Brevet FR2155825A1 — publié le 19730525

La présente invention se rapporte d'une façon générale à la technique de forage du sol au moyen de moteurs souterrains tels que des turboforeuses. I1 existe déjà une technique consistant à réunir en faisceaux parallèles ou angulairement divergents deux ou plusieurs moteurs souterrains tels que des turboforeuses dont chacun entraîne en rotation un outil de destruction tel qu'un trépan ou une couronne, l'ensemble étant animé d'un mouvement de rotation spontané, assisté ou imposé dans un sens ou dans l'autre, autour de l'axe du faisceau, qui coincide en principe avec l'axe du trou foré dont le fond est balayé par l'ensemble des outils de forage et est détruit par un effet comparable à celui de certaines fraises de fraiseuses destinées à l'usinage de métaux. Dans les équipements existant à l'heure actuelle, les corps des moteurs sont reliés entre eux par un empilage d'éléments tels que des lests et des colliers de serrage de faible longueur axiale, reliés eux-mêmes axialement par des tendeurs. Le poids de l'empilage est supporté par le corps des moteurs, tandis que l'ensemble est suspendu par les raccords supérieurs des moteurs à un croisillon qui sert en même temps de distributeur de force motrice et de courant d'irrigation qui, dans le cas des turbines, est un courant injecté de boue de forage sous pression. Ce mode d'assemblage utilisé dans les équipements connus présente plusieurs inconvénients Tout d'abord, les corps des moteurs, et en particulier des turboforeuses, doivent supporter la surcharge importante du lest, dont le poids dépasse en général le poids propre des moteurs. Par ailleurs, le poids de l'ensemble de l'équipement, comprenant les moteurs et le lest, doit être supporté par les filetages des raccords supérieurs des moteurs, ce qui augmente les risques d'accidents par rupture. Ces mêmes filetages des raccords supérieurs des turbines doivent également assurer la sécurité des réactions angulaires de la partie statorique des moiteurs, qui n'est reliée au lest que par des colliers serrant sur des portées cylindriques. En outre, cet agencement impose des manoeuvres complexes de blocage et de déblocage des filetages lors de l'assemblage et de la séparation des systèmes d'accouplement, sur la sonde ou en atelier. Enfin, cette solution exige, pour constituer le lest, des pièces coûteuses et hautement spécialisées pour chaque diamètre de forage, ce qui augmente les frais d'exploitation et d'immobilisation. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients des agencements existants. L'invention est matérialisée à cet effet dans un équipement pour le forage du sol du type comprenant deux ou plusieurs moteurs souterrains1 tels que des turboforeuses, jumelés de façon à subir un mouvement rotatif d'ensemble autour de l'axe de l'équipement et conjugués à un lest, caractérisé en ce qu'il est prévu, à la partie inférieure de la colonne de forage reliant l'équipement à la surface, une tête de levage ainsi que des organes reliant de façon indépendante cette tête de levage aux moteurs souterrains et au lest, de telle sorte que les poids de ces moteurs et de ce lest soient supportés indépendamment l'un de l'autre à partir de ladite tête de levage. Suivant un mode de réalisation paraissant avantageux, les moteurs souterrains sont suspendus à un croisillon ou organe équivalent relié à la tête de levage, et ce croisillon sert à la répartition, entre les moteurs de l'énergie nécessaire à leur fonctionnement, par exemple d'un fluide d'irrigation dans le cas de turboforeuses. Chaque moteur ou turboforeuse peut présenter alors, au-dessus de son raccord supérieur en soi classique, une partie pénétrant dans le croisillon et ménageant une lanterne ou une communication équivalente, par laquelle le canal axial de la turbine communique avec le ou les canaux de distribution du fluide aménagés dans la tête de levage.Suivant une disposition possible, chaque moteur ou turbine se prolonge au-dessus de la lanterne précitée en vue de la réception d'un chapeauverrou ou élément équivalent, qui assure le maintien de la turbine, ces chapeaux-verrous étant logés de préférence dans des chambrages ou logements appropriés ménagés dans la tête de levage. D'une façon avantageuse, des organes de réglage tels que des rondelles sont prévus pour permettre