WO1994020726A1 - Tige de forage a double corps destinee a etre mise en oeuvre dans les modes de forage dits a circulation inverse - Google Patents

Tige de forage a double corps destinee a etre mise en oeuvre dans les modes de forage dits a circulation inverse Download PDF

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WO1994020726A1
WO1994020726A1 PCT/FR1994/000233 FR9400233W WO9420726A1 WO 1994020726 A1 WO1994020726 A1 WO 1994020726A1 FR 9400233 W FR9400233 W FR 9400233W WO 9420726 A1 WO9420726 A1 WO 9420726A1
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inner tube
tube
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PCT/FR1994/000233
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Inventor
Gérard Sabatier
Original Assignee
Sabatier Gerard
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/18—Pipes provided with plural fluid passages

Definitions

  • the present invention relates, in the field of drilling, to a drill rod with a double body of a new design intended to be used in so-called reverse circulation drilling modes.
  • reverse circulation drilling involves the use of two concentric drilling tubes, the drilling fluid being injected into the annular space separating the two tubes and rising through the axial tube with the rock debris.
  • the inner tubular elements are secured only to one another, one under the other, the outer tubular elements also being secured only to each other, one under the other.
  • the inner tube train and the outer tube train can be free to rotate relative to each other, and can also be free in translation, for example for adjusting the lengths of the two concentric trains.
  • This embodiment theoretically simple, is difficult to use because it is almost impossible to reassemble at the end of drilling simultaneously and coaxially the two trains of tubes and it is necessary to use design devices to reassemble the two trains separately.
  • each rod comprises: - outside: a robust tube capable of transmitting the torque to the digging tool and capable of transmitting a certain thrust and a certain traction on the tool; - inside: a thinner tube suspended in the axis of the robust outer tube; the outer tubes being connected to each other by screwing, while the inner tubes are being interlocked.
  • the double body rods available on the market are generally fitted at their ends with common petroleum threads, which, in order to have sufficient internal passage to the tool-joint, has led to the use of disproportionate external tubes because unnecessarily oversized in diameter and thickness.
  • the hammer piston must have a cross-sectional area equal to the cross-sectional area of the tube which transmits the shock-wave.
  • the ratio of the surfaces of the respective sections is at least of the order of three.
  • the object of the present invention is to propose a rod with a double body which is more advantageous and also more universal since it can also be used in rotary hammer technique with a hammer out of the hole.
  • the double body rod according to the invention is essentially characterized in that it comprises:
  • a robust inner tube capable of transmitting to the digging tool the torque, the thrust, or the traction of the head of the sounder and capable, in the case of use under a surface hammer, of bear shock waves and transmit them to the cutting edge.
  • an outer thin tube acting as a simple element for conducting the injection fluid and adapting by fitting onto its upper and lower counterparts, when the inner tube is screwed.
  • the robust axial tube is threaded at its two ends in order to be able to end up in the drilling to the robust tube which precedes and to that which follows it, and it has a device which allows it to drive the thin tube.
  • the double-barrel rods according to the invention form: between internal and external tubes a sealed continuous annular conduit, going from the injection head to the digging tool and serving to inject the drilling fluid ;
  • a sealed continuous axial duct going from the tool to the ejection head and serving to raise the fluid and the rock debris.
  • FIG. 1 represents a view in longitudinal section of a double body rod of the traditional type.
  • - Figure 2 shows a sectional view of a double body rod according to the invention.
  • FIG. 3 shows a double body rod 1 according to the invention suitable for hammer hammer out of the hole.
  • FIG. 6 represents a transverse section through the middle of the rod of FIG. 1.
  • FIG. 7 represents a transverse section through the middle of the rod of FIG. 3.
  • FIG. 8 and 9 show a double body rod train according to the invention suitable for exclusively rotary tools.
  • FIG. 10 and 11 show a double body rod train according to one invention suitable for hammer hammer out of the hole.
  • a double body rod of the existing type which includes: - at the periphery: a thick tube 2 ', smooth on the outside, comprising at each end an internal thickness in which is cut with a on one side a male thread 12 'and on the other a female thread 13'.
  • a thin tube 1' suspended and centered by devices 5 and 6 provided with passages 7 for the injection fluid.
  • the thin tube fits on the thin tube 9, the assembly being sealed by a seal 8.
  • the annular space 10 is used for injection and the central duct 11 is used for raising the fluid and debris.
  • a double body rod 1 which comprises: inside a robust tube 1 smooth internally, having at each end an external allowance in which is cut on one side one male thread 12 and the other a female thread 13. - on the outside, a thin tube 2 provided with thicker attached end pieces, for example welded, male on one side 15, female on the other 16.
