FR3134409A1 - Procédé de réalisation d’une excavation avec correction de trajectoire - Google Patents

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Christophe Guillon
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Abstract

Procédé de réalisation d’une excavation avec correction de trajectoire Procédé de réalisation d’une excavation selon une trajectoire prédéterminée dans lequel on réalise un forage en mettant en rotation un tube de forage (12) au moyen d’un dispositif de mise en rotation (16), dans lequel, au cours de l’étape de forage, on détermine une déviation du tube de forage et, si ladite déviation dépasse un seuil de déviation prédéterminé, on détermine une trajectoire corrigée (X’’), on détermine une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire, on place ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction ; et on met en vibration la tête de correction de trajectoire à l’aide d’un dispositif de mise en vibration (18), de façon à déplacer la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Procédé de réalisation d’une excavation avec correction de trajectoire
La présente invention concerne le domaine technique des procédés de forage dirigé dans le sol. La présente invention concerne plus précisément un procédé de réalisation d’une excavation dans un sol selon une trajectoire prédéterminée, dans lequel la trajectoire de forage est corrigée en cas de déviation par rapport à ladite trajectoire prédéterminée. Par forage dirigé, on entend un forage dans lequel la trajectoire de forage est corrigée en cas de déviation de ladite trajectoire de forage par rapport à la trajectoire prédéterminée.
On connait des procédés de forage dirigé mis en œuvre au moyen d’un dispositif de forage comprenant un tube de forage et un dispositif de mise en rotation configuré pour mettre le tube de forage en rotation afin de réaliser l’excavation. Ce dispositif de forage comprend en outre une tête de correction de trajectoire et un dispositif de projection d’un fluide de forage. En cas de déviation de la trajectoire de forage par rapport à une trajectoire prédéterminée, ce procédé prévoit d’orienter la tête de correction de trajectoire selon une position de correction et de pousser sur le tube de forage pour enfoncer la tête dans le sol tout en projetant du fluide de forage sous haute pression, afin de déstructurer le sol. La tête de correction de trajectoire est alors déplacée selon une trajectoire corrigée.
Un inconvénient de ce procédé connu est qu’il ne permet pas de corriger la trajectoire de forage lors du forage de sols durs, tels que des sols rocheux. En effet, la projection de fluide de forage ne permet pas de déstructurer efficacement de tels sols durs et la tête de correction de trajectoire ne peut pas être enfoncée dans ce sol ou risque d’être endommagée.
En outre, ce procédé selon l’art antérieur prévoit de changer la tête de correction de trajectoire chaque fois qu’un sol de nature différente est rencontré, afin d’adapter le type de tête de correction de trajectoire utilisée à la nature du sol foré. Ce changement d’outillage génère une importante perte de temps et se révèle particulièrement couteux. En d’autres mots, ce procédé selon l’art antérieur ne permet pas de réaliser un forage dirigé continu, lorsque la nature du sol foré change.
Ce procédé ne permet pas non plus de poursuivre le forage dirigé à l’interface entre deux portions de sols de natures différentes.
Un but de la présente invention est de proposer procédé de réalisation d’une excavation remédiant aux inconvénients précités.
Pour ce faire, l’invention porte sur un procédé de réalisation d’une excavation dans un sol selon une trajectoire prédéterminée dans lequel on fournit un dispositif de forage comprenant:
un tube de forage ayant une partie d’extrémité distale qui est munie d’une tête de correction de trajectoire ;
un dispositif de mise en rotation du tube de forage ; et
un dispositif de mise en vibration du tube de forage configuré pour faire vibrer la tête de correction de trajectoire,
le procédé comprenant une étape selon laquelle on réalise un forage dans ledit sol en mettant en rotation le tube de forage au moyen du dispositif de mise en rotation,
dans lequel, après avoir débuté l’étape de forage, on détermine une déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée et, si ladite déviation dépasse un seuil de déviation prédéterminé, on réalise les étapes suivantes :
- on détermine une trajectoire corrigée pour le tube de forage à partir de ladite déviation déterminée ;
- on détermine une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire à partir de ladite trajectoire corrigée déterminée ;
- on place ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction ; et
- on met en vibration la tête de correction de trajectoire à l’aide du dispositif de mise en vibration, de façon à déplacer la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée.
La trajectoire prédéterminée correspond à une trajectoire de référence, selon laquelle on souhaite que l’excavation s’étende. De manière non limitative, la trajectoire prédéterminée peut être sensiblement horizontale, inclinée par rapport à l’horizontale, verticale ou encore inclinée par rapport à la verticale. La trajectoire prédéterminée peut être rectiligne ou curviligne.
Le tube de forage s’étend avantageusement selon une direction longitudinale. Il peut être creux ou plein. Il peut comprendre un ou plusieurs éléments tubulaires connectés entre eux, afin d’augmenter la longueur du tube de forage. Par conséquent, on entend par tube de forage aussi bien un unique tube de forage, qu’une pluralité d’éléments tubulaires fixés bout à bout, par exemple par vissage.
Le dispositif de mise en rotation est de préférence connecté à une partie d’extrémité proximale du tube de forage. Le dispositif de mise en vibration est de préférence connecté à une partie d’extrémité proximale du tube de forage.
