FR2889556A1 - Dispositif de forage d'un puits suivant un axe de forage pour mesurer un parametre d'une partie d'un sol - Google Patents

Abstract

Le dispositif de forage selon l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'il comporte un tube de chemisage 6 du puits 5, un outil de forage 9 apte à présenter deux configurations, respectivement dites "configuration de travail" et "configuration d'escamotage", et des moyens 50 pour injecter un fluide sous pression dans le puits pour récupérer les déchets de forage, ces moyens 50 étant constitués par au moins un conduit 51 comportant une entrée d'alimentation 52 en ce fluide sous pression et au moins un orifice de sortie 53-56 du fluide sous pression, le conduit étant monté en coopération avec l'outil de forage de façon que son orifice de sortie soit situé au niveau de l'outil de forage, l'axe d'éjection du fluide par l'orifice de sortie étant parallèle à l'axe de forage.Application, notamment, pour le forage d'un puits dans un sol et la mesure, en géotechnique, de la pression à différents niveaux dans ce sol.

Description

DISPOSITIF DE FORAGE D'UN PUITS SUIVANT UN AXE DE FORAGE

POUR MESURER UN PARAMETRE D'UNE PARTIE D'UN SOL La présente invention concerne les dispositifs de forage d'un puits défini selon un axe de forage pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol au moyen d'une sonde apte à mesurer ce paramètre, cette partie de sol étant située à une distance donnée de sa surface, qui trouvent une application particulièrement avantageuse dans la mesure, en géotechnique, par exemple de la pression à différents niveaux dans les sols.

io Ces dispositifs connus permettent essentiellement, tout d'abord de forer le début d'un puits sur une certaine profondeur au moyen d'un outil de forage et d'effectuer des premières mesures au niveau de cette première portion de puits.

Lorsque ces premières mesures sont terminées, la paroi de la première portion de puits est chemisée au moyen d'un tube. Le forage du puits est ensuite poursuivi au moyen généralement du tube de chemisage de la première portion du puits dont l'extrémité est utilisée comme outil de forage, jusqu'à atteindre, par pas successifs, le niveau voulu en soussol, les mesures du paramètre étant effectuées au fur et à mesure que le puits est foré, après avoir chaque fois relevé le tube de chemisage d'une quantité suffisante pour permettre à la sonde d'effectuer la mesure.

Ces mesures sont donc effectuées à partir d'un niveau proche de la surface du sol pour se terminer en profondeur à un niveau voulu du sous- sol.

Ce procédé antérieur connu présente incontestablement des inconvénients. Notamment, sa mise en oeuvre est relativement longue car il faut exécuter plusieurs manoeuvres successives, et de façon répétitive, pour effectuer les mesures du paramètre à chaque niveau.

En effet, il faut tout d'abord creuser une partie du puits, par exemple avec le tube de chemisage, puis enlever les déchets de forage, relever le tube de chemisage d'une quantité déterminée, mettre en place la sonde, effectuer la mesure, enlever la sonde, et recommencer ainsi de suite plusieurs fois toutes ces opérations jusqu'au niveau profond du sous-sol à atteindre.

De plus, les déchets produits par le forage peuvent bien entendu remonter par l'intérieur du tube de chemisage, mais aussi entre la paroi extérieure du tube et la paroi de la portion de puits déjà forée. Or, ces déchets comportent des particules solides qui peuvent endommager la paroi du puits, ce qui peut être un inconvénient pour les opérations ultérieures.

Il est aussi possible qu'un temps important s'écoule ente le début du forage du puits et l'instant de la dernière mesure, celle qui s'effectue quand le puits a atteint la profondeur voulue. Cet espace de temps peut entraîner des erreurs dans les mesures, notamment dans le cas par exemple de la mesure de la pression qui règne dans le sol, car les roches du sol sur lesquelles doivent être effectuées les mesures ont alors le temps de se détendre avant que la dernière mesure ne soit effectuée. Les résultats ne sont alors pas réellement représentatifs des vraies valeurs du io paramètre que présentait le sol avant le forage du puits.

Aussi a-t-il été apporté des perfectionnements à ces dispositifs décrits ci-dessus. Le Demandeur a notamment réalisé un dispositif perfectionné décrit dans le FR-A-2 797 466, pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, au moyen d'une sonde apte à mesurer ce paramètre.

De plus, pour remonter les déchets de forage depuis le fond du puits, on utilise un fluide sous pression qui est injecté en dessous de l'outil de forage. De tels systèmes sont par exemple décrits dans le DE-A-4211048 et les US-A-5 934 394 et 5111 893.

