de la figure 7 d'une tige de l'ensemble tubulaire selon la présente invention, - la figure 7 est une vue en coupe transversale selon la ligne VII-VII de la figure 6, - les figures 8a à 8c représentent le mode d'assemblage de deux tiges telles que celles des figures 6 et 7, - la figure 9 est une vue à plus grande échelle du détail IX de la figure 6,

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- la figure 10 est une vue à plus grande échelle du détail X de la figure 8c, - les figures lla et Ilb sont des vues en coupe axiale du connecteur utilisé selon l'invention, respectivement en position fermée et en position ouverte, - les figures 12a à 12n illustrent la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, et - les figures 13a à 13 c représentent l'oscillation des fraises de

l'appareil de forage.

La figure 1 représente d'une façon générale l'appareil de forage I relié par un train de tiges 2 à un navire de service 3 qui peut être par

exemple un navire à positionnement dynamique.

Le train de tiges 2 est suspendu au navire par sa partie supérieure à l'aide d'un treuil de manoeuvre 4. Le navire 3 porte par ailleurs une centrale hydraulique 5 susceptible de fournir du fluide hydraulique par l'intermédiaire d'un pupitre de commande 6 et d'une pluralité de flexibles hydrauliques 7 a l'extrémité supérieure de différentes canalisations

hydrauliques prévues dans le train de tiges 2.

Enfin, le navire 3 porte une pompe à boue 8 reliée par un flexible de refoulement 9 à la partie supérieure d'une canalisation d'injection de boue également prévue dans le train de tiges 2. Ce train de tiges, ainsi que les différentes canalisations de fluide hydraulique et d'injection de boue qui le composent seront décrits plus en détail ci-après, notamment en

référence aux figures 6 à 10.

Une boîte de distribution 10 à trois voies et à deux positions est intercalée dans le train de tiges 2, sa dernière voie étant reliée à une extrémité d'un conduit flexible 11 d'évacuation des déblais. Cette boite 10 ainsi que sa fonction seront décrites plus en détail ci-après en référence

aux figures 4 et 5.

L'extrémité inférieure du train de tiges 2 est reliée à la partie supérieure de l'appareil de forage 1 par l'intermédiaire d'un connecteur 12

qui sera décrit plus en détail ci-après en référence aux figures la et llb.

Enfin, en tête de puits, est posé sur le fond marin un ensemble de guidage et de blocage 13. Cet ensemble 13 est composé d'une structure inférieure 14 et d'une structure supérieure 15, des mors de blocage 16 pour le train de tiges 2 étant montés sur la structure supérieure 15, à partir de

laquelle ils sont actionnables au moyen de vérins par exemple électriques 17.

La structure inférieure 14 forme deux ensembles de surfaces de guidage 18 et 19 respectivement. Les surfaces de guidage 18 forment un cane de rentrée permettant de guider l'appareil de forage 1 dans un forage déjà

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partiellement réalisé lorsque, pour une raison quelconque, il a du en être retiré. Les surfaces de guidage 19 coopèrent avec d'autres surface de guidage prévues sur la structure supérieure 15 pour assurer, lors d'une telle rentrée, un repositionnement correct entre les structures inférieure 14 et supérieure 15. On verra en effet ci-après que, lorsque l'appareil de forage 1 est extrait du forage, il entraine la structure supérieure 15 qui doit donc être repositionnée dans le cas o l'appareil de forage est réintroduit-dans

le forage.

Les figures 2a et 2b représentent l'appareil de forage 1 composé d'une tête 21, d'un corps 22 et d'un vérin 23 de régulation d'avance. La tête 24 de la tige du vérin est reliée à la tête 21 de l'appareil 1 alors que le corps 25 du vérin est relié au corps 22 de l'appareil 1, de sorte que le vérin 23 commande le déplacement vertical relatif de la tête 21 et du corps

22 de l'appareil de forage.

Le corps 22 comprend à sa partie inférieure, deux fraises 26 entraînées en sens inverse dans le sens des flèches F1 par des moteurs hydrauliques 27, de manière à ramener les déblais de forage vers l'orifice du conduit d'aspiration 28 d'une pompe à déblais 29 entraînée par un autre

moteur hydraulique 30.

Les fraises 26 et les moteurs 27 sont montés sur des plaques

verticales 31, elles-mêmes solidaires d'une plaque de support horizontale 32.

