FR2981682A1 - Dispositif de forage de grand diametre - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de forage de grand diamètre comporte un corps (2) fixe et un outil (4) mobile en rotation et translation par rapport au corps (2). Le corps (2) fixe présente des vérins (12) de maintien radiaux répartis orientés vers l'extérieur du corps (2) de manière à permettre le maintien du corps (2) dans une cavité. Le corps (2) fixe porte un arbre (10) s'étendant selon une direction dite longitudinale, des moyens de transmission permettant de faire tourner l'arbre (10) de transmission sur lui-même et de le translater dans la direction correspondant à l'axe (8) de rotation de l'arbre (10). L'outil (4) présente une périphérie circulaire. Des outils de coupe (34) munis de moyens d'entrainement distincts des moyens d'entrainement de l'arbre (10), sont répartis sur la périphérie circulaire de l'outil.

Description

La présente invention concerne un dispositif de forage de grand diamètre. Pour réaliser un forage d'un puits (sensiblement vertical) ou d'un tunnel (sensiblement horizontal), il existe de nombreux procédés. Lorsqu'il s'agit de creuser des roches dures, une technique consiste à utiliser des explosifs pour fragmenter la roche et retirer ensuite les fragments avant d'aménager la cavité ainsi réalisée. Il est également connu d'utiliser des dispositifs de forage. Deux grands principes sont mis en oeuvre pour de tels dispositifs afin de réaliser des forages d'un diamètre important, par exemple de plus d'un mètre de diamètre. Selon un premier principe, des moyens de percussion sont mis en oeuvre pour briser des roches. Une autre technique, mise en oeuvre par exemple par des tunneliers, est d'utiliser une fraise géante qui vient raboter la roche. Dans tous les cas évoqués ci-dessus, les débris de roches correspondants à la totalité du volume creusé doivent être évacués. Dans le cas où des dispositifs de forage sont utilisés, les débris sont le plus souvent mélangés à de l'eau et il convient donc d'évacuer de grande quantité de boues de forage. Lors d'un forage d'un puits, des pressions de pompage de plus de 100 bars sont nécessaires dès que le puits atteint des profondeurs de plusieurs centaines de mètres.

La présente invention a pour but de fournir de nouveaux moyens de forage permettant de creuser des puits de grande profondeur et de grand diamètre en limitant l'énergie nécessaire pour le forage. Avantageusement, le forage pourra être notamment réalisé sans avoir à mettre en oeuvre des pompes à très haute pression. De préférence, le dispositif de forage sera également adapté à la réalisation de tunnels. Le dispositif selon la présente invention sera de préférence adapté pour le forage de roches dures et plus généralement de tout sol cohérent (c'est-à-dire non meuble). À cet effet, la présente invention propose un dispositif de forage de grand diamètre comportant un corps fixe et un outil mobile en rotation et translation par rapport au corps. Selon la présente invention : - le corps fixe présente des vérins de maintien radiaux répartis orientés vers l'extérieur du corps de manière à permettre le maintien du corps dans une cavité, - le corps fixe porte un arbre s'étendant selon une direction dite longitudinale, des moyens de transmission permettant de faire tourner l'arbre de transmission sur lui-même et de le translater dans la direction correspondant à l'axe de rotation de l'arbre, - l'outil présente une périphérie circulaire, - des outils de coupe munis de moyens d'entrainement distincts des moyens d'entrainement de l'arbre, sont répartis sur la périphérie circulaire de l'outil, et - l'outil comporte des moyens de coupe pour couper une carotte se trouvant à l'intérieur de l'outil. Il est ainsi proposé une structure tout à fait originale pour un dispositif de forage. Les outils de coupe permettent de réaliser une rainure autour d'une carotte. De la sorte, le volume de matière à broyer est limité fortement ce qui permet de sensiblement limiter l'énergie à mettre en oeuvre pour le forage. En outre, grâce à cette nouvelle structure, il peut être envisagé de réaliser une succession de carottes et ainsi de progresser petit à petit pour réaliser un forage vertical, même très profond, ou un forage horizontal. Dans une forme de réalisation préférée, le corps fixe présente une forme globale cylindrique circulaire ; les vérins sont montés sur l'extérieur du corps et l'arbre est monté de manière coaxiale par rapport au corps, une extrémité de l'arbre portant l'outil faisant saillie hors du corps. On peut aussi prévoir que l'outil présente une forme globale cylindrique circulaire tubulaire, que l'outil présente une première extrémité