Dans ces dispositifs, le système d'injection du fluide sous pression est constitué par un conduit d'alimentation comportant une entrée d'alimentation en fluide sous pression généralement située en surface du sol, et au moins une sortie d'éjection située en dessous de l'outil de forage, dont l'axe d'éjection du fluide fait un angle non nul par apport à l'axe de forage. De ce fait, comme le fluide est éjecté sous pression, il frappe très fortement la paroi de la partie du puits qui va être forée ou qui vient juste d'être forée, ce qui a pour conséquence de dégrader cette paroi. Or, il est constaté que, si la paroi d'un puits est dégradée, la mesure du paramètre n'est pas fiable et le résultat n'est pas représentatif de la valeur réelle de ce paramètre.

La présente invention a donc pour but de réaliser un perfectionnement à un tel dispositif selon l'art antérieur, qui permet de pallier en grande partie les inconvénients mentionnés ci-dessus.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de forage d'un puits défini selon un axe de forage pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol au moyen d'une sonde apte à mesurer ce paramètre, cette partie de sol étant située à une distance donnée de sa surface, le dispositif de forage comportant au moins: É un tube de chemisage du puits d'un diamètre donné, le diamètre extérieur du tube de chemisage étant égal au diamètre donné du puits, s É un outil de forage apte à présenter deux configurations, une première configuration dite "configuration de travail" dans laquelle ledit outil de forage présente un rayon extérieur hors tout d'une valeur sensiblement égale au rayon extérieur du tube de chemisage, et une seconde configuration dite "configuration d'escamotage" dans laquelle ledit outil de forage présente un diamètre extérieur hors tout d'une io valeur inférieure au diamètre intérieur du tube de chemisage, et É des moyens pour injecter un fluide sous pression dans ledit puits pour récupérer les déchets de forage, caractérisé par le fait que les moyens pour injecter un fluide sous pression sont constitués par au moins un conduit comportant une entrée d'alimentation en ce fluide sous pression et au moins un orifice de sortie du dit fluide sous pression, ledit conduit étant monté en coopération avec ledit outil de forage de façon que son orifice de sortie soit situé au niveau dudit outil de forage, l'axe d'éjection du fluide par ledit orifice de sortie étant parallèle audit axe de forage.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de 20 la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels: Les figures 1 et 2 représentent deux configurations du dispositif selon l'invention pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol située à une distance donnée de sa surface, et La figure 3 représente une vue en coupe schématique d'une partie d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention.

II est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure.

Il est aussi précisé que les figures représentent essentiellement un seul mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention.

Il est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments.

II est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle.

La présente invention concerne un dispositif de forage d'un puits pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol 1 située à une certaine profondeur à partir de sa surface 4, au moyen d'une sonde apte à mesurer ce paramètre, qui trouve une application particulièrement avantageuse dans la mesure, en géotechnique, par exemple de la pression à différents niveaux dans ce sol (1).

Le dispositif dont un mode de réalisation est illustré sur les figures 1 à 3 comporte un outil de forage 9 pour forer un puits 5 suivant un axe de forage 11.

Il comporte en outre un tube de chemisage 6 dont le diamètre extérieur est égal au diamètre du puits réalisé par l'outil de forage 9, qui suit l'outil de forage en descendant le long de la paroi du puits à mesure que progresse le forage du puits. Quant aux déchets 7 résultant du forage du puits, ils sont éliminés par l'intérieur du tube de chemisage 6, par exemple au moyen d'un fluide apte à les véhiculer.

Le tube de chemisage peut être constitué d'un tube réalisé d'un seul tenant, par exemple pour un puits de profondeur relativement faible. Mais, pour des profondeurs plus importantes, par exemple de l'ordre de la centaine de mètres ou de plusieurs centaines de mètres, le tube de chemisage peut être constitué d'une pluralité de portions de tubes aboutées les unes aux autres. Cette opération est bien connue de l'homme du métier et ne sera donc pas décrite plus amplement ici, dans l'unique souci de simplifier la présente description.

Les opérations de mesure avec un tel dispositif de forage sont par exemple décrites dans le FR-A-2 797 466 et ne seront donc pas, elles non plus, plus amplement décrites ici dans l'unique souci de la simplification de la présente description.

L'outil de forage 9 défini ci-dessus est agencé de façon qu'il soit apte à présenter deux configurations, une première configuration dite "configuration de s travail" comme celle représentée sur la figure 1, dans laquelle il présente un rayon extérieur hors tout R, c'est-à-dire le rayon de la section de forage qu'il peut réaliser quand il est entraîné en rotation, d'une valeur égale au rayon extérieur du tube de chemisage 6, et une seconde configuration dite "configuration d'escamotage" comme celle représentée sur la figure 2, dans laquelle cet outil de forage 9 présente un io diamètre extérieur hors tout D d'une valeur inférieure au diamètre intérieur 8 du tube de chemisage 6.