un réglage individuel de la position axiale des moteurs par rapport au lest et, l'un par rapport à l'autre. Suivant une autre particularité de l'invention, le lest est constitué par un ensemble de pièces longitudinales s'étendant axialement le long du corps des moteurs ou turbines, ces pièces étant reliées rigidement entre elles par boulonnage, rivetage, soudure, collage ou d'une façon équivalente, lesdites pièces étant rendues solidaires d'au moins dieux colliers de serrage qui enserrent les corps des moteurs.L'un au moins de ces colliers de serrage assure l'immobilisation angulaire des moteurs par coopération avec une partie non circulaire du stator, comme des méplats, un carré, un six-pans, etc.., Un des avantages de l'équipement suivant l'invention est donc de permettre de constituer le lest, qui représente l'essen- tiel du poids, par un assemblage de pièces longues du commerce telles que laminés ou profilés de toute section désirée, c'està-dire par des matériaux particulièrement économiques et en général immédiatement disponibles. Suivant une autre particularité, il est prévu dans le prolongement de chaque jeu de pièces assemblées formant le lest une barre ou plaque de liaison ou suspension reliée d'une part à ce lest et d'autre part à la tête de levage, par exemple par des boulons. Ces barres ou plaques présentent de préférence des fe nêtres ou évidements dans lesquels sont engagés, par exemple, des nervures ou taquets de la tête de levage, et (ou) des nervures ou taquets du croisillon et (ou) des nervures ou taquets des parties supérieures des moteurs. Ainsi, avec l'agencement faisant l'objet de l'invention, l'ensemble formé par la tête de levage et le croisillon reçoit séparément les tensions de réaction mécaniques axiales et angulaires des moteurs, du lest et de la colonne supportant l'ensemble. Par ailleurs, cet ensemble distribue entre les moteurs le fluide d'irrigation, la force motrice et éventuellement les liaisons de contrôle et de commande arrivant de la colonne de forage. Enfin, il facilite le montage et le démontage de l'ensemble et en particulier la désolidarisation du lest et des moteurs. La rotation de l'équipement autour de son axe géométrique, qui coricide normalement avec l'axe du trou foré, est entretenue comme dans les montages existants soit par le couple réactif des trépans, éventuellement accru par des réactions hydrauliques provoquées par des jets fluides ou des ailettes de barbotage, dans quel cas son sens de rotation est l'inverse de celui des trépans, soit par un entraînement forcé en rotation de la colonne de forage à partir de la surface, soit encore par un moteur intercalé dans la colonne de forage ou solidaire de la tête de levage. La liaison entre l'équipement et la colonne de forage qui le supporte peut, selon l'agencement, être rigide ou tournante, et dans ce dernier cas elle peut être libre, contrôlée ou commandée mécaniquement. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La fig. 1 est une vue d'un équipement suivant l'invention comportant deux turbines de forage, la moitié gauche de cette figure étant une vue extérieure, tandis que la moitié droite est une vue en coupe partielle par un plan diamétral. La fig. 2 est une demi-vue latérale de cet équipement, regardant dans une direction décalée de 90" par rapport à la fig. 1. Les fig. 3,4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues en coupe par les lignes III-III, IV-IV, V-V, VI-VI, VII-VII et VIII-VIII sur la fig. 1. On voit à l'examen des dessins que l'équipement représenté à titre d'exemple comprend deux moteurs souterrains représentés sous forme de turboforeuses classiques comprenant des corps statoriques, 1, 2 à partir desquels s'étendent des arbres inférieurs rotatifs 3,4 reliés par des raccords d'usure 5,6 munis de méplats 7,8 (Fig.3) permettant leur montage et leur démontage, à des trépans 9,10. Les turboforeuses comprenant des raccords supérieurs 11,12 qui sont conjugués eux-mêmes à des raccords de suspension 13,14 comportant chacun un col polygonal 15,16 et reliés à un croisillon de distribution 17. Elles sont suspendues à une titre de levage 31 d'une manière décrite en détail plus loin. Les deux turboforeuses sont conjuguées à des faisceaux de lest comprenant, en partant du bas, un collier inférieur constitué par deux demi-coquilles 18 serrées