De manière non-limitative, le dispositif de mise en vibration peut être distinct du dispositif de mise en rotation.
Le dispositif de mise en vibration est avantageusement configuré pour générer des oscillations longitudinales dans le tube de forage. Les oscillations longitudinales génèrent des ondes de compression se propageant selon la direction longitudinale du tube de forage, depuis sa partie d’extrémité proximale jusqu’à sa partie d’extrémité distale. Autrement dit, ces ondes de compression se propagent depuis le dispositif de mise en vibration jusqu’à la tête de correction de trajectoire.
De préférence, en l’absence de mise en vibration de la tête de correction de trajectoire, le tube de forage mis en rotation décrit une trajectoire sensiblement rectiligne. Sa trajectoire peut toutefois dévier par rapport à la trajectoire prédéterminée, notamment en raison des irrégularités du sol foré ou de la vitesse de rotation élevée du tube de forage.
De préférence, le tube de forage comprend un outil de coupe. L’outil de coupe est configuré pour découper le sol lorsque ledit tube de forage est mis en rotation. L’outil de coupe est avantageusement monté à la partie d’extrémité distale du tube de forage. De manière non-limitative, la tête de correction de trajectoire peut être distincte de l’outil de coupe. Alternativement, l’outil de coupe peut comprendre, voir être constitué par, ladite tête de correction de trajectoire.
Avantageusement, les étapes selon lesquelles on détermine une déviation du tube de forage, on détermine une trajectoire corrigée pour le tube de forage, on détermine une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire, on place ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction et on met en vibration la tête de correction de trajectoire, peuvent être réalisées au cours du forage ou encore après le forage.
L’étape de détermination de la déviation du tube de forage par rapport à la trajectoire prédéterminée comprend avantageusement une étape de mesure(s) de position du tube de forage, par exemple une mesure de l’inclinaison, de l’orientation et/ou de la position géographique du tube de forage.
La trajectoire corrigée est avantageusement déterminée à partir d’une comparaison entre la déviation déterminée et la trajectoire prédéterminée. Ladite trajectoire corrigée est déterminée de manière à contrer la déviation et à ramener le tube de forage selon la trajectoire prédéterminée.
La position angulaire de la tête de correction de trajectoire comprend de préférence l’inclinaison de la tête de correction de trajectoire par rapport à la direction longitudinale du tube de forage et/ou l’orientation de la tête de correction de trajectoire autour d’un axe selon lequel elle s’étend. L’étape de détermination de la position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire comprend avantageusement une étape de détermination d’une inclinaison de correction de la tête de correction de trajectoire, par exemple par rapport à la direction longitudinale du tube de forage et/ou une étape de détermination d’une orientation de correction de la tête de correction de trajectoire, par exemple autour d’un axe selon lequel s’étend la tête de correction de trajectoire.
La mise en vibration de la tête de correction de trajectoire placée dans la position angulaire de correction entraine son déplacement selon la trajectoire corrigée. Le tube de forage est par conséquent déplacé selon cette trajectoire corrigée, ce qui tend à le ramener dans la trajectoire prédéterminée. La déviation du tube de forage est compensée et sa trajectoire est donc corrigée. En d’autres mots, la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire placée dans la position angulaire de correction entraine une déviation maitrisée du tube de forage vers sa trajectoire prédéterminée.
De manière non limitative, les étapes selon lesquelles on détermine une trajectoire corrigée pour le tube de forage, on détermine une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire, on place ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction et on met en vibration la tête de correction de trajectoire, peuvent être réalisées en mettant en rotation le tube de forage ou en interrompant la rotation dudit tube de forage.
De préférence, la tête de correction de trajectoire présente une position active dans laquelle sa mise en vibration entraine un déplacement du tube de forage selon la trajectoire corrigée. Autrement dit, en position active, la tête de correction de trajectoire permet de dévier le tube de forage et d’en corriger la trajectoire. De préférence, la tête de correction de trajectoire présente en outre une position inactive dans laquelle elle est configurée pour ne pas modifier la trajectoire du tube de forage lorsque le tube de forage est mis en vibration.
De manière non limitative, la tête de correction de trajectoire présente en outre avantageusement une position de forage dans laquelle elle est configurée pour ne pas modifier la trajectoire du tube de forage lorsque ledit tube de forage est mis en rotation. Cette position de forage de la tête de correction de trajectoire dépend avantageusement de la nature de la tête de correction de trajectoire utilisée. De manière non limitative, ladite position de forage peut correspondre à la position active ou encore à la position inactive de la tête de correction de trajectoire.
La tête de correction de trajectoire est avantageusement placée en position inactive lorsqu’elle n’est pas mise en vibration. Un intérêt est d’éviter qu’elle ne dévie le tube de forage lors du forage lorsque ceci n’est pas souhaitable, et notamment lorsque ce dernier est mis en rotation.
Grâce à l’invention, en l’absence de déviation, le forage est réalisé en mettant en rotation le tube de forage, ce qui permet de réaliser rapidement l’excavation, en réduisant l’usure du tube de forage et de la tête de correction de trajectoire. En cas de déviation du tube de forage par rapport à sa trajectoire prédéterminée, la tête de forage mise en vibration permet de corriger la trajectoire déviée, afin de ramener le tube de forage dans sa trajectoire prédéterminée. La mise en vibration de la tête de correction de trajectoire permet une correction de la trajectoire du tube de forage dans un sol meuble, par exemple un sol sableux, mais également dans un sol dur, par exemple un sol rocheux. En effet, la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire apporte l’énergie nécessaire au forage de sols durs, par exemple les sols rocheux, qui peuvent difficilement être forés par mise en rotation du tube de forage ou par projection d’un fluide de forage.