Un exemple de réalisation d'un tel outil est représenté schématiquement à titre d'exemple sur la figure 3.

Dans ce mode de réalisation, l'outil de forage 9 comporte une embase 20 de forme générale cylindrique de révolution d'un diamètre inférieur au diamètre intérieur 8 du tube de chemisage 6 et des premiers moyens de forage 21 montés en coopération avec cette embase 20, par exemple des dents de creusement ou analogue.

L'outil de forage 9 comporte en outre une came 22, des seconds moyens de forage 23 montés en coopération avec la came 22, par exemple de même nature que les premiers moyens de forage 21, et des moyens 24 pour monter cette came 22 en rotation par rapport à l'embase 20, par exemple un arbre de rotation 40 monté en coopération avec des paliers réalisés dans l'embase.

Ces moyens 24 pour monter la came 22 en rotation par rapport à l'embase sont en outre agencés de façon que la came 22 puisse prendre deux positions, une première position dans laquelle au moins une partie 25 de cette came 22 est en saillie latérale par rapport à l'embase 20 (figure 1 et 3), et une seconde position dans laquelle la came 22 est entièrement contenue dans la surface cylindrique 26 enveloppant l'embase (figure 3), par exemple dans un logement 30 réalisé à cet effet à la périphérie de cette embase.

L'outil de forage 9 comporte en outre des moyens 27 pour commander la rotation de la came 22 par rapport à l'embase 20 de façon à la faire passer de sa première position à la seconde et réciproquement. Ces moyens peuvent être constitués, par exemple, par un bras de commande 41 dont une première extrémité est liée par exemple à l'arbre 40 et dont l'autre seconde extrémité émerge du puits 5 de façon que, en agissant en rotation sur ce bras 41 au moyen d'une clé ou analogue, dans un sens ou dans l'autre, il soit possible de faire passer la came 22 de l'une de ses deux positions à l'autre, ces deux positions étant par construction des

états stables.

L'outil de forage comporte aussi des moyens 28 pour commander la rotation de l'ensemble embase 20 - came 22 autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe de révolution de l'embase qui est généralement confondu avec l'axe 11 du puits. Ces moyens 28 représentés schématiquement sur la figure 3 peuvent par io exemple être constitués d'une tige 60 dont une première extrémité est liée par exemple à l'embase 20 et dont la seconde extrémité émerge du puits de façon que, en agissant en rotation sur la tige 60 par tout moyen, par exemple au moyen d'un moteur ou analogue, il soit possible d'entraîner en rotation cet ensemble embase 20 - came 22 pour effectuer le forage.

Selon l'invention, le dispositif comporte en plus des moyens 50 pour injecter un fluide sous pression dans le puits pour récupérer les déchets générés par le forage au moyen de l'outil de forage 9.

Selon une caractéristique importante de l'invention, les moyens 50 pour injecter un fluide sous pression sont constitués par au moins un conduit 51 comportant une entrée d'alimentation 52 en ce fluide sous pression et au moins une sortie du fluide sous pression 53, 54, 55, 56, ..., ce conduit étant monté en coopération avec l'outil de forage 9 de façon que l'orifice de sortie 53-56 soit situé au niveau de l'outil de forage 9 et que l'axe d'éjection du fluide par cet orifice de sortie soit parallèle à l'axe de forage 11.

Dans une réalisation possible du dispositif selon l'invention, au moins un orifice de sortie, tels que les deux orifices référencés 53 et 54 sur la figure 3, débouche en partie inférieure de l'embase 20.

Mais il est aussi possible qu'un tel orifice de sortie, comme ceux référencés 55 et 56 sur la figure 3, débouche dans le logement 30.

Cependant de façon avantageuse, le conduit 51 comportera une pluralité d'orifices de sortie du fluide sous pression, comme illustré sur la figure 3, et les axes d'éjection du fluide par ces orifices de sortie 53- 56 seront tous parallèles à l'axe de forage 11, et donc tous parallèles entre eux. Dans ce mode de réalisation, parmi la pluralité d'orifices de sortie, certains 53, 54 débouchent en partie inférieure de l'embase 20 et d'autres 55, 56 débouchent dans le logement 30.