La plaque 32 est montée sur une plaque de base horizontale 33 par l'intermédiaire de vérins (non représentés) disposés entre les plaques 32 et 33. Des ressorts 34 tendent à appliquer l'une contre l'autre les plaques 32 et 33, de sorte que l'on peut, à l'aide de ces vérins, incliner la plaque 31 par rapport à la verticale et faire ainsi déborder les fraises 27 de l'enveloppe de l'appareil de forage 1. Un tel agencement est par exemple

décrit dans le document FR-A-2 536 455.

On notera que les figures 13a à 13c schématisant l'inclinaison des fraises 26 sous la forme d'un mouvement de rotation autour d'un arbre horizontal qui n'existe pas matériellement dans le mode de réalisation de la

figure 2b.

La sortie 35 de la pompe 29 est reliée à la tête 21 de l'appareil de forage par l'intermédiaire d'un conduit de refoulement télescopique 36 constitué d'un tube inférieur 37 et d'un tube supérieur 38 coulissants. La partie inférieure du tube 37 est reliée à la sortie 35 de la pompe alors que la partie supérieure du tube 38 est reliée à la tête 2]. On remarquera en outre qu'un densimètre 39 est intercalé sur le tube 37 de manière à contrôler la densité des déblais. En effet, comme on le verra ci-après, ces déblais ne sont pas remontés jusqu'au navire 3 et ne peuvent par conséquent pas être

contrôlés directement.

Dans le sens transversal, l'appareil de forage 1 est muni de patins (figure 3) actionnés à l'aide de vérins 41 permettant, comme cela sera décrit plus en détail ci-après, de solidariser l'appareil 1 à un conduit de tubage. Les vérins 41 ainsi que les vérins (non représentés) de commande d'inclinaison des fraises 26 sont alimentés par l'intermédiaire de

distributeurs électriques 42.

L'appareil 1 comporte également des poumons d'équilibrage de pression 43 pour le joint de la pompe à déblais, les joints des moteurs 27 et les joints entre les plaques d'inclinaison 32 et 33. Il est en outre prévu un inclinomètre 44 et un gyrocompas 45 permettant de contrôler la position

angulaire de l'appareil de forage 1 autour de ses trois axes.

La tête 21 de l'appareil de forage reçoit également du train de tige 2 les canalisations d'alimentation en fluide hydraulique. Ces canalisations ressortent de la tête 21 en 46 o elles sont connectées à des conduits souples 47 répartis dans deux gaines souples également 48, (une seule de ces gaines est représentée). Les conduits 47 et les gaines forment une boucle dont une extrémité est par conséquent reliée à la tête 21 et dont l'autre extrémité est reliée au corps 22 afin de permettre le mouvement relatif de la tete et du corps. A leur extrémité côté corps, les conduits souples 47 seront reliés à des tubes rigides 49 assurant la distribution du fluide hydraulique aux différents moteurs et vérins. Seule, l'alimentation du

vérin 23 à l'aide des conduits 50 est représentée à titre d'exemple.

On décrira maintenant le train de tiges 2, en référence plus

particulièrement aux figures 6 et 7.

Ce train de tiges est composé de tiges individuelles 51 formées d'une canalisation centrale 52 et d'une gaine extérieure 53. La canalisation 52 et la gaine 53 sont soudées à leurs extrémités à des embouts supérieur 54 et inférieur 55 de manière à les maintenir concentriques. Dans l'espace annulaire 56 ainsi formé, sont disposées des canalisations 57 d'alimentation en fluide hydraulique destiné aux différents organes hydrauliques de l'appareil de forage 1. Les canalisations 57 sont montées coulissantes à leurs extrémités dans les embouts 54 et 55 comme cela sera décrit ci-après et sont maintenues dans leur partie médiane par des entretoises 58. Les canalisations 57 sont en outre, munies à leurs extrémités de clapets

d'obturation 59 également décrits ci-après.

L'embout supérieur 54 comporte à sa périphérie supérieure un filetage 60 tandis qu'un écrou 61 muni d'un filetage intérieur 62 correspondant au filetage 60 et monté coulissant sur l'embout inférieur 55

entre une butée supérieure 63 et une butée intérieure 64 (figures 9 et 10) .

Deux pions de centrage coniques 65 sont par ailleurs montés sur l'embout 54 alors que l'embout 55 est muni de trous correspondants 66 de manière à faciliter le centrage de deux tiges 51 en cours de montage ainsi

que la correspondance angulaire entre deux canalisations homologues 57.