  • nozzles serve to center the internal tube 1 and have passages 17 for the injection fluid, a sealing device 18 made up of suitable seals and a device serving to secure the tube external to the internal tube, for example pins 19 inserted. in holes passing through the attached end piece of the outer tube and the end allowance of the inner tube.
  • the annular space 20 is used for injection and the conduit 21 is used for raising the fluid and debris.
  • the thin outer tube of Figure 2 has a large thickness of material in the areas where it is necessary, namely the tips, to be able to withstand the action of the release keys and include the device that centers and secures the exterior and interior tubes.
  • a double body rod according to the invention suitable for rotocercussion with hammer out of the hole, and having inside a robust tube 1, internally smooth, having at one end a male thread 22 and at the other end a thickness in which is cut a female thread 23, and which carries on the outside a thin tube 2 provided with thicker inserts, for example friction welded, male on one side 25, female of the other 26, these tips ensuring:
  • the double body rod presented here is particularly suitable for the most frequent use, that of vertical drilling, being designed so that one can screw and unscrew the inner tube by applying the torque on the outer tube.
  • the double-body rod rests on its outer tube while the inner tube is suspended in the outer tube by pressing the flare from the bottom 36 of the flutes 32 into the flare from the top 37 of the flutes 33.
  • inlet cones 35 and 38 can be produced.
  • the thick inner tubes 1 are bi-male and joined by sleeves 41, their threads, however, having the distinction of being of different profiles at the top and bottom.
  • a thread will tend to block, for example a so-called "rope" profile
  • a thread that is easy to unscrew for example with a trapezoidal profile.
  • the bi-male tube will behave like a male and female tube, the female side being formed by the sleeve 41 which will remain in place.
  • the hooking is done in the same way as in FIG. 3, on the other hand in the left half-section, the external splines 47 have inverted rounded stops, so that one can handle the double body rod by the upper thread 42 of the inner tube; the outer tube is then suspended by pressing the rounded edges of the grooves 47 on the rounded edges of the grooves 49.
  • the upper element 50 which serves for centering guides itself on the cylindrical part of the inner tube 1 and also serves for its suspension during storage. It is held in place between the end pieces 55 and 56 of two consecutive outer tubes.
  • the lower element 51 is used not only for centering, but also for driving in rotation by its internal faces 54 which take. support on the polygonal faces of the inner tube; this element 51 is secured to the end piece 55 of the outer tube by an assembly device, for example here pins 53.
  • the centering elements 50 and 51 have passages 57 for the injection fluid.
  • FIG. 7 we can see a median section of the double body rod of FIG. 3 showing the robust axial tube 1 * and the thin peripheral tube 2.
  • FIGS. 1 and 3, 6 and 7 are all at the same scale, we can better measure the difference in steel masses that would have to be applied to the shock waves of a hammer outside the usual hole between double-barrel rods of traditional invoice and those according to the invention.
  • Figures 8 and 9 we can see the implementation of a double body drill string according to one invention.
  • a drill head 61 by means of a drive rod 62 rotates the inner tube 65 secured to its outer tube 66 ( Figure 8).
  • the tube 65 in turn rotates the inner tube 67 secured to its outer tube 68 ( Figure 9).
  • the drilling fluid injected by the drum 63 into the annular space 60 between the interior and exterior tubes (small arrows) all along the drill string goes to the tool holder 69 which it crosses through the passages 71, then it crosses the passages 72 of the tool and reaches the periphery of the attack face.
  • the tool holder 69 being as close to the ground as possible by its exterior 73 (practically the same diameter as the tool 70) the fluid and the debris which cannot rise from the outside go towards the hole 74 of the tool and then rise (large arrows) in the axis of the drill string to the surface, where they are ejected here laterally by the drum 64.
  • the outer tubes are joined together only by a simple interlocking, which requires the presence of a jack to keep the tubes in contact by pushing.
  • the injection head 83 is thus connected to the rotary percussion head 81 by a hydraulic cylinder 79 making it possible to apply a certain thrust to the injection head, the rotation of which is ensured by the grooves 77 of the fitting and 78 of the head injection 83.
  • This thrust maintains contact at point 75 between the head 83 and the outer tube 86, at point 76 between the tube 86 and the tube 88, at point 95 between the tube 88 and the tool holder 89, at point 96 between the tool holder 89 and the cutter 90. It also makes it possible to prevent the rebound of the cutter, in the same way as it is done with a hammer cutter downhole by adjusting the thrust of the drill string on this hammer.
  • the tool holder 89 always allows a certain sliding of the cutter 90 inside and the circular part 96 serves as a stop and support.
  • the fluid injected by the drum 83 into the annular space 80 between the interior and exterior tubes (small arrows) along the drill string goes to the tool holder 89 and through the passages 91 then 92 of the tool 90 gains the periphery of the attack face.
