FR3160246A1 - Device and method for geotechnical surveying by proportional electrohydraulic control controlled by machine learning - Google Patents
Device and method for geotechnical surveying by proportional electrohydraulic control controlled by machine learningInfo
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Abstract
Dispositif de sondage géotechnique de sol, comprenant une machine de sondage de sol comprenant, entre autres, une tête de forage, un actionneur d’avance de ladite tête de forage, un actionneur principale d’entrainement en rotation de ladite tête de forage et une unité électronique de traitement et des capteurs reliés à l’unité de traitement qui est agencée pour enregistrer des paramètres de sondage en temps réel ; caractérisé en ce que l’actionneur d’avance et la motorisation d’entrainement en rotation de la tête de forage mettent en œuvre un système autonome électrohydraulique proportionnel et en ce que l’unité de traitement est agencée pour acquérir une position géographique de la machine de sondage, accéder à une base de données contenant des caractéristiques de sol en fonction de la position géographique, commander les actionneurs par des instructions déterminées par apprentissage automatique à partir des caractéristiques de sol correspondant à la position géographique acquise, et des paramètres de forage mesurés en temps réel. FIGURE DE L’ABREGE : [Fig. 1] Geotechnical soil survey device, comprising a soil survey machine comprising, among other things, a drilling head, an actuator for advancing said drilling head, a main actuator for rotating said drilling head, and an electronic processing unit and sensors connected to the processing unit, which is designed to record survey parameters in real time; characterized in that the advance actuator and the motor for rotating the drilling head implement a proportional electrohydraulic autonomous system, and in that the processing unit is designed to acquire a geographical position of the survey machine, access a database containing soil characteristics based on the geographical position, and control the actuators using instructions determined by machine learning from the soil characteristics corresponding to the acquired geographical position and from the drilling parameters measured in real time. ABRIDGE FIGURE: [Fig. 1]
Description
La présente invention concerne le domaine du sondage géotechnique.The present invention relates to the field of geotechnical surveying.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
Dans le milieu de l’aménagement du territoire (exemple : bâtiments et travaux publics (BTP), risques naturels) il est important d’obtenir, un bilan de l’état mécanique des sols. Ces bilans d’état des sols sont générés, entre autres, à partir de données obtenues par des outils de diagnostic (appelés dans l'industrie outils de diagraphie) et permettent de déterminer notamment des données utiles sur la lithologie des couches pour fiabiliser le modèle géotechnique.In the field of land use planning (e.g., buildings and public works (BTP), natural hazards), it is important to obtain an assessment of the mechanical condition of the soil. These soil condition assessments are generated, among other things, from data obtained by diagnostic tools (called logging tools in the industry) and make it possible to determine, in particular, useful data on the lithology of the layers to make the geotechnical model more reliable.
L’un de ces outils est un dispositif de sondage géotechnique, comprenant :
- une machine de sondage de sol, comprenant une tête de forage, un actionneur d’avance de ladite tête de forage et une motorisation principale d’entrainement en rotation de ladite tête de forage ;
- une unité électronique de traitement et des capteurs reliés à l’unité de traitement qui est agencée pour enregistrer des paramètres de sondage en temps réel.
- a ground drilling machine, comprising a drilling head, an actuator for advancing said drilling head and a main motor for driving said drilling head in rotation;
- an electronic processing unit and sensors connected to the processing unit which is arranged to record survey parameters in real time.
La machine de sondage est pourvue d’un système de commande manuel permettant à un opérateur de commander, entre autres, l’avance et la rotation de la tête de forage. La commande de la machine de sondage, notamment pour l’avance et la rotation de la tête de forage, s’effectue de manière manuelle par l’opérateur. Il est également connu de calibrer manuellement la machine de sondage avant utilisation, en fonction des connaissances de l’opérateur sur la nature du sol, afin de pouvoir exploiter la mesure des paramètres de forage dans le bilan de composition des sols.The drilling machine is equipped with a manual control system that allows an operator to control, among other things, the advance and rotation of the drilling head. The control of the drilling machine, in particular for the advance and rotation of the drilling head, is carried out manually by the operator. It is also known to manually calibrate the drilling machine before use, based on the operator's knowledge of the nature of the soil, in order to be able to use the measurement of the drilling parameters in the soil composition assessment.
Or, l’intervention humaine sur les réglages ou les commandes de la machine de sondage peut avoir un impact sur la valeur des paramètres de sondage qui sont enregistrés pour déterminer les caractéristiques de sol (nature et mécanique). Il en résulte que des sondages réalisés par plusieurs opérateurs ne permettent pas d’avoir des caractéristiques de sol de manière fiable en ce sens qu’elles ne seront pas forcément comparables.However, human intervention on the settings or controls of the survey machine can have an impact on the value of the survey parameters which are recorded to determine the soil characteristics (nature and mechanics). As a result, surveys carried out by several operators do not allow for reliable soil characteristics to be obtained in the sense that they will not necessarily be comparable.