contre les turbines par des boulons 19. Le lest inférieur comprend un empilage de plats 20,21,22, qui sont solidarisés par rivetage, boulonnage, soudure, collage ou tout autre moyen, le plat 21 étant serré sur les demi-colliers 18 au moyen des boulons 19. Lorsque la longueur de l'ensemble l'exige, ces faisceaux comprennent également un ou plusieurs colliers intermédiaires; comme visible sur la fig. 4, chaque collier est formé de deux demi-coquilles 23 réunies par des boulons 24, les plats 21 étant retenus sur ces demi-coquilles 23 par ces boulons 24. L'ensemble comporte également un lest supérieur formé par des plats 25, 26, 27, qui sont ici encore solidarisés par rivetage, boulonnage, collage ou d'une autre manière. La partie inférieure du plat médian 26 est fixée sur les demi-coquilles 23 par les boulons 24. La disposition de ces lests est visible sur la vue en section droite qui forme la fig. 5. La partie supérieure des lests est foxée au moyen d'un étrier de blocage qui est visible sur les fig0 2 et 6. Comme indiqué sur ces figures, des boulons 28 relient l'ensemble de lestage à des plaques de liaison 29. Ces plaques sont reliées elles-memes à leur partie supérieure, par des boulons 30, à la tête de levage désignée par la référence 31. Les divers boulons sont serrés par des écrous et arrêtés de préférence par des plaques de verrouillage visibles pour les boulons 30 en 32 sur la fig. 1. On voit ainsi que les turbines, d'une part, et l'ensemble de lestage, d'autre part, sont reliés séparément à la tête de levage, de sorte quelles turbines et les raccords supérieurs de celles-ci n'ont pas besoin de supporter la charge résultant de la présence du lest. La tête de levage 31 est par surcroît de sécurité reliée mécaniquement au croisillon 17 par deux vis d'assemblage 33 qui sont visibles sur les fig. 2 et 7 et dont on aperçoit simplement sur la fig. 1 les têtes de blocage à broche indiquées en 34. Les plaques de liaison 29 présentent des fenêtres 35 dans lesquelles viennent se loger des nervures ou taquets longitudinaux prévus à la surface du croisillon 17 et indiqués en 36 sur les fig. 1, 2 et 7. Ces fenêtres reçoivent également des nervures ou taquets 37 prévus sur la tête de levage (Fig. 1) ainsi que les têtes de blocage 34 indiquées précédemment. On voit que cette disposition assure également la continuité et une sécurité multiple de la liaison entre les ensembles de lestage et la tête de levage 31. Cette tête de levage 31 porte, au-dessous de son filetage 38 de raccordement à la colonne de forage, un siège pour l'ins triment de mesure d'inclinaison. Deux logements symétriques 39 sont ménagés vers la partie inférieure de la tête de levage 31, pour recevoir et assurer les deux chapeaux de blocage axiaux 40 des deux turbines. L'alésage axial 41 de la tête de levage débouche par une collerette 42, munie de gorges extérieures de réception des joints d'étanchéité, à l'intérieur d'un alésage correspondant 43 prévu dans l'axe du croisillon 17, en assurant ainsi la continuité du courant fluide, qui est réparti à la hauteur de ce croisillon vers deux chambres d'irrigation dans lesquelles sont logées les lanternes d'irrigation 44 des deux turbines. Comme visible dans la moitié droite de la coupe formant la fig. 1, on voit que les raccords supérieurs 13,14 des turbines pénètrent par des parties rétrécies 45 dans le croisillon de jumelage 17, en créant une liaison hydraulique entre l'intérieur de chaque turbine et l'alésage 41 de la tete de levage 31, par l'intermédiaire des lanternes 44 dont l'étanchéité est assurée par des joints toriques. L'ajustage axial des deux turbines est assuré par un double jeu de rondelles 46, qui permet de régler la position des turbines par rapport au lest ainsi que l'une par rapport à l'autre. Les turbines ajustées sont bloquées en place et solidarisées avec le croisillon 17 par des chapeaux-verrous indiqués en 40, qui sont vissés en place à l'aide d'une broche pouvant être enfilée dans des orifices 47 visibles sur la fig. 8 et qui sont protégés radialement par les chambrages 39 qui les entourent. En cas de dévissage, la course axiale d'une turbine est limitée par le jeu axial des méplats 15,16 des raccords supérieurs 13,14, par rapport aux plaques d'arrêt 49 (Fig. 1 et 6). On constate ainsi que les deux turbines sont suspendues au croisillon 