raccordée à l'arbre, ladite extrémité comportant un fond permettant la fixation de l'outil à l'arbre, et que l'outil présente une seconde extrémité qui porte les outils de coupe y compris les moteurs d'entrainement correspondants desdits outils de coupe. Pour augmenter la modularité du dispositif de forage selon l'invention, l'outil est par exemple réalisé en trois parties assemblées les unes aux autres : une première partie permet de réaliser une liaison entre l'arbre et l'outil ; une deuxième partie de forme extérieure cylindrique circulaire tubulaire porte les outils de coupe et une troisième partie, ou partie intermédiaire, de forme globale cylindrique circulaire tubulaire de même diamètre extérieur que la deuxième partie, vient prendre place entre la première partie et la deuxième partie. La première partie assurant la liaison peut être une partie "standard" (c'est-à-dire identique pour plusieurs types de dispositifs de forage avec des caractéristiques différentes), la deuxième partie peut être adaptée en diamètre au diamètre de forage souhaité et la partie intermédiaire permet de définir la hauteur des carottes réalisées et adapter ainsi l'outil aux diverses natures de sol qui peuvent être rencontrées lors d'un forage. Une forme de réalisation préférée car permettant l'utilisation de moteurs électriques prévoit que les outils de coupe sont des disques de coupe entrainés par au moins un moteur électrique ; que des disques de coupe sont entrainés en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal ; que des disques de coupe sont entraînés en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal et décalé par rapport à celui-ci, et que les disques de coupe entrainés en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal sont mobiles entre une position dans laquelle ils sont partiellement en saillie vers l'extérieur par rapport aux disques de coupe entrainés en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal et une position rétractée dans laquelle il ne sont plus en saillie vers l'extérieur par rapport aux disques de coupe entrainés en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal. Pour l'extraction de la matière broyée et de boues de forage, l'arbre est avantageusement un arbre tubulaire à l'intérieur duquel passe un conduit d'aspiration. Dans cette forme de réalisation, des réservoirs de stockage peuvent être prévus à la périphérie du corps et ces réservoirs peuvent être alimentés par un dispositif de pompage et/ou aspiration prévu pour pomper des boues ou similaires au niveau de l'outil et les déverser dans lesdits réservoirs en passant par le conduit d'aspiration.

Dans la forme de réalisation selon laquelle le dispositif de forage comporte un outil de forme globale cylindrique circulaire tubulaire, ledit outil peut comporter un dispositif de coupe au fil permettant de couper une carotte se trouvant à l'intérieur de l'outil selon un plan transversal par rapport à l'outil et/ou ledit outil peut comporter des vérins de serrage orientés vers l'intérieur de l'outil de manière à maintenir dans celle-ci une carotte qui s'y trouve. Pour permettre une utilisation du dispositif de forage pour la réalisation de tunnels, c'est-à-dire de forages horizontaux, le corps est muni avantageusement de roues rétractables destinées à venir prendre appui sur une paroi intérieure d'une cavité creusée par ledit dispositif de forage. Pour permettre de retirer le dispositif de forage hors d'un trou en cours de forage et relier ledit dispositif à une station de contrôle se trouvant hors dudit trou, le corps du dispositif de forage est par exemple fixé à un ensemble de traction comportant un câble de tirage, une alimentation électrique et une alimentation en eau. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue en coupe longitudinale simplifiée d'un dispositif de forage selon la présente invention, La figure 2 est une vue à échelle agrandie montrant en coupe longitudinale le corps du dispositif de la figure 1, La figure 3 est une vue schématique simplifiée en perspective du corps de la figure 2, La figure 4 est une vue en élévation d'un système de coupe permettant de couper une carotte, La figure 5 est une vue de dessus du dispositif montré sur la figure 4, La figure 6 est une autre vue en élévation du système de coupe des figures 4 et 5, La figure 7 montre en perspective le système de coupe des figures 4 à 6, La figure 8 est une vue en perspective simplifiée illustrant le corps du dispositif et des outils de coupe, La figure 9 est une vue de dessous du dispositif de forage montrant la disposition d'outils de coupe, La figure 10 est une vue en élévation d'une partie inférieure du dispositif de forage