OBJET DE L’INVENTIONSUBJECT OF THE INVENTION
L’invention a notamment pour but d’effectuer, de manière fiable, des mesures calibrées de paramètres de foration afin d’obtenir, de manière homogène et comparable, la composition des sols par sondage.The invention aims in particular to reliably carry out calibrated measurements of drilling parameters in order to obtain, in a homogeneous and comparable manner, the composition of the soils by drilling.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention un dispositif de sondage géotechnique, comprenant :
- une machine de sondage de sol, comprenant une tête de forage, un actionneur d’avance de ladite tête de forage et une motorisation principale d’entrainement en rotation de ladite tête de forage ;
- une unité électronique de traitement et des capteurs reliés à l’unité électronique de traitement qui est agencée pour enregistrer des paramètres de forage en temps réel.
- a ground drilling machine, comprising a drilling head, an actuator for advancing said drilling head and a main motor for driving said drilling head in rotation;
- an electronic processing unit and sensors connected to the electronic processing unit which is arranged to record drilling parameters in real time.
L’actionneur d’avance et la motorisation principale d’entrainement en rotation de la tête de forage mettent en œuvre un système autonome électrohydraulique proportionnel et en ce que l’unité de traitement est agencée pour :
- acquérir une position géographique de la machine de forage,
- accéder à la base de données contenant des caractéristiques de sol en fonction de la position géographique,
- commander l’actionneur et la motorisation principale à partir d’instructions de commande issues d’un apprentissage automatique, déterminées à partir des caractéristiques de sol correspondant à la position géographique acquise, et des paramètres de forage mesurés en temps réel.
- acquire a geographical position of the drilling machine,
- access the database containing soil characteristics based on geographic position,
- control the actuator and the main motorization from control instructions resulting from automatic learning, determined from the ground characteristics corresponding to the acquired geographical position, and the drilling parameters measured in real time.
L’avance et la rotation de la tête de forage sont commandées automatiquement et de manière proportionnelle, en fonction d’une position géographique du sondage, de caractéristiques de sol déterminées en fonction de la position géographique et des paramètres de forage précalibrés.The advance and rotation of the drilling head are controlled automatically and proportionally, depending on the geographical position of the drilling, soil characteristics determined according to the geographical position and pre-calibrated drilling parameters.
Selon des caractéristiques optionnelles, utilisées individuellement ou tout ou partie en combinaison :
- l’unité électronique de traitement est agencée pour commander la machine de sondage de manière à maintenir constante d’une part une contrainte axiale appliquée à la tête de forage lorsque l’extrémité de la tête de forage est en contact avec le sol en cours de forage et d’autre part une vitesse de rotation de la tête de forage ;
- la base de données est hébergée dans une mémoire de l’unité électronique de traitement ;
- l’unité électronique de traitement possède en mémoire, pour chaque type de milieu foré, un mode de commande de la machine de sondage, ces modes de commande se caractérisant par des instructions de forage et l’unité électronique de traitement est agencée pour détecter un changement de milieu en fonction d’au moins un seuil prédéfini pour au moins un paramètre de forage ;
- l’unité électronique de traitement est agencée pour changer de mode de commande de manière autonome ;
- l’unité électronique de traitement comprend une interface de commande agencée pour permettre à un opérateur de commander un changement de mode de commande ;
- l’unité électronique de traitement est reliée à un système de géolocalisation pour fournir la position géographique de la machine de sondage ;
- l’unité électronique de traitement comprend une interface de commande agencée pour permettre à un opérateur de saisir la position géographique de la machine de sondage ;
- une motorisation hydraulique secondaire est agencée pour entrainer en rotation la tête de forage, un capteur de pression est agencé pour détecter un seuil de pression dans la motorisation principale d’entrainement en rotation de la tête de forage et un commutateur est associé au capteur de pression pour activer la motorisation secondaire afin de conserver une vitesse de rotation constante en cas d’atteinte du seuil de pression dans la motorisation principale.