Les clapets 59 sont représentés en détail aux figures 9 et 10. Ces clapets sont constitués essentiellement d'un corps de clapet 67 vissé dans les embouts 54 et 55. Des joints toriques 68 permettent d'assurer

l'étanchéité entre le corps du clapet et l'embout.

Ur obturateur conique 69 est monté dans le corps 67, mobile axialement entre une position obturée (figure 9) o il est en appui sur un siège d'obturateur 70 formé dans le corps 67 et une position d'ouverture o il est maintenu en appui contre une butée 71 maintenue en position centrale

par une croix 72.

Un ressort hélicoidal 73 permet d'appliquer l'obturateur 69 contre le siège 70 lorsque l'extrémité de la tige 51 est libre (figure 9). Par contre, lorsque deux tiges sont vissées l'une sur l'autre (figure 10), les deux obturateurs 69 se repoussent mutuellement de manière à ouvrir les

clapets préalablement à l'assemblage des tiges 51 et à leur utilisation.

les figures 9 et 10 représentent également le montage coulissant des extrémités des canalisations 57 dans les embouts 54 et 55. Des joints toriques 74 assurent l'étanchéité entre ces extrémités des canalisations 57

et les corps 67 des clapets 59.

On voit également sur ces figures qu'un léger jeu 75 est prévu à l'extrémité des canalisations 57 afin de prévenir leur flambage en cas de

flexion des tiges 5i.

Les figures 8a à 8c illustrent l'assemblage de deux tiges 51.

Les deux tiges sont tout d'abord présentées sensiblement en vis-à-vis (figure 8a), l'écrou 61 de la tige supérieure étant maintenu en position haute par tous moyens convenables. Dans cette position, les clapets 59 sont fermés. Les embouts 55 et 56 des tiges supérieure et inférieure respectivement sont ensuite amenés en contact (figure 8b). Ce -mouvement est guidé par l'engagement des pions 65 de la tige inférieure dans les trous 66 de la tige supérieure. Au cours de ce mouvement, les obturateurs des clapets 59 en vis-à-vis se repoussent mutuellement pour mettre en communication les

canalisations 57 respectives.

Enfin, les deux tiges 51 sont assemblées par vissage de l'écrou 61

de la tige supérieure sur le filetage 60 de la tige inférieure.

il 2588297 Pratiquement, cette opération s'effectue à bord du navire 3, la tige inférieure 51 étant constituée par la tige supérieure du train de tiges 2 déjà assemblé et étant maintenue dans deux mors (non représentés), alors

que la tige 51 supérieure est suspendue au treuil 4.

En fonctionnement, la tige supérieure du train de tiges 2 a sa canalisation centrale 52 reliée à sa partie supérieure à l'extrémité du flexible 9 de refoulement de boue et ses canalisations 57 d'alimentation en fluide hydraulique reliées à leurs extrémités supérieures aux flexibles

hydrauliques 7.

On décrira maintenant la boite de distribution à trois voies 10 en

référence aux figures 4 et 5.

La boite de distribution 10 comporte un corps 76 délimitant une chambre de distribution 77. La chambre 77 possède un orifice supérieur 78, un

orifice latéral 79 et un orifice inférieur 80.

L'orifice supérieur 78 est muni d'un siège d'obturateur 8] et

l'orifice latéral 79 est muni d'un siège d'obturateur 82.

Une sphère obturatrice 83 est disposée dans la chambre 77 o elle peut venir en appui soit sur le siège 81, soit sur le siège 82.

Le mouvement de la sphère 83 entre le siège 81 et le siège 82 est

guidé par une nervure 84 formée dans la paroi intérieure de la chambre 77.

Aux extrémités supérieures et inférieures de la boite]0 sont prévus des moyens d'accouplement 85 similaires aux moyens d'accouplement des extrémités des tiges 51, de manière à permettre l'interposition de la boîte entre deux tiges 51 du train de tiges 2. Des canalisations 86 formées dans le corps 76 autour de la chambre 77 assurent la continuité des canalisations

de fluide hydraulique 57 des tiges 51 supérieure et inférieure.

L'orifice 79 est muni de moyens d'accouplement 87 avec le conduit

11 d'évacuation des déblais.