intégrant des outils de coupe, La figure 11 est une vue en perspective de la partie inférieure montrée sur la figure 10, et 2 9816 82 5 La figure 12 est une vue en perspective des moyens d'entraînement se trouvant dans le corps du dispositif de forage. La figure 1 représente schématiquement l'ensemble d'un dispositif de forage selon la présente invention. Ce dispositif de forage est destiné notamment 5 au forage de roches, et plus généralement au forage de tout sol cohérent, c'est-à- dire un sol qui n'est pas meuble ou friable. Il est formé d'une partie supérieure ou corps 2 et d'une partie inférieure que l'on peut appeler outil 4. Le corps 2 présente une enveloppe 6 de forme globale cylindrique circulaire tubulaire. Elle présente un axe longitudinal 8 qui définira par la suite 10 l'axe longitudinal du dispositif de forage. À l'intérieur de l'enveloppe 8 se trouve un arbre creux 10 d'axe confondu avec l'axe longitudinal 8. Cet arbre 10 porte l'outil 4. On supposera par la suite que le dispositif de forage est représenté sur les dessins en position de forage d'un puits vertical. Par analogie à cette position, on supposera alors que l'outil 4 est en position inférieure par rapport à l'arbre creux 15 10 et plus généralement au corps 2. Grâce au mécanisme illustré sur la figure 12 et comme expliqué plus loin, l'arbre creux 10 peut tourner autour de son axe correspondant à l'axe longitudinal 8 et également peut déplacer en translation le long de l'axe longitudinal 8. 20 Sur sa face extérieure, l'enveloppe 6 porte des vérins radiaux 12 (figure 2). Dans la forme de réalisation représentée ici, on a six vérins radiaux 12. Ces vérins sont montés sur l'enveloppe 6 par l'intermédiaire de rails profilés 14 et de porte vérins 16. Les rails profilés 14 sont disposés longitudinalement à 25 l'extérieur de l'enveloppe 6. Ils sont régulièrement répartis autour de l'enveloppe 6 dans le cas de figure représenté sur les dessins. On retrouve ainsi des rails profilés 14 décalés de 120° autour de l'enveloppe 6. Chaque rail profilé 14 présente une base adossée à l'enveloppe 6 et des branches utilisées pour le montage de porte vérins 16. Chaque rail profilé 14 reçoit un porte vérin 16 en 30 position inférieure et un porte vérin 16 en position supérieure. Les vérins radiaux 12 sont montés à chaque fois sur un porte vérin 16. La partie supérieure de l'enveloppe 6 porte un couvercle 18. Ce dernier est de préférence soudé à l'enveloppe 6 car il est destiné à pouvoir porter (ou tirer) l'ensemble du dispositif de forage. Comme on peut le remarquer, ce couvercle est renforcé par des nervures et présente un anneau de portage 20. L'outil 4 présente lui aussi une forme cylindrique circulaire tubulaire, fermée à une extrémité, ayant pour axe longitudinal l'axe longitudinal 8. Cet outil 4 présente une partie de liaison 22 supérieure, une partie intermédiaire 24 et une partie inférieure 26. La partie de liaison 22 assure le raccordement de l'outil 4 à l'arbre creux 10. Comme on peut le voir sur la figure 3, cette partie de liaison 22 présente des parois radiales 28 reliées à leur extrémité libre par une pièce annulaire 30. Les parois radiales 28 s'étendent à partir de l'arbre creux 10 et sont fixées sur celui-ci. Les parois radiales 28 définissent entre elles des logements qui peuvent être utilisés pour recevoir des moyens de régulation pour divers appareils électriques (et autres) embarqués sur le dispositif de forage et décrits plus loin. La partie intermédiaire 24 est une partie cylindrique circulaire tubulaire centrée sur l'axe longitudinal 8. On a représenté sur les dessins une partie intermédiaire 24 d'un même diamètre extérieur que la partie de liaison 22. On pourrait toutefois avoir pour la partie intermédiaire 24 un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur de la partie de liaison 22. Cette partie intermédiaire 24 fait le lien entre la partie de liaison 22 de l'outil 4 et la partie inférieure 26. Comme il ressortira de la description plus loin, la hauteur, mesurée le long de l'axe longitudinal 8, de cette partie intermédiaire 24 peut être adaptée pour faire varier la hauteur de carotte réalisée à l'aide du dispositif de forage décrit ici. La partie inférieure 26 présente également une forme cylindrique circulaire tubulaire. Elle présente un même diamètre extérieur que la partie intermédiaire 24 et est dans le prolongement de celle-ci. Elle présente également comme axe longitudinal, l'axe longitudinal 8. La partie inférieure 26 porte à son extrémité libre des outils de coupe. On remarque deux types d'outils de coupe : des outils de coupe appelés outils de coupe horizontaux 32 et des outils de coupe appelés outils de coupe verticaux 34.