- the electronic processing unit is arranged to control the drilling machine so as to maintain constant on the one hand an axial stress applied to the drilling head when the end of the drilling head is in contact with the ground during drilling and on the other hand a rotation speed of the drilling head;
- the database is hosted in a memory of the electronic processing unit;
- the electronic processing unit has in memory, for each type of drilled medium, a control mode of the drilling machine, these control modes being characterized by drilling instructions and the electronic processing unit is arranged to detect a change of medium as a function of at least one predefined threshold for at least one drilling parameter;
- the electronic processing unit is arranged to change control mode autonomously;
- the electronic processing unit comprises a control interface arranged to allow an operator to command a change of control mode;
- the electronic processing unit is connected to a geolocation system to provide the geographical position of the survey machine;
- the electronic processing unit comprises a control interface arranged to allow an operator to input the geographical position of the survey machine;
- a secondary hydraulic motor is arranged to rotate the drilling head, a pressure sensor is arranged to detect a pressure threshold in the main motor for rotating the drilling head and a switch is associated with the pressure sensor to activate the secondary motor in order to maintain a constant rotation speed if the pressure threshold is reached in the main motor.
L’invention a également pour objet un procédé de sondage géotechnique comprenant les étapes :
- effectuer de manière autonome en électrohydraulique proportionnel une avance limitée et une rotation régulée d’une tête de forage ;
- détecter et adapter des paramètres de forage en temps réel, par apprentissage automatique, durant le sondage.
- autonomously carry out, using proportional electrohydraulics, a limited advance and a regulated rotation of a drilling head;
- detect and adapt drilling parameters in real time, using machine learning, during drilling.
L’avance et la rotation de la tête de forage sont commandées de manière proportionnelle en fonction d’une position géographique du sondage, de caractéristiques de sol déterminées en fonction de la position géographique et de paramètres de sondage.The advance and rotation of the drilling head are controlled proportionally according to a geographical position of the drilling, soil characteristics determined according to the geographical position and drilling parameters.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will emerge upon reading the following description of a particular and non-limiting embodiment of the invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :Reference will be made to the attached drawings, including:
L’invention concerne un dispositif de sondage géotechnique qui comprend notamment une machine de sondage 1 et une unité électronique de traitement et de commande 100.The invention relates to a geotechnical survey device which comprises in particular a survey machine 1 and an electronic processing and control unit 100.
La machine de sondage 1 comprend un bâti mobile 11, une armature relevable 12 montée pour pivoter autour d’un axe horizontal sur le bâti 11, et une tête de forage 14 qui coulisse sur l’armature relevable 12 et qui entraine un train de tiges 13. Ce train de tiges 13 tourne autour d’un axe de rotation confondu avec un axe central du train de tiges 13.The drilling machine 1 comprises a mobile frame 11, a lifting frame 12 mounted to pivot about a horizontal axis on the frame 11, and a drilling head 14 which slides on the lifting frame 12 and which drives a drill string 13. This drill string 13 rotates about an axis of rotation coinciding with a central axis of the drill string 13.
La machine de sondage 1 comprend également plusieurs actionneurs hydrauliques.The survey machine 1 also includes several hydraulic actuators.
Un actionneur 15.1 permet l’avance ou le recul de la tête de forage 14 et donc du train de tiges 13. Cet actionneur 15.1 incorpore un premier circuit hydraulique 16.1 possédant un motoréducteur ou un vérin 22.1 apte à convertir la pression dans ledit premier circuit 16.1 en un mouvement de translation du train de tiges 13. La pression hydraulique dans le premier circuit 16.1 est régulée par un distributeur électrohydraulique proportionnel 17.1 appartenant au premier circuit 16.1. On comprend que la pression au sein du premier circuit hydraulique 16.1 conditionne la vitesse d’avance de la tête de forage 14. En commandant le distributeur électrohydraulique proportionnel 17.1 du premier circuit 16.1, il est donc possible de contrôler de manière précise et analogique la pression au sein dudit premier circuit 16.1, et donc la vitesse d’avancement de la tête de forage 14.An actuator 15.1 allows the drilling head 14 and therefore the drill string 13 to move forward or backward. This actuator 15.1 incorporates a first hydraulic circuit 16.1 having a geared motor or a cylinder 22.1 capable of converting the pressure in said first circuit 16.1 into a translational movement of the drill string 13. The hydraulic pressure in the first circuit 16.1 is regulated by a proportional electrohydraulic distributor 17.1 belonging to the first circuit 16.1. It is understood that the pressure within the first hydraulic circuit 16.1 conditions the speed of advance of the drilling head 14. By controlling the proportional electrohydraulic distributor 17.1 of the first circuit 16.1, it is therefore possible to precisely and analogically control the pressure within said first circuit 16.1, and therefore the speed of advance of the drilling head 14.