  • the tool holder 89 being as close to the ground as possible by its exterior 93 (practically the same diameter as the tool 90) the fluid and the debris which cannot go up from the outside go towards the hole 94 of the tool and then go up (large arrows) in the axis of the drill string to the surface where they are ejected laterally by the drum 84.
  • the double-body rods according to the invention can replace the conventional double-body rods in all their uses, and in particular in the mining research sector, where the double-body rods are appreciated because of the quality of their sampling, reassembled away from pollution by the land already crossed.
  • the double-barrel rods according to the invention can find new applications because they are adapted to rotary percussion under a hammer out of the hole and that they also lend themselves to mechanized handling: this is the case of drilling in career front.
  • the evolution, in recent years, of conventional explosives in cartridges towards bulk explosives (powders or liquids) has led quarrymen to enlarge the mesh of boreholes and to produce them in larger diameter.
  • the present invention provides a third way of solving the blowing problem mentioned above, by using reverse circulation which, by definition, whether in single or double body, offers the advantage of considerably reducing the cross section of the duct. ascent.
  • the r ⁇ topercutantes double-body rods according to the invention have, like the two previous solutions, the advantage that one can choose the diameter of the most appropriate outer tube, and like the second solution, the advantage that the you can choose the diameter of the inner tube adapted to the pistons of current hammers; finally, the advantage, unlike the previous solution, of being of a conventional technology not only in manufacturing (steels, heat treatments), but especially by the method of assembling the rods using traditional threads.
  • an axial duct 32 mm in diameter (or 800 mm 2 ), used for reverse circulation, represents, with an equivalent rise surface, the annular space comprised between a hole drilled in 127 mm and a tube 123 mm outside which would follow the cutting edge (2 mm on the radius).
  • the axial lift tube is vibrated permanently by shock waves, which prevents any blockage.
  • the double-body rod according to the invention allows, during a rotary hammer drilling out of the hole, by axially displacing the outer tube relative to the inner tube in the appropriate direction, using the cylinder of the injection drum, to separate the grooves of the inner tube from those of the outer tube so as not to rotate the outer tube while the inner tube transmits the rotation, the percussion and the thrust of the hammer to the cutter, which is a way to reduce the torque on the hammer.

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Abstract

Tige de forage à double corps destinée à être mise en oeuvre dans les modes de forage dits 'à circulation inverse', comportant deux tubes concentriques entre lesquels le fluide de forage est injecté pour remonter par le tube intérieur avec les débris de roche. Le tube intérieur (1), robuste, capable de transmettre à l'outil de creusement le couple, la poussée ou la traction de la tête de la sondeuse, comporte à ses deux extrémités un filetage, d'un côté mâle (22) et de l'autre femelle (23); tandis que le tube extérieur (2), mince, comporte des embouts rapportés plus épais (25, 26) servant à centrer le tube intérieur (1) et munis de passages (27) pour le fluide d'injection; des cannelures (23, 33) servant à solidariser en rotation le tube extérieur (2) au tube intérieur (1).

Description

TIGE DE FORAGE A DOUBLE CORPS DESTINEE A ETRE MISE EN OEUVRE DANS LES MODES DE FORAGE DITS A CIRCULATION INVERSE.
La présente invention a pour objet, dans le domaine du forage, une tige de forage à double corps de conception nouvelle destinée à être mise en oeuvre dans les modes de forage dits à circulation inverse.
On sait que le forage à circulation inverse implique la mise en oeuvre de deux tubes de forage concentriques, le fluide de forage étant injecté dans l'espace annulaire séparant les deux tubes et remontant par le tube axial avec les débris de roche.
Dans les techniques de circulation inverse à double tube on peut mettre en oeuvre soit deux trains de tubes concentriques, soit un seul train de tiges à double corps.
Dans le premier cas les éléments tubulaires intérieurs sont solidarisés uniquement entre eux, les uns sous les autres, les éléments tubulaires extérieurs étant également solidarisés uniquement entre eux, les uns sous les autres.
Le train de tubes intérieurs et le train de tubes extérieurs peuvent être libres en rotation l'un par rapport à l'autre, et peuvent être aussi libres en translation, par exemple pour l'ajustement des longueurs des deux trains concentriques.
Ce mode de réalisation, théoriquement simple, est d'une utilisation difficile car il est quasiment impossible de remonter en fin de forage simultanément et coaxialement les deux trains de tubes et il faut avoir recours à des artifices de conception pour remonter les deux trains séparément.
De plus la mise en oeuvre d'un double train exclut pratiquement toute possibilité d'automatisation des manoeuvres, ce qui explique que cette solution est rarement employée.