En d’autres mots, l’invention permet de réaliser un forage dirigé dans des sols durs. En outre, l’invention permet de poursuivre la correction de trajectoire du tube de forage, même lorsqu’un changement de nature du sol est rencontré. En effet, le forage vibratoire pour déplacer la tête de correction de trajectoire est adapté à tous types de sols, meubles ou durs. Il n’est donc pas nécessaire de changer de type de tête de correction de trajectoire lors d’un changement de nature de sol à forer. Le procédé selon l’invention permet un forage dirigé continu, même à l’interface entre deux sols de natures différentes.
Par ailleurs, la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire permet également la création d’un espace annulaire autour de ladite tête de correction de trajectoire facilitant la correction de trajectoire.
De préférence, mais de manière non limitative, le déplacement de la tête de correction de trajectoire dans le sol, par mise en vibration de cette dernière, s’accompagne d’une projection de fluide de forage sous pression.
De préférence, la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire est interrompue lorsque la trajectoire du tube de forage correspond à la trajectoire prédéterminée. Le forage peut alors être poursuivi au moyen du tube de forage mis en rotation. Alternativement, la mise en vibration peut être interrompue après que la tête de correction de trajectoire ait été déplacée sur une distance prédéterminée selon la trajectoire corrigée.
Avantageusement, au cours du forage, on interrompt au moins une fois la rotation du tube de forage avant de déterminer la déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée, et on remet le tube de forage en rotation de façon à enfoncer ledit tube de forage dans le sol selon ladite trajectoire corrigée, après avoir déplacé la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée. Un intérêt facilite et améliore les prises de mesures lors de la correction de trajectoire. Les prises de mesure et le déplacement de la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée ne sont pas perturbés pas la rotation du tube de forage. Ceci permet d’améliorer la précision de la correction de trajectoire.
On comprend que la correction de trajectoire du tube de forage est alors réalisée par mise en vibration de la tête de correction de trajectoire, sans mise en rotation du tube de forage.
Avantageusement, on interrompt la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire après avoir déplacé la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée, et avant de remettre en rotation le tube de forage.
De manière avantageuse, on détermine la déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée à plusieurs reprises au cours du forage, le tube de forage étant enfoncé dans le sol d’une profondeur prédéterminée entre chaque détermination de la déviation du tube de forage. Un intérêt est de corriger la trajectoire du tube de forage à plusieurs reprises de sorte que le tube de forage suit une trajectoire d’autant plus proche de la trajectoire prédéterminée. Un intérêt est en outre d’éviter que le tube de forage ne dévie de manière excessive de la trajectoire prédéterminée. La précision du forage est améliorée.
Autrement dit, la détermination de la déviation du tube de forage et la correction de trajectoire est réalisée à intervalles réguliers, chaque fois qu’un forage d’une profondeur prédéterminée est réalisé, par exemple tous les six mètres de forage. La correction de trajectoire est avantageusement itérative.
Avantageusement, la déviation du tube de forage est déterminée en temps réel.
Préférentiellement, l’étape de détermination de la trajectoire corrigée pour le tube de forage comprend une étape selon laquelle on calcule une trajectoire déviée extrapolée du tube de forage à partir de la déviation du tube de forage déterminée. Un intérêt est de corriger la trajectoire du tube de forage avant qu’il ne dévie effectivement de manière importante par rapport à sa trajectoire prédéterminée. La trajectoire du tube de forage est maintenue d’autant plus proche de sa trajectoire prédéterminée.
Cette trajectoire déviée extrapolée est une projection, correspondant à la trajectoire prévisionnelle du tube de forage si le forage par mise en rotation du tube de forage est poursuivi et en l’absence de correction de sa trajectoire. La trajectoire déviée extrapolée est de préférence déterminée à partir de la déviation déterminée du tube de forage et éventuellement à partir de paramètres liés au sol à forer.
De préférence, on met également la tête de correction de trajectoire en vibration lors du forage par mise en rotation du tube de forage. Un intérêt est de faciliter et d’accélérer le forage de l’excavation en combinant l’énergie apportée par la mise en rotation du tube de forage et l’énergie apportée par la mise en vibration de la tête de coupe.
Avantageusement, l’étape de mise en vibration de la tête de correction de trajectoire est réalisée en mettant en vibration le tube de forage. La mise en vibration du tube de forage entraine la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire qui est disposée à sa partie d’extrémité distale. Le dispositif de mise en rotation est alors avantageusement connecté à une partie d’extrémité proximale du tube de forage.
De manière avantageuse, on injecte un fluide de forage dans le sol depuis la partie d’extrémité distale du tube de forage au moins lors de la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire. Un intérêt est de faciliter le déplacement de la tête de correction de trajectoire dans le sol lors de la correction de trajectoire du tube de forage. Le fluide de forage est avantageusement acheminé vers la partie d’extrémité distale du tube de forage via l’intérieur dudit tube de forage.