Une motorisation principale 15.2, indépendante de l’actionneur 15.1, permet l’entrainement en rotation de la tête de forage 14. Cette motorisation principale 15.2 incorpore un second circuit hydraulique 16.2 possédant un moteur hydraulique 22.2 apte à convertir le débit de fluide circulant au sein dudit deuxième circuit 16.2 en un mouvement de rotation de la tête de forage. Le débit circulant dans ce second circuit 16.2 est régulé par un régulateur électrohydraulique proportionnel de débit 17.2. En commandant ce régulateur électrohydraulique proportionnel de débit 17.2, il est possible de contrôler de manière précise et analogique le débit du fluide au sein du second circuit 16.2, et donc, contrôler précisément la vitesse de rotation de la tête de forage 14.A main motor 15.2, independent of the actuator 15.1, enables the rotational drive of the drilling head 14. This main motor 15.2 incorporates a second hydraulic circuit 16.2 having a hydraulic motor 22.2 capable of converting the flow of fluid circulating within said second circuit 16.2 into a rotational movement of the drilling head. The flow circulating in this second circuit 16.2 is regulated by a proportional electrohydraulic flow regulator 17.2. By controlling this proportional electrohydraulic flow regulator 17.2, it is possible to precisely and analogically control the flow of fluid within the second circuit 16.2, and therefore precisely control the rotational speed of the drilling head 14.
Une motorisation auxiliaire 15.3 est installée, au sein du dispositif, en parallèle de la motorisation principale 15.2. La motorisation auxiliaire 15.3 est agencée pour entrainer en rotation la tête de forage 14. Cette motorisation auxiliaire 15.3 incorpore un moteur hydraulique 22.3 apte à convertir le débit de fluide circulant au sein dudit deuxième circuit 16.2 en un mouvement de rotation de la tête de forage. Le circuit hydraulique de la motorisation auxiliaire 15.3 est le même que celui de la motorisation principale 15.2. Cette motorisation auxiliaire 15.3 est actionnée par un commutateur 18 lorsqu’une surpression est détectée dans le second circuit hydraulique 16.2. La motorisation auxiliaire 15.3 ne fonctionne pas lors du fonctionnement normal du dispositif. L’actionnement de cette motorisation auxiliaire 15.3 permet à la tête de forage 14 de conserver une vitesse de rotation constante en cas de seuil limite de pression atteint dans la motorisation principale 15.2.An auxiliary motor 15.3 is installed within the device in parallel with the main motor 15.2. The auxiliary motor 15.3 is arranged to rotate the drilling head 14. This auxiliary motor 15.3 incorporates a hydraulic motor 22.3 capable of converting the flow of fluid circulating within said second circuit 16.2 into a rotational movement of the drilling head. The hydraulic circuit of the auxiliary motor 15.3 is the same as that of the main motor 15.2. This auxiliary motor 15.3 is actuated by a switch 18 when an overpressure is detected in the second hydraulic circuit 16.2. The auxiliary motor 15.3 does not operate during normal operation of the device. The actuation of this auxiliary motor 15.3 allows the drilling head 14 to maintain a constant rotation speed in the event of a pressure limit threshold being reached in the main motor 15.2.
L’unité de traitement 100 comprend au moins un processeur, une mémoire contenant des programmes exécutables par le processeur, une interface de liaison avec la machine de forage 1 pour lui envoyer des signaux de commande et recevoir des signaux de mesure provenant de capteurs implantés dans la machine de sondage 1, une interface homme-machine pour permettre à un opérateur de communiquer avec l’unité de traitement 100, une carte électronique de contrôle précise des fonction électrohydraulique, une carte de télécommunication et un récepteur de signaux satellitaires de géolocalisation 19. L’interface de l’unité de traitement 100 est ainsi connectée à un ensemble de capteurs 20 permettant l’acquisition de paramètres de mesure, notamment : des capteurs de pression, un accéléromètre, un débitmètre et un encodeur. Parmi ces paramètres acquis par l’unité de traitement 100, on retrouve :
- la longueur de pénétration (encodeur) ;
- la pression de poussée (capteur de pression) ;
- la pression de retenue (capteur de pression) ;
- la pression du fluide de forage chargé du refroidissement de la tête de forage et de l’évacuation des débris de forage (capteur de pression) ;
- le débit d’injection du fluide de forage (débitmètre) ;
- la vitesse de rotation de la tête de forage (débitmètre et tachymètre) ;
- le couple de rotation (capteur de pression) ;
- l’énergie réfléchie(accéléromètre).
- the penetration length (encoder);
- thrust pressure (pressure sensor);
- the holding pressure (pressure sensor);
- the pressure of the drilling fluid responsible for cooling the drilling head and evacuating drilling debris (pressure sensor);
- the drilling fluid injection rate (flow meter);
- the rotation speed of the drilling head (flow meter and tachometer);
- the torque (pressure sensor);
- reflected energy (accelerometer).