Dans le cas où on met en oeuvre un seul train de tiges à double corps, chaque tige comporte : - à l'extérieur : un tube robuste capable de transmettre le couple de rotation à l'outil de creusement et capable d'assurer la transmission d'une certaine poussée et d'une certaine traction sur l'outil ; - a l' intérieur : un tube plus mince suspendu dans l'axe du tube extérieur robuste ; les tubes extérieurs étant raccordés les uns aux autres par vissage, tandis que les tubes intérieurs le sont par emboîtement. Les tiges doubles corps disponibles sur le marché sont généralement munies à leurs extrémités des filetages pétroliers courants, ce qui, pour pouvoir disposer du passage intérieur suffisant au tool-joint, a conduit à l'utilisation de tubes extérieurs disproportionnés parce qu'inutilement surdimensionnés en diamètre et en épaisseur.
Malgré cela, dans les techniques où ces tubes transmettent exclusivement la rotation à l'outil de creusement (outil à lames, tricσne, marteau fond de trou) cette disproportion est masquée par des éléments étrangers à une conception rationnelle des tiges :
- dans le cas d'un outil à lames parce qu'on fore dans des terrains tendres ; dans le cas d'un tricône parce que les meilleurs d'entre eux sont ceux d'un diamètre important ; - dans le cas d'un marteau fond de trou parce que l'efficacité de la frappe est fonction du diamètre du piston.
Dans ces conditions, le caractère irrationnel de la configuration des tiges double corps n'est pas apparent. Par contre si l'on opérait en rotopercussion avec un marteau hors du trou de type connu, il en irait tout autrement.
En effet, pour que les ondes de choc soient transmises efficacement, il faut que le piston du marteau ait une surface de section égale à la surface de section du tube qui transmet l'onde de choc. Or compte tenu des diamètres des tiges double corps actuelles et des diamètres des pistons des marteaux usuels, le rapport des surfaces des sections respectives est au moins de l'ordre de trois. La présente invention a pour objet de proposer une tige à double corps plus avantageuse et aussi plus universelle car également utilisable en technique de rotopercussion avec marteau hors du trou. La tige double corps selon 1 ' invention se caractérise essentiellement en ce qu'elle comporte :
- dans l'axe : un tube intérieur robuste capable de transmettre à l'outil de creusement le couple, la poussée, ou la traction de la tête de la sondeuse et capable, dans le cas d'emploi sous un marteau de surface, de supporter les ondes de choc et de les transmettre jusqu'au taillant.
- à la périphérie : un tube mince extérieur jouant le rôle de simple élément de conduite du fluide d'injection et s 'adaptant par emboîtement sur ses homologues supérieur et inférieur, au moment du vissage du tube intérieur.
Le tube axial robuste est fileté à ses deux extrémités pour pouvoir s 'abouter dans le forage au tube robuste qui le précède et à celui qui le suit, et il possède un dispositif qui lui permet d'entraîner le tube mince.
Une fois en place dans le forage, les tiges double corps selon 1 ' invention forment : entre tubes intérieurs et extérieurs un conduit annulaire continu étanche, allant de la tête d'injection à l'outil de creusement et servant à injecter le fluide de forage ;
- à 1 ' intérieur du tube central un conduit axial continu étanche, allant de l'outil à la tête d'éjection et servant à remonter le fluide et les débris de roche.
Les caractéristiques et les avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, étant bien entendu que cette description ne présente aucun caractère limitatif vis à vis de l'invention.
Dans le dessin annexé : la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une tige double corps du type traditionnel. - la figure 2 représente une vue en coupe d'une tige double corps selon l'invention.
- la figure 3 représente une tige double corps selon 1 ' invention adaptée à la rotopercussion marteau hors du trou.
- les figures 4 et 5 représentent des variantes possibles de la tige de la figure 3.
- la figure 6 représente une coupe transversale par le milieu de la tige de la figure 1. - la figure 7 représente une coupe transversale par le milieu de la tige de la figure 3.
- les figures 8 et 9 représentent un train de tiges double corps selon l'invention adapté à des outils exclusivement rotatifs. - les figures 10 et 11 représentent un train de tiges double corps selon 1 ' invention adapté à la rotopercussion marteau hors du trou.
Si on se réfère à la figure 1, on peut voir une tige double corps du type existant qui comprend : - à la périphérie : un tube épais 2', lisse extérieurement, comportant à chaque extrémité une surépaisseur interne dans laquelle est taillé d'un côté un filetage mâle 12' et de l'autre un filetage femelle 13' .
- à 1 ' intérieur : un tube mince 1 ' suspendu et centré par des dispositifs 5 et 6 munis de passages 7 pour le fluide d'injection.
Sur le tube mince l' s'adapte le tube mince suivant 9, l'assemblage étant étanchéifié par un joint 8.
L'espace annulaire 10 sert à l'injection et le conduit central 11 sert à la remontée du fluide et des débris.