Lorsque des déblais sont refoulés par la pompe 9 dans la canalisation 52 de la tige 51 inférieure, la pression ainsi créée dans la chambre 77 applique la sphère 83 contre le siège 81 et obture ainsi la canalisation 52 de la tige 51 supérieure. Les déblais sont donc dirigés vers

le conduit d'évacuation 11 (figure 4).

Lorsque l'appareil de forage 1 est remonté depuis le fond jusqu'à la tête du forage, on verra ci-après que l'on souhaite injecter de la boue dans le forage. Cette boue est injectée dans la canalisation centrale 52 de la tige 51 inférieure la pression ainsi créée vient appliquer la sphère 83 contre le siège 82 obturant ainsi le conduit 11 d'évacuation. La boue est

donc dirigée vers la canalisation 52 de la tige 51 inférieure.

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On décrira maintenant le connecteur 12 en référence aux figures lila

et llb.

La tête 21 de l'appareil de forage 1 comprend à sa partie supérieure un conduit central 87 relié au tube 38 et, à la périphérie de ce conduit 87, une pluralité de canalisations de fluide hydraulique 88 reliées

aux conduits 47.

La configuration des canalisations 87 et 88 correspond à la

configuration des canalisations 52 et 57 des tiges 51.

Par ailleurs, le connecteur 12 comprend une canalisation centrale 89 et des canalisations périphériques 90 possédant également la même configuration. Le connecteur 12 est monté à la partie inférieure du train de tiges 2, par exemple par des moyens similaires à ceux permettant d'assurer

l'assemblage de deux tiges 51.

Des clapets 59 et des pions de centrage 65 sont également prévus

comme précédemment.

Le connecteur comporte par ailleurs à sa partie inférieure, un ensemble annulaire d'organes de pincement 91 montés pivotant autour d'axes horizontaux 92. Les organes 91 possèdent une extrémité inférieure en forme de crochet 93 afin de leur permettre de pincer une bride 94 formée à la partie

supérieure de la tête 21 de l'appareil de forage 1.

Les organes de pincement 91 comportent par ailleurs des surfaces extérieures formant came. Ces surfaces comportent une surface inférieure 95 et une surface supérieure 96 susceptibles de coopérer avec des surfaces correspondantes 97 formées à l'intérieur de la partie inférieure d'une jupe

98 montée coulissante à la périphérie du connecteur 12.

Une saillie annulaire extérieure 99 du corps du connecteur coopère avec une saillie annulaire intérieure 100 de la jupe 98 pour former une

chambre annulaire de vérin 101 alimentée par un des conduits 57.

Le vérin annulaire ainsi formé tend, lorsqu'il est actionné, à repousser la jupe 98 vers le haut contre l'action de ressorts hélicoïdaux 102 disposés entre la saillie annulaire 100 et un épaulement 103 du corps du connecteur. Dans la position connectée de la figure lia, les ressorts 102 maintiennent la jupe 98 dans sa position basse dans laquelle la surface 97 en appui sur les surfaces 95 des organes 91 provoquent le pincement de la bride 94. Au contraire, dans la position déconnectée de la figure 11b, du fluide hydraulique est injecté dans la chambre 101 provoquant la remontée de la jupe 98 contre l'action des ressorts 102, de sorte que la surface 97 coopère avec les surfaces 96 pour faire basculer vers l'extérieur les extrémités 93 en

forme de crochet des organes 91 et ainsi libérer la bride 94.

On remarque en outre que les surfaces inférieures internes 104 des organes 91 forment un tronc de cône permettant d'assurer le guidage de la

bride 94 et l'ouverture des organes 91 lors de la connexion.

Le centrage lors de cette connexion est assuré comme décrit précédemment au sujet des tiges 51 par l'intermédiaire des pions 65, l'ouverture des clapets 59 s'effectuant lorsque le connecteur 12 vient en

contact avec la tête 21 de l'appareil de forage 1.

Cet agencement permet de déconnecter très rapidement le train de tiges de l'appareil de forage 1 en cas de nécessité et permet également une

reconnexion aisée lorsque les opérations de forage doivent être reprises.

On décrira maintenant le mode d'utilisation du dispositif selon

l'invention en référence aux figures 12a à 12n.