L’ensemble des données mesurées est enregistré de manière locale sur un système physique de stockage 21 connecté à l’unité de traitement 100.All of the measured data is recorded locally on a physical storage system 21 connected to the processing unit 100.
L’unité de traitement 100 est programmée pour acquérir en donnée d’entrée les données de géolocalisation provenant du récepteur de signaux satellitaires de géolocalisation 19 permettant à ladite unité de traitement 100 de pouvoir connaitre sa position.The processing unit 100 is programmed to acquire as input data the geolocation data coming from the geolocation satellite signal receiver 19 allowing said processing unit 100 to know its position.
L’unité de traitement 100 est également programmée pour se connecter via la carte de télécommunication à un réseau et à accéder au contenu d’une base de données géotechniques extérieure. La base de données regroupe un ensemble de données géotechniques d’archives. La base de données contient également des caractéristiques de compositions des sols répertoriées en fonction de la position géographique et l’ensemble des données mesurées préalablement par le dispositif de sondage géotechnique. Lors de la communication entre l’unité de traitement et la base de données, l’unité de traitement 100 est programmée pour :
- récupérer depuis ladite base de données, les caractéristiques de sols correspondant à la position géographique correspondant aux données de géolocalisation ;
- faire mémoriser dans la base de données l’ensemble des données mesurées et la position géographique correspondante pour qu’elles y soient archivées.
- retrieve from said database the soil characteristics corresponding to the geographic position corresponding to the geolocation data;
- have all measured data and the corresponding geographical position stored in the database so that they can be archived there.
L’unité de traitement 100 est programmée pour :
- acquérir une position géographique de la machine de forage 1,
- accéder à la base de données contenant des caractéristiques de sol en fonction de la position géographique,
- commander l’actionneur 15.1 et la motorisation principale 15.2 à partir d’instructions de commande déterminées par apprentissage automatique (oumachine learning) à partir des caractéristiques de sol correspondant à la position géographique acquise, et des paramètres de forage mesurés en temps réel (ceci est présenté plus en détail plus loin).
- acquire a geographical position of the drilling machine 1,
- access the database containing soil characteristics based on geographic position,
- control the actuator 15.1 and the main motor 15.2 from control instructions determined by machine learning from the ground characteristics corresponding to the acquired geographical position, and the drilling parameters measured in real time (this is presented in more detail later).
Dans le but de mesurer le plus précisément possible la réaction du milieu foré (i.e. le sol) lors du sondage, et ainsi déterminer ses caractéristiques, la valeur de la pression appliquée à la tête de forage 14 contre le sol est maintenue constante par l’unité de traitement 100. L’unité de traitement 100 commande l’actionneur 15.1 d’avance de la tête de forage 14 de manière à appliquer une contrainte axiale constante lors du forage, c’est-à-dire lorsque l’outil du train de tiges de forage 13 est en contact avec le sol en cours de sondage.In order to measure as precisely as possible the reaction of the drilled medium (i.e. the ground) during drilling, and thus determine its characteristics, the value of the pressure applied to the drilling head 14 against the ground is kept constant by the processing unit 100. The processing unit 100 controls the actuator 15.1 for advancing the drilling head 14 so as to apply a constant axial stress during drilling, that is to say when the tool of the drill string 13 is in contact with the ground during drilling.
De préférence, l’unité de traitement 100 possède en mémoire plusieurs modes de commande de la machine de sondage 1 correspondant chacun à un type de milieu à sonder (par exemple, sol calcaire, sol calcaire avec marnière, sol granit… ou plus grossièrement sol dur, sol mou…). Chaque mode de commande de la machine de sondage 1 comporte des instructions à exécuter par les différents actionneurs de la machine de sondage 1 pour acquérir le plus efficacement possible les données mesurées.Preferably, the processing unit 100 has in memory several control modes for the survey machine 1, each corresponding to a type of medium to be surveyed (for example, limestone soil, limestone soil with marl, granite soil, etc. or more roughly hard soil, soft soil, etc.). Each control mode for the survey machine 1 includes instructions to be executed by the different actuators of the survey machine 1 to acquire the measured data as efficiently as possible.