Les outils de coupe utilisés ici sont des outils de coupe tout à fait originaux au moins dans le domaine du forage. Il est proposé ici, pour chaque outil de coupe, d'assembler sur un même axe plusieurs disques de coupe, par exemple des disques diamant, en laissant à chaque fois un jeu entre deux disques voisins. L'ensemble des disques est alors entrainé, de manière originale également, par un moteur électrique. Les outils de coupe horizontaux sont disposés de telle sorte que les disques de coupe sont dans un plan sensiblement horizontal. Leur axe de rotation est alors un axe vertical parallèle à l'axe longitudinal 8 mais, bien entendu, décalé par rapport à l'axe longitudinal 8. Les outils de coupe verticaux 34 présentent quant à eux des disques de coupe se trouvant dans un plan vertical. Leur axe est un axe horizontal, radial par rapport à l'axe longitudinal 8. Les outils de coupe verticaux 34 sont montés fixes par rapport à la partie inférieure 26. Cela signifie que l'axe des disques de coupe est fixe. Le seul mouvement des disques de coupe est un mouvement de rotation autour de leur axe. Les outils de coupe horizontaux 32 sont quant à eux mobiles par rapport à la partie inférieure 26. Les disques de coupe correspondants peuvent tourner en rotation autour de leur axe de rotation qui peut se déplacer en se rapprochant ou s'éloignant de l'axe longitudinal 8. En effet, il est prévu que les outils de coupe verticaux 34 tournent autour de leur axe horizontal et également prévu de faire tourner l'outil 4 autour de l'axe longitudinal. Les outils de coupe verticaux 34 sont disposés de telle sorte que leurs disques de coupe soient sensiblement tangents à une forme cylindrique circulaire imaginaire dont l'axe serait l'axe longitudinal 8. En faisant alors tourner les disques de coupe des outils de coupe verticaux 34 autour de leur axe (horizontal) et en faisant tourner l'outil 4, et donc sa partie inférieure 26, autour de l'axe longitudinal 8, les disques de coupe des outils de coupe verticaux peuvent alors former une rainure circulaire dans un sol. Il est prévu que cette rainure circulaire soit suffisamment large pour recevoir les disques de coupe horizontaux. La largeur de la rainure réalisée par les disques de coupe verticaux peut être obtenue en disposant sur chaque outil de coupe vertical 34 suffisamment de disques de coupe pour obtenir la largeur de rainure requise. Toutefois, la solution retenue dans la forme de réalisation représentée sur les dessins est de décaler les outils de coupe verticaux 34 par rapport à l'axe longitudinal 8. Les outils de coupe verticaux 34 réalisent alors l'intérieur de la rainure réalisée dans le sol tandis que d'autres outils de coupe verticaux 34 réalisent l'extérieur de ladite rainure. Les disques de coupe horizontaux, des outils de coupe horizontaux 32, ont pour but d'élargir vers l'extérieur la rainure réalisée par les outils de coupe verticaux 34.

Les disques de coupe des outils de coupe horizontaux 32 peuvent alors se déplacer entre une position dans laquelle ils sont logés à l'intérieur de la rainure formée par les outils de coupe verticaux 34 et une position dans laquelle ils font saillie au-delà des disques de coupe des outils de coupe verticaux 34 de manière à élargir la rainure réalisée par les outils de coupe verticaux 34 du côté extérieur de celle-ci. Le dispositif de forage décrit ici comporte également un dispositif de coupe de carottes illustré sur les figures 4 à 8 notamment. Le dispositif de coupe de carottes utilise un fil de coupe 36 guidé par diverses poulies. Sur la figure 4, on remarque que le fil de coupe 36 présente un brin supérieur 38 se trouvant dans un plan sensiblement horizontal, des brins verticaux 40 et un brin inférieur 42. Le brin supérieur 38 est guidé autour d'une poulie centrale 44 et de deux poulies latérales 46. La poulie centrale 44 est une poulie d'axe fixe tandis que les poulies latérales sont des poulies d'axe mobile. Les deux poulies latérales 46 et la poulie centrale 44 se trouvent dans un même plan. Lorsque les poulies latérales 46 se déplacent, elles restent toujours dans le même plan. Les deux poulies latérales 46 se déplacent en translation selon des directions parallèles. Des vérins 48, par exemple des vérins pneumatiques, commandent le déplacement des poulies latérales 46. Des tiges de guidage 50 assurent le guidage des poulies latérales 46 lors de leur déplacement en translation horizontale. Le brin inférieur 42, dans la position représentée sur les dessins, vient entourer une carotte et se trouve sensiblement en partie médiane de la partie inférieure de l'outil 4. Le fil 36 est maintenu en position par des pions rétractables 49 et des poulies 51. Pour réaliser une coupe d'une carotte, l'outil 4 est entraîné en rotation par l'arbre creux 10 autour de l'axe longitudinal 8. Au début de la rotation de l'outil 4, le fil de coupe 36 se trouve dans la position représentée sur les figures 4 à 8.