De manière non limitative, on peut également injecter le fluide de forage dans le sol lors du forage par mise en rotation du tube de forage.
De préférence, on détermine la déviation du tube de forage par rapport à la trajectoire prédéterminée à l’aide d’un dispositif de mesure comprenant au moins un des organes de mesure suivants : une sonde magnétique, un gyromètre, un accéléromètre, un inclinomètre, un odomètre ou une combinaison de ces derniers. Par exemple, l’organe de mesure peut comprendre une centrale inertielle comprenant au moins un gyromètre, au moins un accéléromètre, au moins un inclinomètre et/ou au moins un odomètre.
De préférence, la détermination de la déviation du tube de forage par rapport à la trajectoire prédéterminée comprend une étape de mesure de données de positionnement du tube de forage, par exemple de la position géographique, de l’inclinaison ou de l’orientation du tube de forage.
De préférence, mais de manière non limitative, ledit organe de mesure est monté sur le tube de forage. Alternativement, l’organe de mesure peut être introduit dans l’excavation lorsqu’on souhaite déterminer la déviation du tube de forage.
De préférence, le procédé comprend en outre une étape de calibration de l’organe de mesure.
L’utilisation d’un gyromètre permet de s’affranchir des interférences pouvant être générées par éléments métalliques présents dans le sol.
Préférentiellement, la tête de correction de trajectoire comprend un outil biseauté, un outil à palette, une tige articulée, une tige coudée ou un trépan ou encore une combinaison de ces derniers.
L’outil biseauté est également appelé outil face biaise. Il comprend un front d’attaque biseauté configuré pour dévier la tête de correction de trajectoire lorsqu’elle est enfoncée dans le sol par mise en vibration.
L’outil à palette est également appelé outil à spatule. Cet outil à palette comprend une palette dont l’inclinaison et l’orientation peuvent être modifiées afin d’ajuster la déviation de la tête de correction de trajectoire lors de son déplacement par mise en vibration.
La tige coudée comprend une première portion de tige et une seconde portion de tige montée pivotante par rapport à la première portion de tige. Un trépan est avantageusement monté à l’extrémité de la seconde portion de tige. L’inclinaison de la seconde portion de tige permet d’ajuster la déviation de la tige de correction de trajectoire lors de son déplacement par mise en vibration.
Un trépan comprend de préférence une pluralité de roues pivotantes munies de dents de coupe.
L’invention porte par ailleurs sur une installation pour la réalisation d’une excavation dans un sol selon une trajectoire prédéterminée, l’installation comprenant :
un tube de forage ayant une partie d’extrémité distale qui est munie d’une tête de correction de trajectoire ;
un dispositif de mise en rotation du tube de forage ;
un dispositif de mise en vibration du tube de forage configuré pour faire vibrer la tête de correction de trajectoire ;
un dispositif de commande configuré pour commander la mise en rotation du tube de forage au moyen du dispositif de mise en rotation afin de réaliser un forage ;
un dispositif de mesure configuré pour déterminer une déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée et permettant, si ladite déviation dépasse un seuil de déviation prédéterminé, de déterminer une trajectoire corrigée pour le tube de forage à partir de ladite déviation déterminée et de déterminer une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire à partir de ladite trajectoire corrigée déterminée,
le dispositif de commande étant en outre configuré pour placer ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction et pour commander la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire à l’aide du dispositif de mise en vibration, de façon à déplacer la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée.
De manière non limitative, le dispositif de mesure peut être utilisé par un opérateur sur le chantier pour déterminer ladite trajectoire corrigée pour le tube de forage et la position angulaire de correction de la tête de correction. Alternativement, et de manière non limitative, ledit dispositif de mesure peut être configuré pour déterminer ladite trajectoire corrigée pour le tube de forage et ladite position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire. L’opérateur n’intervient alors pas dans cette détermination de la trajectoire corrigée et de la position angulaire de correction.
Avantageusement, le dispositif de commande est configuré pour commander au moins une fois l’interruption de la rotation du tube de forage au cours du forage, avant la détermination de la déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée et le dispositif de commande est configuré pour commander à nouveau la mise en rotation du tube de forage de façon à enfoncer ledit tube de forage dans le sol selon ladite trajectoire corrigée, après avoir déplacé la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée.
De préférence, la partie d’extrémité distale du tube de forage est en outre munie d’un outil de coupe, la tête de correction de trajectoire faisant saillie radialement depuis l’outil de coupe. L’outil de coupe est configuré pour couper le sol lorsque le tube de forage est mis en rotation, afin de réaliser le forage. L’outil de coupe est avantageusement disposé à la partie d’extrémité distale du tube de forage.
De manière avantageuse, la tête de correction de trajectoire est fixe par rapport à l’outil de coupe.
Préférentiellement, la tête de correction de trajectoire est montée de manière amovible à ladite partie d’extrémité distale du tube de forage.
De préférence, le tube de forage a une partie d’extrémité proximale et le dispositif de mise en vibration comprend un générateur de vibrations connecté à ladite partie d’extrémité proximale du tube de forage, la tête de correction de trajectoire étant mise en vibration en mettant en vibration le tube de forage au moyen du générateur de vibrations. Le générateur de vibration permet de générer des ondes de compression se propageant dans le tube de forage.