On voit sur la figure 12a l'appareil de forage 1 disposé à l'intérieur d'un conduit de tubage 105 destiné à assurer la stabilité de la partie supérieure du forage à réaliser. L'appareil 1 est suspendu au navire par l'intermédiaire du train de tiges 2 et supporte d'une part l'ensemble de guidage et de blocage 13, et d'autre part le tubage 105 par l'intermédiaire

des patins 40 qui se trouvent dans leur position déployée.

On remarque en outre que l'appareil 1 est totalement enfermé dans le tubage 105 de sorte que lorsque le dispositif atteind le fond marin, sa partie inférieure vient en 106 s'engager dans le sol o doit être effectué le

forage. Le guidage de l'appareil 1 est ainsi assuré pour le début du forage.

Dans la figure 12b, les patins 40 sont rétractés de manière à désolidariser l'appareil 1 du tubage 105. Les mors 16 sont resserrés sur le train de tiges 2 et le corps de l'appareil 1 est descendu grâce au vérin 23

tandis que les fraises 26 dégagent l'intérieur de la partie 106 du tubage.

L'appareil 1 est alors remonté dans le tubage 105 à l'aide du vérin

23, les mors 16 restant fermés (figure 12c).

Les mors 16 sont ensuite ouverts (figure 12d) et l'appareil 1 est redescendu dans le tubage 105 par le treuil 4 du navire, le vérin 23 restant rétracté. Les patins 40 sont alors déployés de manière à resolidariser

l'appareil 1 du tubage 105.

Le forage est alors commencé comme représenté en figures 12d et 12e avec le vérin 23 rétracté, et l'appareil 1 avec le tubage 105 suspendus au navire par le train de tiges 2. Pendant cette phase des opérations, les mors 16 restent ouverts. Ainsi, le tubage 105 descend avec l'appareil 1 jusqu'à ce que sa plaque supérieure 107 et l'ensemble 13 viennent au contact du fond marin.

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Pendant cette phase, en même temps que les fraises 26 sont actionnées en rotation, elles subissent un mouvement d'oscillation comme représenté par les flèches F2 des figures 13a à 13c de manière que le forage possède, dans au moins une de ses directions, une dimension légèrement supérieure à l'encombrement extérieur du tubage 105 afin de faciliter la

pénétration de celui-ci.

Les figures 12f à 12k représentent les phases ultérieures du forage. On notera tout d'abord que dans toutes les phases ultérieures, les patins 40 sont rétractés, le tubage 105 restant en place tandis que

l'appareil 1 termine le forage et est ensuite remonté.

A la figure 12f, les mors 16 sont refermés sur le train de tiges 2

et le vérin 23 est dans sa position rétractée.

Les fraises 26 étant en action, l'appareil 1 est descendu à l'aide du vérin 23 (figure 12g) puis est remonté toujours à l'aide de ce vérin (figure 12h) les mors 16 demeurant en position fermée. Ces mors sont ensuite ouverts (figure 12i) et l'appareil 1 est redescendu en fond de forage par l'intermédiaire du treuil 4 et du train de tiges 2, le vérin 23 demeurant

dans sa position rétractée.

Les mors 16 sont ensuite refermés et l'appareil 1 est descendu à l'aide du vérin 23 pour un nouveau tronçon de forage (figure 12j) puis

remonté (figure 12k).

Ce cycle se reproduit jusqu'à la fin du forage o l'appareil 1 est remonté à l'aide du train de tiges 2, les mors 16 étant ouverts

(figure 12 1).

Pendant toute la remontée de l'appareil de la boue est injectée dans le forage afin d'assurer la stabilité de ses parois. Cette boue est injectée par les canalisations 52, la vanne 10 étant dans sa position o elle

obture le conduit 11 d'évacuation des déblais.

Lorsque l'appareil 1 arrive au niveau du fond marin, la structure supérieure 15 de l'ensemble 13 est rendue solidaire de cet appareil, par exemple à l'aide des mors 16, de sorte que l'appareil et la structure peuvent être remontés simultanément jusqu'au navire à l'aide du train de tiges 2. La figure 12n représente le forage terminé avec sa partie supérieure tubée et la structure inférieure 14 de l'ensemble 13 qui permettra par la suite de poursuivre les opérations classiques d'installation et de cimentation d'une structure dans le forage et/ou éventuellement de réengager l'appareil 1 dans

le forage de manière à le reprendre.

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Bien entendu, diverses variantes et modifications peuvent être

apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de

l'esprit de l'invention.