Pour réaliser la découpe, les vérins 48 sont actionnés et viennent pousser les poulies latérales 46 le long des tiges de guidage 50. Le fil de coupe 36 n'étant pas élastique (ou très peu élastique), le mouvement des poulies latérales 46 entraîne un transfert du fil de coupe du brin inférieur 42 vers le brin supérieur 38 par l'intermédiaire des brins verticaux 40. Des poulies de renvoi 52 guident alors le fil 2 9816 82 9 de coupe 36 dans ce mouvement. Les pions rétractables 49 se rétractent successivement et le brin inférieur 42 se resserre et pénètre petit à petit dans la carotte se trouvant à l'intérieur de l'outil 4. Les figures 1 et 12 illustrent les moyens permettant de réaliser le 5 déplacement en translation de l'arbre creux 10 ainsi que son entraînement en rotation. L'enveloppe 6 du corps 2 porte deux plateaux transversaux, un plateau supérieur 54 et un plateau inférieur 56. Ces deux plateaux transversaux servent de paliers pour l'arbre creux 10. Le plateau inférieur 56 vient fermer l'extrémité 10 inférieure de l'enveloppe 6 tandis que le plateau supérieur 54 est placé à une hauteur intermédiaire dans l'enveloppe 6. Deux tiges filetées 58, diamétralement opposées, s'étendent du plateau supérieur 54 jusqu'au plateau inférieur 56. Chacune de ces tiges filetées 58 est entraînée en rotation par un moteur 60 qui est fixé sur la face supérieure du plateau 54. 15 Les tiges filetées 58, lorsqu'elles sont entraînées en rotation par les moteurs 60, entraînent en translation un corps 62 d'un groupe motoréducteur. Le corps 62 vient entourer l'arbre creux 10 et entraîne celui-ci en translation en permettant toutefois à l'arbre creux 10 de tourner dans le corps 62. Au niveau du corps 62, l'arbre creux 10 porte une roue dentée 64. Le corps 62 du 20 motoréducteur porte quant à lui une vis sans fin 66 qui vient engrainer avec la roue dentée 64. Un motoréducteur 68 vient entraîner la vis sans fin 66 en rotation. Le fonctionnement du dispositif de forage est alors le suivant. On suppose ici tout d'abord qu'un trou de diamètre correspondant au diamètre extérieur de la partie inférieure 26 de l'outil 4 est réalisé sur sensiblement toute la 25 hauteur du dispositif de forage (pour commencer le forage, on peut venir placer le dispositif de forage dans une buse dont le diamètre correspond au diamètre de forage, la buse étant placée dans le prolongement du trou à forer). Le corps 2 du dispositif de forage est alors immobilisé à l'intérieur du trou correspondant à l'aide des vérins radiaux 12. On suppose que l'extrémité 30 inférieure de l'outil 4 repose au fond du trou dans lequel se trouve le dispositif de forage. Pour éviter que les disques de coupe des outils de coupe verticaux 34 supportent toute la charge du dispositif de forage à cette étape du procédé, il est possible de prévoir au moins trois vérins, d'une course de l'ordre de quelques centimètres dans le sens vertical. Ces vérins sont par exemple disposés dans l'épaisseur de la paroi de la partie inférieure 26, de même que les outils de coupe verticaux 34 (et les outils de coupe horizontaux 32 dans leur position rétractée). Les vérins peuvent être disposés par exemple de part et d'autre à chaque fois d'un groupe formé de deux outils de coupe verticaux 34 et deux outils de coupe horizontaux 32 (figures 8 à 11). On suppose ici comme représenté sur les dessins que l'arbre creux 10 est dans sa position relevée vers le haut. Une fois les vérins radiaux 12 serrés, l'outil 4 peut être entraîné en rotation et les outils de coupe verticaux 34 également. On rappelle ici que les divers mécanismes de régulation pour les moteurs et les vérins du dispositif de forage se trouvent dans la partie de liaison 22 de l'outil 4. Lorsque les outils de coupe verticaux 34 sont en marche et que l'outil 4 tourne autour de l'axe longitudinal 8, le mouvement de translation de l'outil 4 peut commencer. Au fur et à mesure de l'avancée, les outils de coupe horizontaux 32 viennent élargir la rainure réalisée par les outils de coupe verticaux 34. On réalise ainsi une rainure autour d'une carotte qui grandit petit à petit. Ce mouvement de rotation combiné à un mouvement de translation (ces deux mouvements peuvent être simultanés ou successifs) peut continuer jusqu'à ce que la partie supérieure de la carotte vienne en appui contre la partie de liaison 22 de l'outil 4. À titre purement illustratif et non limitatif, la vitesse de rotation de l'arbre creux 10 peut être de l'ordre de 10 tours/heure. L'avancée de l'arbre creux 10 en translation est de l'ordre de 5 cm par tour, soit environ 0,5 m par heure. Il se peut que la course en translation de l'arbre creux 10 soit inférieure à la hauteur de la carotte que l'on peut réaliser. Dans ce cas, lorsque l'arbre creux 10 est arrivé en bout de course de translation, les vérins radiaux 12 sont relâchés et les moyens de régulation commandent le déplacement en sens inverse de l'arbre creux 10 par rapport au corps 2. De la sorte, le corps 2 descend dans le trou foré. En fin de course, les vérins radiaux 12 sont à nouveau sortis pour venir prendre appui contre la paroi du trou foré.