Avantageusement, le tube de forage s’étend selon une direction longitudinale et, considérée par rapport à un plan longitudinal comprenant ladite direction longitudinale, la tête de correction de trajectoire est dissymétrique. Cette dissymétrie de la tête de correction de trajectoire permet de la déplacer selon la trajectoire corrigée lors le tube de forage est poussé selon sa direction longitudinale.
De préférence, la tête de correction de trajectoire comprend un outil biseauté, un outil à palette, une tige articulée, une tige coudée ou un trépan ou encore une combinaison de ces derniers.
Préférentiellement, le dispositif de mesure comprend au moins un organe de mesure choisi parmi : une sonde magnétique, un gyromètre, un accéléromètre, un inclinomètre, un odomètre ou une combinaison de ces derniers.
De préférence, la tête de correction de trajectoire ou le tube de forage comprend l’organe de mesure. L’organe de mesure est avantageusement monté sur le tube de forage ou sur la tête de correction de trajectoire.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
la illustre un mode de réalisation d’une installation selon l’invention;
la illustre une étape de forage du procédé selon l’invention, par mise en rotation du tube de forage ;
la illustre une étape de détermination d’une trajectoire déviée extrapolée du tube de forage du procédé selon l’invention ;
la illustre une étape de détermination d’une trajectoire corrigée du procédé selon l’invention ;
la illustre une étape de déplacement par mise en vibration de la tête de correction de trajectoire du procédé selon l’invention;
la illustre une nouvelle étape de forage du procédé selon l’invention, après avoir remis le tube de forage en rotation ;
la illustre une excavation réalisée par mise en œuvre du procédé selon l’invention ; et
la illustre une variante de l’installation selon l’invention dans laquelle la tête de correction de trajectoire comprend une tige coudée et un trépan.
L’invention porte sur procédé de réalisation d’une excavation dans un sol selon une trajectoire prédéterminée. L’invention porte également sur une installation pour la réalisation d’une excavation dans un sol selon une trajectoire prédéterminée. Cette installation est adaptée pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
La illustre un mode de réalisation d’une installation8pour la réalisation d’une excavationEselon une trajectoire prédéterminéeX.
Tel qu’illustré en , l’installation8comprend un dispositif de forage10. Le dispositif de forage10comprend un tube de forage12ayant une partie d’extrémité proximale12aet une partie d’extrémité distale12b. Le tube de forage12s’étend selon une direction longitudinaleY.
La partie d’extrémité distale12bdu tube de forage est munie de dents de coupe13. La partie d’extrémité distale12bdu tube de forage est en outre munie d’une tête de correction de trajectoire14. Dans cet exemple non limitatif, la tête de correction de trajectoire14fait saillie radialement depuis la partie d’extrémité distale12bdu tube de forage. Dans cet exemple non limitatif, la tête de correction de trajectoire14et les dents de coupe13 forment un outil de coupe. Alternativement, et de manière non limitative, la tête de correction de trajectoire pourrait être distincte de l’outil de coupe et faire saillie depuis ledit outil de coupe.
Dans cet exemple non limitatif, la tête de correction de trajectoire14comprend un outil à palette, également appelé outil à spatule, comprenant une palette15. Ladite palette15est inclinée par rapport à la direction longitudinale du tube de forage12. L’inclinaison et l’orientation de cette palette15peuvent être ajustées. De manière non-limitative, la tête de correction de trajectoire pourrait comprendre un trépan et/ou une tige coudée, en plus ou en remplacement de la palette15.
Ladite tête de correction de trajectoire14est dissymétrique, notamment considérée par rapport à un plan longitudinal comprenant la direction longitudinaleYdu tube de forage. La tête de correction de trajectoire14est montée de manière amovible à la partie d’extrémité distale12btu tube de forage12.
La illustre une variante de l’installation8selon l’invention, dans laquelle la tête de correction de trajectoire14comprend une tige coudée21et un trépan23. Cette tige coudée21comprend une première portion et une seconde portion montée pivotante par rapport à la première portion. La seconde portion peut donc être inclinée par rapport à la première portion afin d’ajuster la trajectoire du tube de forage12lors de sa mise en vibration.
En se référant de nouveau à la , on constate que le dispositif de forage10comprend par ailleurs un dispositif de mise en rotation16du tube de forage12. Le dispositif de mise en rotation16est connecté à la partie d’extrémité proximale12adu tube de forage12.
Le dispositif de forage10comprend également un dispositif de mise en vibration18du tube de forage, comprenant un générateur de vibrations. Le dispositif de mise en vibration18est également connecté à la partie d’extrémité proximale12adu tube de forage12et est configuré pour générer des oscillations longitudinales dans le tube de forage. De telles oscillations longitudinales génèrent des ondes de compression se propageant selon la direction longitudinale du tube de forage, depuis sa partie d’extrémité proximale jusqu’à sa partie d’extrémité distale.
L’installation8comprend de plus un dispositif de mesure20comprenant, dans cet exemple non limitatif, un organe de mesure22monté sur le tube de forage12et un calculateur24avec lequel communique l’organe de mesure22. Dans cet exemple, l’organe de mesure22comprend une centrale inertielle comprenant des gyromètres, des accéléromètres, des inclinomètres et des odomètres permettant de mesurer des données de positionnement du tube de forage.