Si on se réfère à la figure 2, on peut voir une tige double corps selon 1 ' invention qui comporte : à l'intérieur un tube robuste 1 lisse intérieurement, possédant à chaque extrémité une surépaisseur externe dans laquelle est taillé, d'un côté un filetage mâle 12 et de l'autre un filetage femelle 13. - à l'extérieur un tube mince 2 muni d'embouts rapportés plus épais, par exemple soudés, mâle d'un côté 15, femelle de l'autre 16.
Ces embouts servent à centrer le tube interne 1 et possèdent des passages 17 pour le fluide d'injection, un dispositif d'étanchéité 18 constitué de joints appropriés et un dispositif servant à solidariser le tube extérieur au tube intérieur, par exemple des pions 19 insérés dans des perçages traversant l'embout rapporté du tube extérieur et la surépaisseur d'extrémité du tube intérieur.
L'espace annulaire 20 sert à l'injection et le conduit 21 sert à la remontée du fluide et des débris.
On se rend compte en comparant les figures 1 et 2 que le tube extérieur mince de la figure 2 a une épaisseur de matière importante dans les zones où cela est nécessaire, à savoir les embouts, pour pouvoir supporter l'action des clés de déblocage et inclure le dispositif qui centre et rend solidaires les tubes extérieurs et intérieurs.
On voit aussi la nette surdimension des filetages 12' et 13' de la figure 1 par rapport aux filetages 12 et 13 de la figure 2.
Ainsi, avec un encombrement extérieur moindre, on dispose à l'intérieur d'un passage plus important pour la remontée des débris de roche, tout en ayant la solidité nécessaire et suffisante.
Si on se réfère à la figure 3, on peut voir une tige double corps selon l'invention, adaptée à la rotopercussion avec marteau hors du trou, et comportant à l'intérieur un tube robuste 1, intérieurement lisse, comportant à une extrémité un filetage mâle 22 et à l'autre extrémité une surépaisseur dans laquelle est taillé un filetage femelle 23, et qui porte à l'extérieur un tube mince 2 muni d'embouts rapportés plus épais, par exemple soudés par friction, mâle d'un côté 25, femelle de l'autre 26, ces embouts assurant :
- l'étanchéité grâce au joint 28 placé entre l'embout mâle 25 et l'embout femelle 26, et la liaison mécanique grâce à la poussée du touret d'injection de la sondeuse qui maintient en contact permanent les deux embouts au point 34 ;
- la prise de mouvement grâce à l'embout mâle 25 qui possède un dispositif complémentaire du dispositif d'entraînement du tube intérieur et le reçoit à coulissement, ici des cannelures 32 et 33 ;.
- le centrage grâce à l'appui et au coulissement de surfaces parallèles, ici, par exemple, les faces des fonds 36 des cannelures 32 sur les sommets 37 des cannelures 33 ; la continuité de la circulation du fluide d'injection dans l'espace annulaire 30 grâce au passage 27 ménagé, ici par un large intervalle entre le sommet des cannelures 32, et le fond des cannelures 33. Comme on l'a compris le dispositif de centrage et d'entraînement entre le tube intérieur et le tube extérieur laisse ce dernier à l'abri des ondes de choc, lesquelles transitent par le tube intérieur.
La tige double corps présentée ici convient en particulier pour l'emploi le plus fréquent, celui de forages verticaux, étant conçue pour que l'on puisse visser et dévisser le tube intérieur en appliquant le couple sur le tube extérieur.
En stockage vertical la tige double corps repose sur son tube extérieur tandis que le tube intérieur est suspendu dans le tube extérieur par appui de l'arrondi du fond 36 des cannelures 32 dans l'arrondi du sommet 37 des cannelures 33.
Pour faciliter le centrage au moment du vissage du filetage mâle 22 dans le filetage femelle 23 on peut réaliser des cônes d'entrée 35 et 38.
Si on se réfère à la figure 4, on peut voir une tige double corps selon l'invention qui présente des variantes par rapport à la figure 3. Ici, en effet, l'assemblage des embouts 45 et 46 des tubes minces extérieurs 2 se fait par des filetages 44 possédant un pas résultant identique à celui des filetages 42 et 43 du tube intérieur 1. Ce peut être soit le même pas, par exemple, deux filets au pouce , soit deux filets au pouce sur le tube intérieur et quatre filets au pouce sur le tube extérieur avec, sur ce dernier, un filetage à deux entrées. L'étanchéité est obtenue par un dispositif de joints 48. La priorité de butée des filetages est donnée au tube intérieur pour transmission des ondes de choc.