C'est ainsi en particulier qu'un appareil de forage autre que celui

représenté aux figures 2a et 2b pourrait être utilisé.

De meme, la centrale hydraulique pourrait être elle-même immergée,

et non pas installée sur le navire comme représenté sur la figure 1.

En outre, les termes "boue de forage" ne sont nullement limitatifs et incluent en particulier tout coulis susceptible ou non de faire prise

ultérieurement.

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Claims (17)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif pour le forage sous-marin de fondations, caractérisé par le fait qu'il comprend: - un appareil de forage possédant une tête (21) et un corps (22) reliés par au moins un vérin hydraulique d'avance (23), ledit corps étant muni d'au moins une fraise (26), ledit appareil étant en outre muni d'au moins une pompe (29) de refoulement des déblais, et de moteurs hydrauliques (27, 30) pour entraîner ladite fraise et ladite pompe, - un ensemble tubulaire rigide (2) comportant au moins une canalisation (52) pour le refoulement des déblais et des canalisations (57) d'alimentation dudit vérin et desdits moteurs en fluide hydraulique, - des moyens de liaison (12) entre la tête dudit -appareil de forage et extrémité inférieure dudit ensemble tubulaire, - des moyens de support (13), susceptibles d'être disposés sur le fond marin en tête du forage, pour des moyens de blocage (16) dudit ensemble tubulaire, et, - des moyens de suspension du dispositif à un navire (3), des moyens (5) étant prévus pour la fourniture de fluide hydraulique, et des conduits de liaison étant prévus entre lesdits moyens de fourniture de fluide

et extrémité supérieure dudit ensemble tubulaire.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit corps est muni de deux fraises d'axes horizontaux tournant en sens inverses.

3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,

caractérisé par le fait qu'il comprend, à la partie supérieure dudit ensemble tubulaire, une boite de distribution (10) à trois voies à clapet anti-retour à deux positions, une des voies (80) étant reliées à ladite canalisation de refoulement, une deuxième voie (79) à un conduit (11) d'évacuation des déblais, et un conduit d'alimentation en boue étant connecté entre la troisième voie (78) et une unité (8) de production de boue installée sur ledit navire, la canalisation de refoulement étant reliée au conduit d'évacuation dans la première position du clapet, et au conduit

d'alimentation en boue dans la deuxième position du clapet.

4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite boite de distribution à trois voies comporte une chambre de distribution (83) dans laquelle un organe d'obturation est guidé pour se déplaceé entre un premier siège (82) o il obture l'orifice de la deuxième voie et un deuxième siège (81) o il obture l'orifice de la troisième voie, l'organe d'obturation étant automatiquement appliqué contre ledit deuxième siège lorsque des déblais sont refoulés dans la canalisation de refoulement pour l'évacuation desdits déblais par le conduit d'évacuation, et contre e

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ledit premier siège lorsque de la boue de forage est injectée dans le conduit d'alimentation en boue pour l'injection de ladite boue dans le forage par

l'intermédiaire de ladite canalisation de refoulement.

- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit organe d'obturation est une sphère guidée dans la chambre de

distribution par des nervures (84) formées sur les parois de ladite chambre.

6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,

caractérisé par le fait que lesdits moyens de liaison entre la tête de l'appareil de forage et l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire comprennent un connecteur, disposé à ladite extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire et manoeuvrable à l'aide d'au moins un vérin hydraulique, ledit ensemble tubulaire comportant des canalisations

d'alimentation pour ledit vérin.

7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit vérin hydraulique est un vérin annulaire dont l'organe mobile (98) forme une jupe disposée autoui de ladite extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire entre deux butées (99, 103) limitant sa course axiale, ledit connecteur comprenant une pluralité d'organes de pincement (91) agencés pour pincer une bride (94) formée sur la tête de l'appareil de forage, lesdits organes de pincement étant montés à la périphérie de ladite extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire sur des axes de rotation horizontaux (92) et étant munis de surfaces de came (95, 96) coopérant avec des surfaces correspondantes (97) de ladite jupe de manière à basculer d'une position de verrouillage lorsque ladite jupe est dans une de ses positions axiales à une position de déverrouillage lorsque ladite jupe est dans son autre position axiale. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit vérin est à simple effet, ladite jupe pouvant être amenée de sa position de verrouillage à sa position de déverrouillage sous l'action du fluide hydraulique contre l'action de moyens élastiques (102) tendant à ramener la jupe en position de verrouillage, les organes de pincement et ladite bride possédant des surfaces coopérantes (104) pour écarter lesdits organes de pincement lorsque lesdites surfaces coopérantes sont appuyées les

unes contre les autres.