L’installation8comprend également un dispositif de commande26communiquant, dans cet exemple non-limitatif, avec le dispositif de mise en vibration18, avec le dispositif de mise en rotation16, avec le calculateur24et avec la tête de correction de trajectoire14.
A l’aide des figures1à7, nous allons décrire un mode de réalisation non-limitatif du procédé de réalisation d’une excavation dans un sol selon une trajectoire prédéterminée selon l’invention.
Selon une première étape, illustrée en , on fournit une installation8comprenant le dispositif de forage10. Dans cet exemple non limitatif, le solSdans lequel doit être réalisée l’excavation comprend une première portion de solS 1 et une seconde portion de solS 2 . La première portion de solS 1 est meuble et est essentiellement constituée de sable. La seconde portion de solS 2 est un sol dur et rocheux. L’excavation sera réalisée dans une paroi verticale formée par le solS.
L’excavation doit être réalisée selon une trajectoire prédéterminéeXqui est, dans cet exemple non limitatif, sensiblement horizontale.
Tel qu’illustré en , on réalise un forage du solS, initié dans la première portion de solS 1 , en mettant en rotation le tube de forage12au moyen du dispositif de mise en rotation16. La mise en rotation du tube de forage12est commandée au moyen du dispositif de commande26. Le tube de forage est entrainé en rotation autour de sa direction longitudinaleYet permet de forer la première portion de solS 1 . Dans cet exemple non-limitatif, la mise en rotation du tube de forage ne s’accompagne pas d’une mise en vibration du tube de forage. En outre, lors de ce forage par mise en rotation du tube de forage, la tête de correction de trajectoire14est placée en position de forage de sorte qu’elle ne modifie pas la trajectoire du tube de forage lors de sa mise en rotation. Dans cet exemple non limitatif, cette position de forage correspond à une position active de la tête de correction de trajectoire14. Les dents de coupe de l’outil de coupe13, ainsi que la tête de correction de trajectoire14, mises en rotation, permettent de forer le sol.
De manière non limitative, après avoir foré le solSsur une profondeur prédéterminée, par exemple trois mètres, on interrompt la rotation du tube de forage12. On détermine alors, à l’aide du dispositif de mesure20, une éventuelle déviation du tube de forage12par rapport à la trajectoire prédéterminéeX. Dans cet exemple on mesure la déviation du tube de forage12 à l’aide de l’organe de mesure22. La centrale inertielle de l’organe de mesure permet notamment de déterminer précisément des données de positionnement du tube de forage12telles que sa position, son orientation et son inclinaison et de calculer sa déviation par rapport à la trajectoire prédéterminéeXà partir de ces données de positionnement.
Dans cet exemple non-limitatif, et tel qu’illustré en , on calcule alors, à l’aide du dispositif de mesure20, une trajectoire déviée extrapoléeX’du tube de forage12à partir de la déviation du tube de forage mesurée. Cette trajectoire déviée extrapolée est une projection de la trajectoire du tube de forage12dans le cas où le forage rotatif serait poursuivi sans correction de trajectoire. Cette trajectoire déviée extrapoléeX’est illustrée sur la , et est ici dirigée vers le bas. Le calcul de la trajectoire déviée extrapoléeX’met également en œuvre des paramètres liés au solSet des coefficients ajustables, par exemple lors de calibration du dispositif de mesure. A partir de cette trajectoire déviée extrapoléeX’on déduit également un forage dévié extrapoléF’, correspondant au forage qui serait obtenu sans correction de trajectoire.
Dans le cas où la déviation dépasse un seuil de déviation prédéterminé, on détermine alors une trajectoire corrigéeX’’pour le tube de forage, à partir de la déviation du tube de forage déterminée, et plus précisément à partir de la trajectoire déviée extrapoléeX’. Cette trajectoire corrigéeX’’est illustrée en et est dirigée vers le haut. Cette trajectoire corrigée correspondant à une trajectoire permettant de contrer la déviation du tube de forage, et notamment la trajectoire déviée extrapoléeX’, et tendant donc à ramener le tube selon la trajectoire prédéterminéeX.
A partir de cette trajectoire corrigée déterminéeX’’, on détermine une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire14, à l’aide du dispositif de mesure20, et notamment du calculateur24. Cette position angulaire de correction est fonction de la nature de la tête de correction de trajectoire ainsi que du sol à forer. Comme on peut le voir en , on place alors ladite tête de correction de trajectoire14dans ladite position angulaire de correction. Dans cet exemple non limitatif, l’orientation et l’inclinaison de la palette15de la tête de correction de trajectoire14sont ajustées de sorte que la palette est inclinée vers le haut. De manière non limitative, la mise en position angulaire de correction peut comprendre l’ajustement de la position, de l’orientation et de l’inclinaison de ladite tête de correction de trajectoire14. La position angulaire de correction correspondant à une position active de la tête de correction de trajectoire, dans laquelle elle permet de dévier la trajectoire du tube de forage lors de sa mise en vibration. Sur la , on constate qu’on déduit de la trajectoire corrigéeX’’un forage corrigé extrapoléF’’, qui s’étend selon la trajectoire prédéterminéeX.