D'autre part les tubes intérieurs épais 1 sont bi-mâles et réunis par des manchons 41, leurs filetages ayant toutefois la particularité d'être de profils différents en haut et en bas. Ainsi dans la partie haute du tube, on choisira un filetage ayant tendance à bloquer, par exemple un profil dit "corde", et dans la partie basse du tube un filetage facile à dévisser, par exemple à profil trapézoïdal.
Ainsi, à l'usage, le tube bi-mâle se comportera comme un tube mâle et femelle, le côté femelle étant formé du manchon 41 qui restera en place.
Enfin si dans la demi-coupe de droite l'accrochage se fait de la même façon que dans la figure 3, par contre dans la demi-coupe de gauche les cannelures extérieures 47 ont des butées arrondies inversées, de façon que l'on puisse manutentionner la tige double corps par le filetage supérieur 42 du tube intérieur ; le tube extérieur est alors suspendu par appui des arrondis des cannelures 47 sur les arrondis des cannelures 49.
Si on se réfère à la figure 5, on peut voir une autre variante d'une tige double corps selon l'invention, dans laquelle les dispositifs de centrage et d'entraînement sont des éléments distincts des embouts du tube extérieur, qui agissent sur un tube intérieur 1 de section polygonale dans sa plus grande partie.
L'élément supérieur 50 qui sert au centrage se guide sur la partie cylindrique du tube intérieur 1 et sert également à sa suspension lors du stockage. Il est maintenu en place entre les embouts 55 et 56 de deux tubes extérieurs consécutifs. L'élément inférieur 51 sert non seulement au centrage, mais aussi à l'entraînement en rotation par ses faces internes 54 qui prennent . appui sur les faces polygonales du tube intérieur ; cet élément 51 est solidarisé à l'embout 55 du tube extérieur par un dispositif d'assemblage, par exemple ici des pions 53.
Le fait de posséder deux dispositifs de centrage par tige facilite l'accouplement de celles-ci en forages inclinés ou horizontaux. Les éléments de centrage 50 et 51 possèdent des passages 57 pour le fluide d'injection.
Si on se réfère à la figure 6, on peut voir une coupe médiane de la tige double corps traditionnelle de la figure 2 montrant le tube épais périphérique 2 ' et le tube mince intérieur 1 ' .
Si on se réfère à la figure 7, on peut voir une coupe médiane de la tige double corps de la figure 3 montrant le tube robuste axial 1 *et le tube mince périphérique 2. Les figures 1 et 3, 6 et 7 étant toutes à la même échelle, on mesure mieux la différence des masses d'acier qu'auraient à solliciter les ondes de choc d'un marteau hors du trou usuel entre des tiges double corps de facture traditionnelle et celles selon l'invention. Si on se réfère aux figures 8 et 9, on peut voir la mise en oeuvre d'un train de tiges double corps selon 1 ' invention.
Une tête de foreuse 61 par l'intermédiaire d'une tige d'entraînement 62 met en rotation le tube intérieur 65 solidarisé à son tube extérieur 66 (figure 8).
Le tube 65 à son tour met en rotation le tube intérieur 67 solidaire de son tube extérieur 68 (figure 9).
Puis le tube intérieur 67 met en rotation le porte-outil 69 qui entraîne l'outil rotatif (ici à lames) 70, qui attaque la roche.
Le fluide de forage injecté par le touret 63 dans l'espace annulaire 60 entre les tubes intérieurs et extérieurs (petites flèches) tout au long du train de tiges va jusqu'au porte-outil 69 qu'il traverse par les passages 71, puis il traverse les passages 72 de l'outil et gagne la périphérie de la face d'attaque.
Le porte-outil 69 étant au plus près du terrain par son extérieur 73 (pratiquement du même diamètre que l'outil 70) le fluide et les débris ne pouvant remonter par l'extérieur se dirigent vers le trou 74 de l'outil puis remontent (grosses flèches) dans l'axe du train de tiges jusqu'en surface, où ils sont éjectés ici latéralement par le touret 64.
Si on se réfère aux figures 10 et 11, on peut voir la mise en oeuvre d'un train de tiges double corps selon l'invention, adapté à la rotopercussion avec marteau hors du trou. Le piston 80 du marteau hors du trou 81 frappe sur l'emmanchement 82 qui transmet à la fois la rotation et la frappe au tube intérieur 85 ; le tube extérieur 86 qui entoure le tube intérieur 85 est entraîné en rotation par les cannelures imbriquées des deux tubes. Le tube 85 transmet à son tour frappe et rotation au tube 87 situé plus en avant, et le tube 88 quui entoure le tube 87 est entraîné en rotation par les cannelures imbriquées des deux tubes, tandis que le tube 87 transmet à son tour frappe et rotation au taillant 90, le porte outil cannelé 93 étant entraîné en rotation par les cannelures 97 du taillant.