Pour réaliser le refroidissement des disques de coupe, il est prévu d'injecter de l'eau de refroidissement. Il est également nécessaire de retirer les débris de roches générés par les outils de coupe. Ces débris forment avec l'eau de refroidissement une boue de forage. L'eau de refroidissement, dans le cas d'un forage d'un puits, est apportée au système par gravité. Elle est amenée par un joint tournant 70 disposé autour de l'arbre creux 10. Un circuit d'eau dans l'outil 4 permet alors la répartition de l'eau vers les divers moteurs électriques au sein de l'outil. Pour l'évacuation des boues de forage, il est prévu d'aspirer celles-ci par un tuyau d'aspiration 72 disposé à l'intérieur de l'arbre creux 10. Une extrémité de ce tuyau d'aspiration 72 se trouve à l'intérieur de l'outil 4 pour collecter des boues de forage et autres débris. Des pompes, non représentées, disposées par exemple entre des groupes d'outils de coupe, peuvent être prévues à la périphérie inférieure de l'outil 4 pour récupérer les boues de forage et les envoyer vers le tuyau d'aspiration 72. L'autre extrémité du tuyau d'aspiration 72 est reliée à une pompe d'aspiration associée au dispositif de forage. La pompe d'aspiration, non représentée, peut par exemple être disposée sur le couvercle 18. La pompe d'aspiration aspire les boues de forage à travers le tuyau d'aspiration jusqu'à des cuves 74. Il est proposé dans le mode de réalisation représenté sur les dessins de disposer ces cuves 74 autour de l'enveloppe 6. Comme on l'a vu plus haut, autour de cette enveloppe 6, se trouvent dans le mode de réalisation préféré décrit ici, trois paires de vérins radiaux 12. On peut alors disposer une cuve 74 à chaque fois entre deux paires de vérins radiaux 12 voisines.

Au lieu d'avoir une pompe d'aspiration centralisée sur le couvercle 18 comme suggéré plus haut, on peut également avoir en variante de réalisation, une pompe d'aspiration associée à chaque cuve 74. D'autres emplacements peuvent bien entendu être envisagés pour la (les) pompe(s) d'aspiration. Lorsque les outils de coupe horizontaux 32 et les outils de coupe verticaux 34 ont réalisé une rainure assez profonde autour d'une carotte, les moteurs correspondants sont arrêtés de même que la rotation et l'avance de l'arbre creux 10. Le système de coupe représenté sur les figures 4 à 8 entre alors en oeuvre. Un moteur 76 entraîne la poulie centrale 44 de manière à entraîner le fil de coupe 36. Le brin inférieur 42 de ce fil de coupe 36 est destiné à venir couper la carotte qui se trouve dans l'outil 4 et réalisée à l'aide des outils de coupe verticaux 34 et des outils de coupe horizontaux 32. Les vérins 48 viennent agir sur les poulies latérales 46 pour tendre le fil de coupe 36 et petit à petit pour diminuer le diamètre du brin inférieur 42. Pendant cette opération, l'arbre creux 10 entraîne l'outil de coupe 4 uniquement en rotation. Petit à petit, la carotte est entièrement découpée et désolidarisée du reste du sol. On peut détecter la fin de la découpe en vérifiant la position des poulies latérales 46 ou bien la position des vérins 48 correspondants. Ainsi, lorsque ces vérins 48 sont en bout de course, on sait que la découpe de la carotte est réalisée.

Des vérins radiaux 78, par exemple des vérins pneumatiques ou hydrauliques, sont régulièrement disposés à la périphérie de l'outil 4 pour venir maintenir la carotte à l'intérieur de l'outil 4. Ces vérins radiaux 78 sont par exemple disposés en haut de la partie inférieure 26 de l'outil 4. Dans la forme de réalisation représentée, on a choisi d'avoir douze vérins radiaux 78. Il est en effet préférable d'avoir un assez grand nombre de vérins. Ceci permet d'augmenter le nombre d'appuis autour de la carotte et ainsi de limiter la force au niveau de chaque vérin. En outre, le fait d'avoir des vérins exerçant une force limitée permet d'utiliser des vérins de plus faibles dimensions. L'ensemble formé par le dispositif de forage et la carotte peut alors être extrait du trou en cours de forage. Avant de commencer le relevage du dispositif de forage, des vérins radiaux 12 sont rétractés de manière à libérer le dispositif de forage et de le désolidariser du trou en cours de forage. Un câble accroché à l'anneau de portage 20 vient tirer l'ensemble du dispositif de forage hors du trou. Il est à noter ici qu'il peut s'agir d'un trou vertical ou bien d'un trou horizontal. Dans le cas d'un trou horizontal, il est avantageux de prévoir des roulettes rétractables (non représentées) à la périphérie des cuves 74 et sur l'outil 4 par exemple. Lors de l'extraction du dispositif de forage, on veillera bien entendu à ce que les outils de coupe horizontaux 32 soient dans leur position rétractée vers l'intérieur de l'outil 4 afin de ne pas gêner l'extraction du dispositif de forage.