Chaque mode de commande correspond à une calibration adaptée au milieu concerné. Cette calibration permet notamment de limiter des valeurs nominales de vitesse d’avancement et réguler des vitesses de rotation et d’ajuster la vitesse d’avancement et la vitesse de rotation de la tête de forage 14 entre des valeurs minimale et maximale correspondant au milieu. L’unité de traitement 100 est programmée pour détecter un changement de milieu lors du forage, en fonction du passage d’au moins un seuil prédéfini pour au moins un paramètre de forage. L’unité de traitement change donc de mode de fonctionnement de manière autonome, c’est-à-dire sans intervention d’un opérateur.Each control mode corresponds to a calibration adapted to the medium concerned. This calibration makes it possible in particular to limit nominal values of advancement speed and regulate rotation speeds and to adjust the advancement speed and the rotation speed of the drilling head 14 between minimum and maximum values corresponding to the medium. The processing unit 100 is programmed to detect a change of medium during drilling, depending on the passage of at least one predefined threshold for at least one drilling parameter. The processing unit therefore changes operating mode autonomously, that is to say without intervention from an operator.
Le contrôle de la vitesse d’avance maximale et de la vitesse de rotation maximale de la tête de forage 14 est effectué de manière analogique et est assuré par le régulateur électrohydraulique proportionnel et le distributeur électrohydraulique proportionnel, permettant d’améliorer la qualité et la comparabilité des essais de forage.The control of the maximum feed speed and the maximum rotation speed of the drilling head 14 is carried out analogically and is ensured by the proportional electrohydraulic regulator and the proportional electrohydraulic distributor, allowing to improve the quality and comparability of the drilling tests.
Extérieurement au dispositif de sondage, au niveau du serveur hébergeant la base de données, les paramètres mesurés sont utilisés par un système d’apprentissage statistique fonctionnant par apprentissage automatique (couramment appelémachine learning). Ce système permet par apprentissage, de déduire le comportement moyen des sols en fonction de la localisation. Cet apprentissage se base sur les données acquises sur différents sites précédemment sondés, et sur des conclusions d’ingénierie qui découlent de ces mesures c’est-à-dire une phase d’exploitation humaine dont les conclusions sont fournies au système d’apprentissage sous une forme et dans un format informatique exploitables par ce dernier. Avec cette base de données et les paramètres moyens obtenus par apprentissage automatique, le dispositif de sondage sera en mesure d’être configuré et calibré pour une localisation donnée. L’ensemble des informations de la base de données est traité via apprentissage automatique puis transmise au niveau de la phase d’exploitation pour une amélioration de la pertinence de l’analyse, et au niveau de l’unité de traitement 100 pour une amélioration de la calibration de la machine de sondage 1.Externally to the survey device, at the server hosting the database, the measured parameters are used by a statistical learning system operating by automatic learning (commonly called machine learning ). This system allows, by learning, to deduce the average behavior of the soils according to the location. This learning is based on the data acquired on different previously surveyed sites, and on engineering conclusions which result from these measurements, that is to say a human exploitation phase whose conclusions are provided to the learning system in a form and in a computer format usable by the latter. With this database and the average parameters obtained by automatic learning, the survey device will be able to be configured and calibrated for a given location. All the information in the database is processed via automatic learning then transmitted to the exploitation phase to improve the relevance of the analysis, and to the processing unit 100 to improve the calibration of the survey machine 1.
Dans le but de permettre à l’unité de traitement 100 de déterminer l’efficacité de la calibration de la machine de forage pour une condition de sondage, il est nécessaire que le type d’outils de tête de forage 14 soit acquis et enregistré par ladite unité de traitement 100 et que l’outil de sondage soit conservé toute la durée du sondage. Cette acquisition peut être manuelle (enregistrement d’un code associé à la tête de forage, lecture d’un code-barre) ou automatique (la tête de forage est pourvue d’un circuit NFC par exemple RFID qui peut être lu par un lecteur de la machine lorsque la tête est en place sur le train de tiges).In order to enable the processing unit 100 to determine the effectiveness of the calibration of the drilling machine for a drilling condition, it is necessary for the type of drilling head tools 14 to be acquired and recorded by said processing unit 100 and for the drilling tool to be retained for the entire duration of the drilling. This acquisition can be manual (recording of a code associated with the drilling head, reading of a bar code) or automatic (the drilling head is provided with an NFC circuit, for example RFID, which can be read by a reader of the machine when the head is in place on the drill string).