Comme montré en , on met alors en vibration la tête de correction de trajectoire14à l’aide du dispositif de mise en vibration18. Plus précisément, on commande la mise en vibration du tube de forage12par le dispositif de mise en vibration18, à l’aide du dispositif de commande26. Le dispositif de mise en vibration 18génère des oscillations longitudinales dans le tube de forage générant des ondes de compression se propageant selon la direction longitudinaleY du tube de forage12. Ces ondes de compression se propagent depuis la partie d’extrémité proximale12ajusqu’à la partie d’extrémité distale12bdu tube de forage. Autrement dit, les ondes de compression se propagent depuis le dispositif de mise en vibration18jusqu’à la tête de correction de trajectoire14qui est ainsi mise en vibration.
Une poussée est exercée sur le tube de forage. Le tube de forage12et la tête de correction de trajectoire14, mis en vibration, sont alors enfoncés dans le solSet déplacés selon la trajectoire corrigéeX’’, compte-tenu de la position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire. La mise en vibration de la tête de correction de trajectoire lui apporte l’énergie nécessaire pour lui permettre de découper le sol et pour s’enfoncer dans sol.
De manière non limitative, la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire14peut s’accompagner d’une injection de fluide de forage dans le sol depuis la partie d’extrémité distale12bdu tube de forage ou encore au niveau de la tête de correction de trajectoire14.
Grâce à l’invention, cette mise en vibration de la tête de correction de trajectoire permet de réaliser une correction de la trajectoire du tube de forage12au travers de la première portion de solS 1 qui est meuble, mais également au travers de la seconde portion de solS 2 qui est dure et rocheuse. L’énergie vibratoire apportée à la tête de correction de trajectoire14permet de déstructurer efficacement le sol, et notamment la portion de solS 2 rocheuse pour permettre son enfoncement. Le déplacement de la tête de correction au travers de ces deux portions de sols est illustré par le passage de la à la et de la à la . En particulier, le risque d’endommagement de la tête de correction de trajectoire14est réduit. En outre, il n’est pas nécessaire de changer de type de tête de correction de trajectoire14lors du passage de la première portion de solS 1 à la seconde portion de solS 2 . De plus, le déplacement de la tête de correction de trajectoire, et donc du tube de forage12, selon la trajectoire corrigéeX’’peut être poursuivie de manière continue, même à l’interface entre les deux portions de sol.
Le déplacement de la tête de correction de trajectoire14et du tube de forage selon la trajectoire corrigéeX’’permet de contrer la déviation du tube de forage par rapport à la trajectoire prédéterminée. De préférence, ladite tête de correction de trajectoire14est déplacée selon ladite trajectoire corrigée sur une distance prédéterminée.
A la suite de ce déplacement, il est considéré que le tube de forage est ramené dans sa trajectoire prédéterminéeX. On interrompt alors la mise en vibration du tube de forage12et de la tête de correction de trajectoire14. Tel qu’illustré en , on remet en rotation le tube de forage au moyen du dispositif de mise en rotation16. On enfonce le tube de forage selon la trajectoire corrigée, rejoignant avantageusement la trajectoire prédéterminée. La tête de correction de trajectoire14est avantageusement configurée pour ne pas dévier le tube de forage lorsque ce dernier est mis en rotation et réalise le forage. Le forage est poursuivi jusqu’à réalisation de l’excavation. Grâce à la correction de trajectoire réalisée, l’excavation finale s’étend sensiblement selon la trajectoire prédéterminéeX.
Dans cet exemple non limitatif, un élément tubulaire supplémentaire17est ajouté de sorte que le tube de forage12comprend deux éléments tubulaires connectés entre eux, bout à bout.
De préférence, les étapes précédentes illustrées aux figures3à 6 permettant de corriger la trajectoire du tube de forage12peuvent être répétée à plusieurs reprises. En particulier, ces étapes peuvent être réalisées à intervalle régulier, chaque fois que le tube de forage12est enfoncé dans le solSd’une profondeur prédéterminée.

Claims (19)

  1. Procédé de réalisation d’une excavation dans un sol (S) selon une trajectoire prédéterminée dans lequel on fournit un dispositif de forage (10) comprenant:
    un tube de forage (12) ayant une partie d’extrémité distale (12b) qui est munie d’une tête de correction de trajectoire (14);
    un dispositif de mise en rotation (16) du tube de forage ; et
    un dispositif de mise en vibration (18) du tube de forage configuré pour faire vibrer la tête de correction de trajectoire,
    le procédé comprenant une étape selon laquelle on réalise un forage dans ledit sol en mettant en rotation le tube de forage au moyen du dispositif de mise en rotation,
    dans lequel, après avoir débuté l’étape de forage, on détermine une déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée et, si ladite déviation dépasse un seuil de déviation prédéterminé, on réalise les étapes suivantes :
    on détermine une trajectoire corrigée (X’’) pour le tube de forage à partir de ladite déviation déterminée ;
    on détermine une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire à partir de ladite trajectoire corrigée déterminée ;
    on place ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction ; et
    on met en vibration la tête de correction de trajectoire à l’aide du dispositif de mise en vibration, de façon à déplacer la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours du forage, on interrompt au moins une fois la rotation du tube de forage (12) avant de déterminer la déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée (X), et dans lequel on remet le tube de forage en rotation de façon à enfoncer ledit tube de forage dans le sol selon ladite trajectoire corrigée (X’’), après avoir déplacé la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on détermine la déviation du tube de forage (12) par rapport à ladite trajectoire prédéterminée (X) à plusieurs reprises au cours du forage, le tube de forage étant enfoncé dans le sol (S) d’une profondeur prédéterminée entre chaque détermination de la déviation du tube de forage.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’étape de détermination de la trajectoire corrigée (X’’) pour le tube de forage (12) comprend une étape selon laquelle on calcule une trajectoire déviée extrapolée (X’) du tube de forage à partir de la déviation du tube de forage déterminée.