On retire ainsi du trou en cours de forage l'ensemble du dispositif, y compris une carotte et les cuves 74 remplies, ou partiellement remplies, de boues de forage et autres débris. Lorsque l'ensemble du dispositif de forage est à l'extérieur du trou en cours de forage, la carotte retenue prisonnière dans l'outil 4 peut être libérée et les cuves 74 vidangées. Les opérations de maintenance peuvent alors facilement réalisées puisque le dispositif de forage se trouve en surface et est donc facilement accessible. Il est ici notamment facile de venir changer les disques de coupe des outils de coupe verticaux 34 et/ou des outils de coupe horizontaux 32, de repositionner les pions rétractables 49 et le fil de coupe 36, etc..

Une fois les opérations de maintenance terminées, le dispositif de forage peut à nouveau être introduit dans le trou en cours de forage afin de poursuivre le forage. Dans le cas d'un trou de forage vertical, le dispositif de forage vient prendre place au fond du trou de forage par gravité en étant maintenu au niveau de l'anneau de portage par un câble. Ce câble peut être un câble "multiple" : on peut en effet prévoir ici d'avoir un câble métallique qui supporte la charge du dispositif de forage et de lui associer un câble d'alimentation électrique et un câble d'alimentation en eau de refroidissement. Le câble d'alimentation électrique peut également être utilisé pour communiquer des informations entre le dispositif de forage et une station de contrôle. Un câble pour communiquer des informations distinct peut également être prévu. Les pilotes du dispositif de forage se trouvant dans la partie de liaison 22 de l'outil 4 peuvent alors envoyer des informations (températures, intensités, tensions, ...) vers une station de contrôle qui elle-même peut envoyer des instructions de commande au dispositif de forage par l'intermédiaire desdits pilotes. Le dispositif de forage selon la présente invention est donc adapté pour la réalisation de forages verticaux et horizontaux. Le diamètre des forages réalisés peut être important en adaptant l'outil, des forages d'un diamètre allant jusqu'à plusieurs mètres peuvent être réalisés.

Le dispositif de forage proposé ici peut être comparé à une immense scie-cloche. Comme indiqué dans la description, le diamètre de la scie-cloche et sa hauteur sont modulaires. En effet, on peut adapter sur la partie de liaison 22 de l'outil 4 une partie intermédiaire 24, éventuellement optionnelle, et une partie inférieure 26 d'un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur de la partie de liaison 22. La présence ou non d'une partie intermédiaire 24, et le cas échéant la hauteur de celle-ci, permet d'adapter la hauteur des carottes réalisée à chaque étape de forage. L'originalité du dispositif de forage proposé est qu'il s'agit d'un dispositif essentiellement électrique. L'entraînement des disques de coupe des outils de coupe verticaux 34 et des outils de coupe horizontaux 32 est électrique. Le dispositif pour couper et réaliser la carotte est également de préférence un dispositif entraîné par un moteur électrique. L'entraînement en rotation et en translation de l'outil 4 par l'intermédiaire de l'arbre creux 10 est également réalisé par des moteurs électriques. De manière générale, les fonctions de pilotage et de positionnement sont de préférence réalisées électriquement. Tout ceci permet de s'affranchir de nombreuses contraintes que l'on rencontre notamment avec des systèmes hydrauliques souvent utilisés dans les dispositifs de forage. Toutefois, comme déjà suggéré plus haut, il est tout à fait envisageable d'avoir des fonctions réalisées pneumatiquement ou hydrauliquement. Les vérins radiaux du corps de l'outil sont avantageusement des vérins hydrauliques car il est ainsi plus facile de garantir d'exercer une force constante sur la paroi du trou en cours de forage et donc un bon maintien du dispositif dans ledit trou. De même, les vérins radiaux maintenant la carotte dans l'outil sont avantageusement hydrauliques ou pneumatiques. L'utilisation d'actionneurs hydrauliques peut également être envisagée par exemple pour le déplacement de l'arbre creux, notamment pour son déplacement en translation. Il peut sembler que la vitesse de progression du forage est ralentie du fait qu'il convient de sortir régulièrement le dispositif de forage hors du trou en cours de forage. Cette "perte" de temps peut être limitée en prévoyant deux dispositifs de forage, l'un forant pendant que l'autre est en maintenance. Toutefois, pendant le forage lui-même, la vitesse de progression est importante car relativement peu de matière est broyée. Globalement, on arrive à des vitesses de forage similaires à celles que l'on obtient avec des moyens de forage de l'art antérieur. Un dispositif de forage selon la présente invention présente l'avantage de pouvoir fonctionner à des profondeurs très importantes. Des forages de plus de 1000 m, voire de plusieurs kilomètres peuvent être envisagés ici. Le dispositif proposé par la présente invention est également économe en énergie. En effet, le fait de broyer peu de matière limite l'énergie nécessaire pour la réalisation du forage. En outre, pour la même raison, le poids des boues de forage est limité. On économise ainsi également beaucoup d'énergie lors de l'extraction des boues de forage. Bien entendu, la présente invention ne se limite à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus et représentée sur les dessins. Elle englobe également les diverses variantes de réalisation envisagées et les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier, dans le cadre des revendications ci-après.