Afin de prendre en compte, lors de l’exploitation des résultats d’un sondage, l’influence de la machine de forage 1, on prévoit un enregistrement systématique des paramètres et des caractéristiques de la machine de forage 1. Le réglage manuel de certains paramètres de la machine de forage 1 doit être défini sur des valeurs prédéterminées. Dans le but de prendre en compte l’influence de la machine de forage 1 sur les résultats obtenus, il est également prévu de faire fonctionner les différents composants de la machine de forage 1, significativement en dessous de leur capacité maximale pour garantir la réussite et la qualité de la prise de mesure. Il est de préférence prévu que la machine de forage 1 puisse réaliser un martèlement lors du forage de milieux durs : il est alors nécessaire que le recours à un tel martèlement soit enregistré pour être pris en compte lors de l’exploitation des résultats de forage.In order to take into account, when exploiting the results of a survey, the influence of the drilling machine 1, a systematic recording of the parameters and characteristics of the drilling machine 1 is provided. The manual adjustment of certain parameters of the drilling machine 1 must be set to predetermined values. In order to take into account the influence of the drilling machine 1 on the results obtained, it is also provided to operate the various components of the drilling machine 1, significantly below their maximum capacity to guarantee the success and quality of the measurement. It is preferably provided that the drilling machine 1 can carry out hammering when drilling hard media: it is then necessary that the use of such hammering is recorded to be taken into account when exploiting the drilling results.
Dans le but de réduire au maximum l’influence de l’opérateur sur les résultats, il est donc important que l’opérateur enregistre toute action qu’il réalise, comme par exemple le martèlement, ou le débit et la pression lors de l’utilisation d’une pompe à boue par exemple. L’opérateur a une influence car il peut activer manuellement la motorisation auxiliaire et donc influer sur la pression et le débit d’injection en sortie de motorisation d’entrainement. Le fait de contrôler la vitesse de rotation de manière électrohydraulique va permettre de décharger l’opérateur du contrôle et de l’influence qu’il peut avoir à ce niveau. De même cela permettra d’enregistrer et de noter automatiquement l’activation du moteur secondaire.In order to minimize the operator's influence on the results, it is therefore important that the operator records every action he performs, such as hammering, or the flow rate and pressure when using a mud pump, for example. The operator has an influence because he can manually activate the auxiliary motor and therefore influence the pressure and injection flow rate at the output of the drive motor. Controlling the rotation speed electrohydraulically will relieve the operator of the control and influence he may have at this level. It will also allow the activation of the secondary motor to be automatically recorded and noted.
Il est prévu que les mesures soient acquises et enregistrées par l’unité de traitement 100 avec une fréquence permettant une résolution d’au moins une mesure par centimètre, et ce, même lorsque la vitesse de progression du forage est maximale.It is intended that the measurements are acquired and recorded by the processing unit 100 with a frequency allowing a resolution of at least one measurement per centimeter, even when the drilling progress speed is maximum.
L’unité de mesure 100 est agencée pour effectuer l’acquisition de données en obéissant aux commandes telles que : Démarrer les mesures ; Envoyer les mesures ; Mettre en pause les mesures ; Reprendre les mesures ; Arrêter les mesures.The measuring unit 100 is arranged to perform data acquisition by obeying commands such as: Start measurements; Send measurements; Pause measurements; Resume measurements; Stop measurements.
L’ensemble des données mesurées sont ensuite transmises au système de stockage physique 21 connecté à l’unité de traitement, avant d’être envoyé sur la base de données.All measured data is then transmitted to the physical storage system 21 connected to the processing unit, before being sent to the database.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.Of course, the invention is not limited to the embodiment described but encompasses any variant falling within the scope of the invention as defined by the claims.
En particulier, bien que le changement de mode de fonctionnement en fonction du milieu foré soit assuré de manière autonome par l’unité de traitement, on envisage le cas où le dispositif comprend une interface de commande agencée pour permettre à un opérateur de commander manuellement un changement de mode fonctionnement.In particular, although the change of operating mode depending on the drilled environment is ensured autonomously by the processing unit, the case is envisaged where the device comprises a control interface arranged to allow an operator to manually control a change of operating mode.
Concernant l’acquisition des données de géolocalisation, bien que le dispositif dans le mode de réalisation décrit dispose d’un récepteur de signaux satellitaires de géolocalisation permettant l’acquisition automatique de la géolocalisation, on envisage le cas où le dispositif comprend une interface de commande agencée pour permettre à un opérateur de saisir la position géographique de la machine.Concerning the acquisition of geolocation data, although the device in the described embodiment has a receiver of geolocation satellite signals allowing the automatic acquisition of geolocation, the case is envisaged where the device comprises a control interface arranged to allow an operator to enter the geographical position of the machine.
Bien que le sondage décrit dans la description soit purement destructif, on envisage le fait que le dispositif de sondage soit également employé pour réaliser des prélèvements dans une opération de carottage, de tarière, et de mesures pressiométriques nécessitant l’utilisation d’un trépan adapté à cela.Although the survey described in the description is purely destructive, it is envisaged that the survey device will also be used to take samples in a coring, augering, and pressuremeter measurement operation requiring the use of a drill bit suitable for this purpose.