Il est à noter que le conduit 51 peut comporter d'autres orifices de sortie que les quatre illustrés, disposés de façon à permettre l'évacuation des déchets de forage, tant ceux qui sont contenus dans le puits que ceux qui peuvent s'agglomérer sur l'outil de forage 9, par exemple dans le logement 30, et empêcher le bon fonctionnement de la came 22, en précisant que les axes d'éjection du fluide par tous ces orifices de sortie seront tous parallèles à l'axe de forage 11.

Pour favoriser l'évacuation des déchets et obtenir des jets de fluide plus io puissants, il peut être avantageux, comme illustré pour les orifices de sortie 55 et 56 débouchant dans le logement 30, que les orifices de sortie soient conformés en buses d'éjection à effet venturi.

Dans une réalisation possible et avantageuse, le conduit 51 est réalisé comme illustré sur la figure 3, dans la tige 60 d'entraînement en rotation de l'outil de forage 9.

Avec les caractéristiques du dispositif de forage selon l'invention décrites ci-dessus, les jets de fluide au niveau de l'outil de forage 9 ne sont jamais dirigés vers la paroi du puits 5 et, même lorsqu'ils sont les plus puissants possibles, ils ne peuvent en aucune façon dégrader cette paroi, ce qui permet d'obtenir un résultat très fiable de la mesure du paramètre cherché et donc à coup sûr vraiment représentatif de la valeur réelle de ce paramètre.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de forage d'un puits défini selon un axe de forage pour mesurer un paramètre d'une partie d'un sol au moyen d'une sonde apte à mesurer ce 5 paramètre, cette partie de sol étant située à une distance donnée de sa surface (4), le dispositif de forage comportant au moins: É un tube de chemisage (6) du puits (5) d'un diamètre donné, le diamètre extérieur du tube de chemisage (6) étant égal au diamètre donné du puits, É un outil de forage (9) apte à présenter deux configurations, une première io configuration dite "configuration de travail" dans laquelle ledit outil de forage présente un rayon extérieur hors tout d'une valeur sensiblement égale au rayon extérieur du tube de chemisage, et une seconde configuration dite "configuration d'escamotage" dans laquelle ledit outil de forage (9) présente un diamètre extérieur hors tout d'une valeur inférieure au diamètre intérieur (8) du tube de chemisage (6), et É des moyens (50) pour injecter un fluide sous pression dans ledit puits pour récupérer les déchets de forage, caractérisé par le fait que les moyens pour injecter un fluide sous pression sont constitués par au moins un conduit (51) comportant une entrée d'alimentation (52) en ce fluide sous pression et au moins un orifice de sortie (53-56) du dit fluide sous pression, ledit conduit étant monté en coopération avec ledit outil de forage de façon que son orifice de sortie soit situé au niveau dudit outil de forage, l'axe d'éjection du fluide par ledit orifice de sortie étant parallèle audit axe de forage (11).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit outil de 25 forage (9) comporte: une embase (20) de forme générale cylindrique de révolution d'un diamètre inférieur au diamètre intérieur (8) du tube de chemisage (6), des premiers moyens de forage (21) montés en coopération avec ladite embase (20), une came (22), des seconds moyens de forage (23) montés en coopération avec ladite came (22), des moyens (24) pour monter ladite came (22) en rotation par rapport à ladite embase (20) de façon que ladite came puisse prendre deux positions, une première position dans laquelle au moins une partie (25) de ladite came (22) est en saillie latérale par rapport à ladite embase (20) et une seconde position dans laquelle ladite came (22) est escamotée dans un logement (30) réalisé dans l'embase, des moyens (27) pour commander la rotation de ladite came (22) par rapport à l'embase (20), et des moyens (28) pour commander la rotation de l'ensemble embase (20) - came (22) autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe de révolution de ladite embase.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit orifice de sortie (53-54) débouche en partie inférieure de ladite embase (20).

4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit orifice de sortie (55-56) débouche dans ledit logement (30).

5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit conduit (51) comporte une pluralité d'orifices de sortie (53-56) dudit fluide sous pression, les axes d'éjection du fluide par lesdits orifices de sortie étant tous parallèles audit axe de forage (11).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que, parmi la pluralité d'orifices de sortie (53-56), certains débouchent en partie inférieure de ladite embase (20) et d'autres dans ledit logement (30).

7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'au moins l'un des orifices de sortie (53-56) est conformé en buse d'éjection à effet venturi.

8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que, les moyens (28) pour commander la rotation de l'ensemble embase (20) - came (22) autour d'un axe sensiblement confondu avec l'axe de révolution de ladite embase comportant une tige (60) d'entraînement en rotation, ledit conduit (51) est réalisé dans la tige d'entraînement.