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on met également la tête de correction de trajectoire (14) en vibration lors de la rotation du tube de forage (12).
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de mise en vibration de la tête de correction de trajectoire (14) est réalisée en mettant en vibration le tube de forage (12).
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on injecte un fluide de forage dans le sol depuis la partie d’extrémité distale du tube de forage au moins lors de la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire (14).
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on détermine la déviation du tube de forage (12) par rapport à la trajectoire prédéterminée (X) à l’aide d’un dispositif de mesure (20) comprenant au moins un des organes de mesure (22) suivants : une sonde magnétique, un gyromètre, un accéléromètre, un inclinomètre, un odomètre ou une combinaison de ces derniers.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la tête de correction de trajectoire (14) comprend un outil biseauté, un outil à palette (15), une tige articulée, une tige coudée ou un trépan ou encore une combinaison de ces derniers.
  10. Installation (8) pour la réalisation d’une excavation dans un sol (S) selon une trajectoire prédéterminée (X), l’installation comprenant un dispositif de forage (10) comprenant :
    un tube de forage (12) ayant une partie d’extrémité distale (12b) qui est munie d’une tête de correction de trajectoire (14);
    un dispositif de mise en rotation (16) du tube de forage;
    un dispositif de mise en vibration (18) du tube de forage configuré pour faire vibrer la tête de correction de trajectoire,
    l’installation comprenant en outre :
    - un dispositif de commande (26) configuré pour commander la mise en rotation du tube de forage au moyen du dispositif de mise en rotation afin de réaliser un forage ;
    - un dispositif de mesure (20) permettant de déterminer une déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée et permettant, si ladite déviation dépasse un seuil de déviation prédéterminé, de déterminer une trajectoire corrigée (X’’) pour le tube de forage à partir de ladite déviation déterminée et pour déterminer une position angulaire de correction de la tête de correction de trajectoire à partir de ladite trajectoire corrigée déterminée,
    le dispositif de commande étant en outre configuré pour placer ladite tête de correction de trajectoire dans ladite position angulaire de correction et pour commander la mise en vibration de la tête de correction de trajectoire à l’aide du dispositif de mise en vibration, de façon à déplacer la tête de correction de trajectoire selon la trajectoire corrigée.
  11. Installation selon la revendication 10, dans laquelle, le dispositif de commande (26) est configuré pour commander au moins une fois l’interruption de la rotation du tube de forage (12) au cours du forage, avant la détermination de la déviation du tube de forage par rapport à ladite trajectoire prédéterminée (X) et dans laquelle le dispositif de commande est configuré pour commander à nouveau la mise en rotation du tube de forage de façon à enfoncer ledit tube de forage dans le sol selon ladite trajectoire corrigée, après avoir déplacé la tête de correction de trajectoire (14) selon la trajectoire corrigée (X’’).
  12. Installation selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle la partie d’extrémité distale (12b) du tube de forage (12) est en outre munie d’un outil de coupe (13), la tête de correction de trajectoire faisant saillie radialement depuis l’outil de coupe.
  13. Installation selon la revendication 12, dans laquelle la tête de correction de trajectoire (14) est fixe par rapport à l’outil de coupe.
  14. Installation selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, dans laquelle la tête de correction de trajectoire (14) est montée de manière amovible à ladite partie d’extrémité distale (12b) du tube de forage (12).
  15. Installation selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, dans laquelle le tube de forage (12) a une partie d’extrémité proximale (12a) et dans laquelle le dispositif de mise en vibration comprend un générateur de vibrations connecté à ladite partie d’extrémité proximale du tube de forage, la tête de correction de trajectoire (14) étant mise en vibration en mettant en vibration le tube de forage au moyen du générateur de vibrations.
  16. Installation selon l’une quelconque des revendications 10 à 15, dans laquelle le tube de forage (12) s’étend selon une direction longitudinale (Y) et dans laquelle, considérée par rapport à un plan longitudinal comprenant ladite direction longitudinale, la tête de correction de trajectoire est dissymétrique.
  17. Installation selon la revendication 16, dans laquelle la tête de correction de trajectoire (14) comprend un outil biseauté, un outil à palette (15), une tige articulée, une tige coudée ou un trépan ou encore une combinaison de ces derniers.
  18. Installation selon l’une quelconque des revendications 10 à 17, dans laquelle le dispositif de mesure (20) comprend au moins un organe de mesure (22) choisi parmi : une sonde magnétique, un gyromètre, un accéléromètre, un inclinomètre, un odomètre ou une combinaison de ces derniers.
  19. Installation selon la revendication 18, dans laquelle la tête de correction de trajectoire (14) ou le tube de forage (12) comprend l’organe de mesure (22).
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