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de forage de grand diamètre comportant un corps (2) fixe et un outil (4) mobile en rotation et translation par rapport au corps (2), caractérisé en ce que le corps (2) fixe présente des vérins (12) de maintien radiaux répartis orientés vers l'extérieur du corps (2) de manière à permettre le maintien du corps (2) dans une cavité, en ce que le corps (2) fixe porte un arbre (10) s'étendant selon une direction dite longitudinale, des moyens de transmission permettant de faire tourner l'arbre (10) de transmission sur lui-même et de le translater dans la direction correspondant à l'axe (8) de rotation de l'arbre, en ce que l'outil (4) présente une périphérie circulaire, en ce que des outils de coupe (34) munis de moyens d'entrainement distincts des moyens d'entrainement de l'arbre (10), sont répartis sur la périphérie circulaire de l'outil, et en ce que l'outil (4) comporte des moyens de coupe pour couper une carotte se trouvant à l'intérieur de l'outil (4).
2. 2. Dispositif de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (2) fixe présente une forme globale cylindrique circulaire tubulaire, en ce que les vérins (12) sont montés sur l'extérieur du corps (2) et en ce que l'arbre (10) est monté de manière coaxiale par rapport au corps (2), une extrémité de l'arbre (10) portant l'outil (4) faisant saillie hors du corps (2).
3. 3. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'outil (4) présente une forme globale cylindrique circulaire tubulaire, en ce que l'outil (4) présente une première extrémité raccordée à l'arbre (10), ladite extrémité comportant un fond (22) permettant la fixation de l'outil (4) à l'arbre (10), et en ce que l'outil (4) présente une seconde extrémité qui porte les outils de coupe (34) y compris les moteurs d'entrainement correspondants desdits outils de coupe.
4. 4. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'outil (4) est réalisé en trois parties assemblées les unes aux autres, en ce qu'une première partie (22) permet de réaliser une liaison entre l'arbre (10) et l'outil (4), en ce qu'une deuxième partie (26) de forme extérieure cylindrique circulaire tubulaire porte les outils de coupe (34), et en ce qu'une troisième partie (24), ou partie intermédiaire, de forme globale cylindrique circulaire tubulaire demême diamètre extérieur que la deuxième partie (26), vient prendre place entre la première partie (22) et la deuxième partie (26).
5. 5. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les outils de coupe (32, 34) sont des disques de coupe entrainés par au moins un moteur électrique, en ce que des disques de coupe sont entrainés en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal, en ce que des disques de coupe sont entraînés en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal et décalé par rapport à celui-ci, et en ce que les disques de coupe entrainés en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal sont mobiles entre une position dans laquelle ils sont partiellement en saillie vers l'extérieur par rapport aux disques de coupe entrainés en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal et une position rétractée dans laquelle il ne sont plus en saillie vers l'extérieur par rapport aux disques de coupe entrainés en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal.
6. 6. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre (10) est un arbre tubulaire à l'intérieur duquel passe un conduit d'aspiration (72).
7. 7. Dispositif de forage selon la revendication 6, caractérisé en ce que des réservoirs (74) de stockage sont prévus à la périphérie du corps (2) et en ce que ces réservoirs (74) sont alimentés par un dispositif de pompage et/ou aspiration prévu pour pomper des boues ou similaires au niveau de l'outil (4) et les déverser dans lesdits réservoirs (74) en passant par le conduit d'aspiration (72).
8. 8. Dispositif de forage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de coupe de l'outil (4) comportent un dispositif de coupe au fil permettant de couper une carotte se trouvant à l'intérieur de l'outil (4) selon un plan transversal par rapport à l'outil.
9. 9. Dispositif de forage selon l'une des revendications 3 ou 8, caractérisé en ce que l'outil (4) comporte des vérins (78) de serrage orientés vers l'intérieur de l'outil (4) de manière à maintenir dans celle-ci une carotte qui s'y trouve.
10. 10. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le corps (2) fixe est muni de roulettes rétractables destinées à venir prendre appui sur une paroi intérieure d'une cavité creusée par ledit dispositif de forage.
11. 11. Dispositif de forage selon l'une des revendications 1 à 10,caractérisé en ce que le corps (2) est fixé à un ensemble de traction comportant un câble de tirage, une alimentation électrique, une alimentation en eau.