Dans la version présentée ici les tubes extérieurs ne sont solidarisés entre eux que par un simple emboîtement, ce qui nécessite la présence d'un vérin pour maintenir les tubes en contact par poussée.
La tête d'injection 83 est ainis reliée à la tête rotopercutante 81 par un vérin hydraulique 79 permettant d'appliquer une certaine poussée sur la tête d'injection dont la rotation est assurée par les cannelures 77 de l'emmanchement et 78 de la tête d'injection 83.
Cette poussée permet de maintenir le contact au point 75 entre la tête 83 et le tube extérieur 86, au point 76 entre le tube 86 et le tube 88, au point 95 entre le tube 88 et le porte-outil 89, au point 96 entre le porte-outil 89 et le taillant 90. Elle permet aussi d'empêcher le rebondissement du taillant, de la même manière qu'on le fait avec un taillant de marteau fond de trou en réglant la poussée du train de tiges sur ce marteau.
Dans la variante possédant des tubes extérieurs accouplés par filetage, telle que représentée en figure 4, il convient de préciser que leur raccordement au touret d'injection d'une part, au porte-outil d'autre part se fait aussi par filetage.
Dans les deux versions, le porte-outil 89 autorise toujours un certain coulissement du taillant 90 à son intérieur et la partie circulaire 96 sert de butée et d'appui. Le fluide injecté par le touret 83 dans l'espace annulaire 80 entre les tubes intérieurs et extérieurs (petites flèches) tout au long du train de tiges va jusqu'au porte-outil 89 et par les passages 91 puis 92 de l'outil 90 gagne la périphérie de la face d'attaque. Le porte-outil 89 étant au plus près du terrain par son extérieur 93 (pratiquement du même diamètre que l'outil 90) le fluide et les débris ne pouvant remonter par l'extérieur se dirigent vers le trou 94 de l'outil puis remontent (grosses flèches) dans l'axe du train de tiges jusqu'en surface où ils sont éjectés latéralement par le touret 84.
Comme on 1 'a vu dans toutes les descriptions qui précèdent, les tiges double-corps selon l'invention peuvent remplacer les tiges double corps classiques dans tous leurs emplois, et notamment dans le secteur des recherches minières, où les tiges double corps sont appréciées du fait de la qualité de leur prise d'échantillons, remontés à l'abri de la pollution par les terrains déjà traversés.
Mais les tiges double corps selon 1 ' invention peuvent trouver de nouvelles applications du fait qu'elles sont adaptées à la rotopercussion sous un marteau hors du trou et qu'elles se prêtent aussi à une manutention mécanisée : c'est le cas du forage en front de carrière. En effet l'évolution, ces dernières années, des explosifs classiques en cartouches vers des explosifs en vrac (poudres ou liquides) a amené les carriers à agrandir la maille des forages et à réaliser ceux-ci en plus gros diamètre.
On a donc augmenté la puissance des marteaux hydrauliques courants et l'on a foré de plus en plus gros, jusqu'à des diamètres de 127 mm par exemple, avec une simple allonge dans l'axe du trou. Pour obtenir une vitesse ascensionnelle suffisante des débris, on a accru considérablement la puissance des compresseurs, entraînant ainsi un surcoût important, au point que parfois, on a vu réapparaître sur certaines exploitations l'utilisation de marteaux fond de trou, technique qui avait régressé en carrière.
Devant ce problème les constructeurs de marteaux hydrauliques et de matériel dans le trou ont réagi de deux façons : en proposant de nouvelles machines hydrauliques utilisant d'énormes marteaux qui frappent sur des tubes de conception nouvelle avec une paroi épaisse et proche du diamètre de forage, à la base desquels est vissé un taillant monobloc qui envoie l'air et les débris vers l'extérieur dans un annulaire tube-terrain restreint, consommant ainsi moins d'air comprimé. Mais cette solution implique de s'équiper de matériel neuf : machine nouvelle très puissante et tubes nouveaux coûteux.
- en proposant un système de tubes filetés ayant chacun à l'intérieur une tige cylindrique pleine, non filetée, dont les contacts entre elles s'établissent lors du vissage des tubes extérieurs. Ces systèmes sont à circulation directe (soufflage entre tige pleine et tube), les débris remontant entre les tubes et le terrain. Le diamètre du tube extérieur est choisi pour avoir l'espace annulaire adéquat, tandis que la tige pleine axiale, un peu supérieure au diamètre des allonges classiques, s'accommode des marteaux hydrauliques courants actuels. Cette dernière technique, séduisante en théorie, est encore en cours d'expérimentation et semble difficile à mettre au point dans le mode d'assemblage des tiges.