9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8,

caractérisé par le fait que l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire et/ou la tête de l'appareil de forage comportent des pions de centrage coniques (65) coopérants avec des trous correspondants (66) dans l'autre élément, de manière à faire correspondre angulairement chaque orifice des canalisations de l'ensemble tubulaire avec les orifices d'alimentation

correspondants de l'appareil de forage.

- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9,

caractérisé par le fait que les extrémités inférieures de chaque canalisation de fluide hydraulique de l'ensemble tubulaire, ainsi que les orifices d'alimentation correspondants de la tête l'appareil de forage sont munis de - clapets (59) agencés pour être fermés lorsque l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire est déconnectée de l'appareil de forage, et pour être ouverts lorsque l'extrémité inférieure de l'ensemble tubulaire est connectée

à l'appareil de forage.

11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,

- caractérisé par le fait que la sortie (35) de la pompe de refoulement des déblais est reliée à la tête de l'appareil de forage par un conduit de

refoulement (36) télescopique.

12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,

caractérisé par le fait que lesdits moyens de support comprennent une structure inférieure (14) munie de premières surfaces de guidage (18) pour la partie inférieure de l'appareil de forage, et une structure supérieure (15) munie de surfaces de guidage (20)susceptibles de coopérer avec de deuxièmes surfaces de guidage (19) de la structure inférieure, lesdits moyens de

blocage étant montés sur ladite structure supérieure.

13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12,

caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'accouplement (40) d'un tubage (105) autour de l'appareil de forage, manoeuvrables à l'aide de vérins hydrauliques (41), ledit ensemble tubulaire comportant des canalisations

d'alimentation pour lesdits vérins.

14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'accouplement comprennent des patins montés sur des faces

opposées de l'appareil de forage.

- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 et 14,

caractérisé par le fait que les fraises sont montées oscillantes autour d'axes horizontaux, des vérins hydrauliques étant prévus pour provoquer leurs oscillations, et en ce que ledit ensemble tubulaire comporte des

canalisations d'alimentation pour lesdits vérins.

16 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15,

caractérisé par Je fait que ledit ensemble tubulaire rigide est prolongé

jusqu'au navire.

17 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16,

caractérisé par le fait que ledit ensemble tubulaire rigide est réalisé sous la forme de tronçons raccordables (51), chacun des tronçons comportant une canalisation centrale (52) pour le refoulement des déblais et/ou l'injection de boue, et des canalisations d'alimentation (57) en fluide hydraulique disposées à la périphérie de la canalisation centrale, des moyens (65,66)

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étant prévus pour assurer le positionnement angulaire relatif de deux tronçons adjacents de manière à faire correspondre les orifices de leurs

canalisations d'alimentation homologues.

18 - Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait qu'au moins une extrémité d'un tronçon comporte des pions de centrage coniques (65) susceptibles de coopérer avec des trous (66) correspondants

formés dans l'extrémité en vis-à-vis du tronçon adjacent.

19 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 et 18,

caractérisé par le fait que chaque extrémité de chaque canalisation d'alimentation en fluide hydraulique d'un tronçon est munie d'un clapet (59) agencé pour être fermé lorsque ledit tronçon n'est pas raccordé du cSté de cette extrémité, et pour être ouvert lorsque ledit tronçon est raccordé du

c6té de cette extrémité à un tronçon adjacent.

- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 20,

caractérisé par le fait que chaque tronçon comporte une gaine extérieure de protection (53), les canalisations d'alimentation en fluide hydraulique étant disposées dans l'espace annulaire (56) compris entre la canalisation centrale

et la gaine extérieure.

21 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 20,

caractérisé par le fait que lesdites canalisations d'alimentation en fluide hydraulique sont montées coulissantes à leurs extrémités, dans un embout (54,

) solidaire de l'extrémité de la canalisation centrale.

22 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 21,

caractérisé par le fait que chaque tronçon comporte à une de ses extrémités un filetage mâle (60) et, à son autre extrémité, un écrou (61) possédant un filetage intérieur correspondant (62), mobile axialement entre deux butées

(63, 64).