La base de données peut contenir uniquement des caractéristiques de sol en fonction de la localisation : l’unité de traitement est agencée pour élaborer les commandes de la machine à partir des caractéristiques de sol correspondant à sa localisation. En variante, la base de données peut contenir également des commandes de la machine qui ont été déterminées à partir des caractéristiques de sol correspondant à la localisation : l’unité de traitement est alors agencée pour exploiter directement les commandes issues de la base de données.The database may contain only ground characteristics depending on the location: the processing unit is arranged to develop the machine commands from the ground characteristics corresponding to its location. Alternatively, the database may also contain machine commands that have been determined from the ground characteristics corresponding to the location: the processing unit is then arranged to directly exploit the commands from the database.
Le machine learning (ou apprentissage automatique) s’effectue de préférence sur un serveur externe, entre la base de données et l’unité de traitement. Le machine learning ne s’effectue donc pas dans l’unité de traitement dans le mode de réalisation envisagé. Le machine learning est agencé pour obtenir les paramètres de configuration qui sont transmis à l’unité de traitement qui va par la suite configurer la machine de sondage. La configuration des commandes des actionneur/motorisations est effectuée après la détermination des instructions par machine learning.Machine learning is preferably performed on an external server, between the database and the processing unit. Machine learning is therefore not performed in the processing unit in the envisaged embodiment. Machine learning is arranged to obtain the configuration parameters which are transmitted to the processing unit which will then configure the survey machine. The configuration of the actuator/motor controls is performed after the instructions have been determined by machine learning.
Il est prévu que les composants électroniques du dispositif répondent aux conditions de mesures en extérieur, par exemple grâce à une tropicalisation des composants.The electronic components of the device are expected to meet outdoor measurement conditions, for example through tropicalization of the components.
Claims (10)
- une machine de sondage de sol (1), comprenant une tête de forage (14), un actionneur (15.1) d’avance de ladite tête de forage et une motorisation (15.2) principale d’entrainement en rotation de ladite tête de forage (14) ;
- une unité électronique de traitement (100) et des capteurs (20) reliés à l’unité électronique de traitement (100) qui est agencée pour enregistrer des paramètres de forage en temps réel ;
- acquérir une position géographique de la machine de forage,
- accéder à la base de données contenant des caractéristiques de sol en fonction de la position géographique,
- commander l’actionneur et la motorisation principale à partir d’instructions de commande issues d’un apprentissage automatique, déterminées à partir des caractéristiques de sol correspondant à la position géographique acquise, et des paramètres de forage mesurés en temps réel.
- a ground drilling machine (1), comprising a drilling head (14), an actuator (15.1) for advancing said drilling head and a main motor (15.2) for driving said drilling head (14) in rotation;
- an electronic processing unit (100) and sensors (20) connected to the electronic processing unit (100) which is arranged to record drilling parameters in real time;
- acquire a geographical position of the drilling machine,
- access the database containing soil characteristics based on geographic position,
- control the actuator and the main motorization from control instructions resulting from automatic learning, determined from the ground characteristics corresponding to the acquired geographical position, and the drilling parameters measured in real time.
- effectuer de manière autonome en électrohydraulique proportionnel une avance limitée et une rotation régulée d’une tête de forage ;
- détecter et adapter des paramètres de forage en temps réel, par apprentissage automatique, durant le sondage ;
- autonomously carry out, using proportional electrohydraulics, a limited advance and a regulated rotation of a drilling head;
- detect and adapt drilling parameters in real time, using machine learning, during drilling;
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2402562A FR3160246B1 (en) | 2024-03-14 | 2024-03-14 | Geotechnical drilling device and method using proportional electro-hydraulic servo control driven by machine learning |
Applications Claiming Priority (2)
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| FR2402562A FR3160246B1 (en) | 2024-03-14 | 2024-03-14 | Geotechnical drilling device and method using proportional electro-hydraulic servo control driven by machine learning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3160246B1 FR3160246B1 (en) | 2026-03-06 |
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ID=91432804
Family Applications (1)
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Citations (3)
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| EP2767672A2 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-20 | PRAKLA Bohrtechnik GmbH | Device for creating a borehole in the ground |
| US20200332650A1 (en) * | 2019-04-18 | 2020-10-22 | Sandvik Mining And Construction Oy | Apparatus and method for determining position of drilling tool during drilling |
| US20240011385A1 (en) * | 2017-09-11 | 2024-01-11 | Schlumberger Technology Corporation | Well planning system |
-
2024
- 2024-03-14 FR FR2402562A patent/FR3160246B1/en active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3160246B1 (en) | 2026-03-06 |
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