La présente invention fournit une troisième façon de résoudre le problème de soufflage évoqué plus haut, en recourant à la circulation inverse qui par définition, qu'elle soit en simple ou en double corps, offre l'intérêt de réduire considérablement la section du conduit de remontée. En effet les tiges double corps rσtopercutantes selon l'invention présentent, tout comme les deux solutions précédentes, l'avantage que l'on peut choisir le diamètre du tube extérieur le plus approprié, et comme la seconde solution, l'avantage que l'on peut choisir le diamètre du tube intérieur adapté aux pistons des marteaux courants actuels ; l'avantage enfin, contrairement à la solution précédente, d'être d'une technologie classique non seulement dans la fabrication (aciers, traitements thermiques), mais surtout par le mode d'assemblage des tiges à l'aide de filetages traditionnels.
Quant à la remontée du fluide et des débris, on dispose ici, comme dans toute tige double corps, d'un conduit de remontée axial cylindrique infiniment plus performant pour l'écoulement qu'un conduit annulaire de section équivalente à circulation directe.
A titre d'exemple un conduit axial de 32 mm de diamètre (soit 800 mm2), utilisé pour la circulation inverse, représente, à surface de remontée étquivalente, l'espace annulaire compris entre un trou foré en 127 mm et un tube de 123 mm extérieur qui suivrait le taillant (2 mm au rayon) .
Enfin, avantage spécifique du marteau hors du trou sur une tige double corps selon l'invention, le tube de remontée axial est vibré en permanence par les ondes de choc, ce qui prévient tout bouchage.
Pour chiffrer les avantages des nouvelles tiges double corps sur le système traditionnel on prendra le même exemple d'un trou de 127 mm foré avec une allonge de 55 mm (cas le plus favorable), dans lequel la surface annulaire est de 10.000 mm2 tandis qu'avec une tige double corps selon l'invention le plus grand passage axial (cas le plus défavorable) serait de 800 mm2 (Ϋ 32), soit un rapport de 10.000 / 800, supérieur à 12.
On peut donc affirmer qu'avec une tige double corps selon l'invention, utilisée en forage rotopercutant marteau hors du trou, en lieu et place d'une allonge traditionnelle à soufflage direct, on peut réduire les besoins en air comprimé dans un rapport considérable.
A ces avantages s'ajoute enfin l'avantage supplémentaire que la tige double corps selon 1 ' invention permet, au cours d'un forage rotopercutant marteau hors du trou, en déplaçant axialement le tube extérieur par rapport au tube intérieur dans le sens adéquat, à l'aide du vérin du touret d'injection, de désolidariser les cannelures du tube intérieur de celles du tube extérieur de façon à ne pas entraîner en rotation le tube extérieur tandis que le tube intérieur transmet la rotation, la percussion et la poussée du marteau au taillant, ce qui constitue un moyen de moins solliciter en couple le marteau.

Claims

REVENDICATIONS
1) Tige de forage à double corps destinée à être mise en oeuvre dans les modes de forage dits à circulation inverse, comportant deux tubes concentriques entre lesquels le fluide de forage est injecté pour remonter par le tube intérieur avec les débris de roche, caractérisée en ce qu'elle comprend :
- un tube intérieur (1) robuste capable de transmettre à l'outil de creusement le couple, la poussée ou la traction de la tête de la sondeuse, ledit tube intérieur (1) comportant à ses deux extrémités un filetage, d'un côté mâle (12, 22) et de l'autre femelle (13, 23) pour permettre l'assemblage de deux tubes consécutifs, et comportant en outre un dispositif (19, 33) qui lui permet d'entraîner le tube extérieur (2) ;
- un tube extérieur (2) mince, comportant des embouts rapportés plus épais (15, 25 ; 16, 26) servant à centrer le tube intérieur (1) et munis de passages (17, 27) pour le fluide d'injection, et un dispositif (19, 32) servant à le solidariser en rotation au tube intérieur (1).
2) Tige de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube intérieur (1) comporte à ses deux extrémités une surépaisseur externe dans laquelle est taillé, d'un côté un filetage mâle (12) et de l'autre un filetage femelle (13) et en ce que le tube externe (2) comporte des embouts rapportés mâle d'un côté (15) et femelle de l'autre (16), et est solidarisé au tube intérieur (1) au moyen de pions (19) insérés dans des perçages ménagés à travers l'embout rapporté du tube extérieur (2) et dans la surépaisseur d'extrémité du tube intérieur (1).
3) Tige de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tube intérieur (1) comporte à une de ses extrémités un filetage mâle (22) et à l'autre extrémité une surépaisseur dans laquelle est taillé un filetage femelle (23), et en ce que le tube externe (2) comporte des embouts mâle d'un côté (25) et femelle de l'autre (26), l'embout mâle (25) comportant des cannelures (33) s ' insérant dans des cannelures (32) ménagés à la périphérie de l'extrémité en surépaisseur du tube intérieur (1 ) .
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