17, qui est relié lui-même à la tête de levage, à laquelle il transmet les réactions axiales et angulaires des turbines et du lest. Sur la fig. 3, on a montré en pointillé l'étau de serrage qui bloque les raccords d'outils lors du montage et du démontage des trépans 9,10. Ces trépans peuvent être bloqués et débloqués par exemple par des clefs à chaîne large ou par des clefs spéciales à ergots ou d'un autre type. On voit également à l'examen de la fig. 4, qui est une coupe en section droite, que les lests sont serrés de façon efficace par des boulons sur les corps 1,2 des turbines, tandis que la fig. 5 montre la position des corps des turbines par rapport aux lests, entre les colliers de serrage. La fig. 6 montre plus spécialement le mode de blocage angulaire des turbines à la hauteur des raccords supérieurs 13,14. On voit que les turbines sont alors bloquées par les plaques 49, qui sont solidarisées par serrage à l'aide des boulons 28, dont les écrous peuvent être arrêtés sur les jeux de plats formant les lests supérieurs. On notera à l'examen des dessins que les fig. 7 et 8 correspondent à des vues en coupe par deux demi-niveaux différents. Sur la fig. 7, on a montré dans la partie gauche le raccord 13 de la turbine 1, avec son canal axial, et à droite le rétreint 45 engagé dans le croisillon 18, avec les orifices formant la lanterne 44 établissant la liaison ou continuité hydraulique entre les turbines et la tête de levage. On notera en particulier sur cette figure la présence des nervures de sécurité 36 engagéés dans les fenêtres 35 des plaques 29 maintenues contre deux méplats du croisillon 18 et de la tête de levage 31. Sur la vue en coupe par deux demi-niveaux qui forme la fig. 8, on voit à gauche les boulons 30 retenant les plaques 29 et à droite le chapeau à verrou 40, avec ses trous 47 servant à la réception des broches. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1. - Equipement pour le forage du sol du type comprenant deux ou plusieurs moteurs souterrains tels que des turboforeuses, jumelés de façon à subir un mouvement rotatif d'ensemble autour de l'axe de l'équipement et conjugués à un lest, caractérisé en ce qu'il est prévu, à la partie inférieure de la colonne de fo- rage reliant l'équipement à la surface, une tête de levage ainsi que des organes reliant de façon indépendante cette tête de levage aux moteurs souterrains et au lest, de telle sorte que les poids de ces moteurs et de ce lest soient supportés indépendamment l'un de l'autre à partir de ladite tête de levage. 2. - Equipement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs souterrains sont suspendus à un croisillon ou organe équivalent relié à la tête de levage, ce croisillon servant à la répartition, entre les moteurs, de l'énergie nécessaire à leur fonctionnement, par exemple d'un fluide d'irrigation, et éventuellement de liaisons de contrôle, de commande ou de type équivalent. 3. - Equipement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque moteur ou turboforeuse présente, au-dessus d'un raccord supérieur en soi classique, une partie pénétrant dans le croisillon et ménageant une lanterne ou communication équivalente établissant une continuité entre ce moteur et la tête de levage reliée à la colonne de forage. 4. - Equipement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que chaque moteur se prolonge au-dessus de la lanterne précitée en vue de la réception d'un chapeau-verrou ou élément équivalent assurant le maintien du moteur, ces chapeaux-verrous étant logés de préférence dans des chambrages ou logements appropriés ménagés dans la tête de levage. 5. - Equipement suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que des organes tels que des rondelles d'épaisseur sont prévus pour le réglage précis de la position des moteurs souterrains par rapport au lest et l'un par rapport à l'autre. 6. - Equipement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lest est constitué par un ensemble de pièces longitudinales s'étendant axialement le long des moteurs et reliées entre elles, lesdites pièces étant rendues solidaires d'au moins deux colliers de serrage qui enserrent les corps des moteurs. 7. - Equipement suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'un au moins de ces colliers de serrage assure l'immobilisation angulaire des moteurs par coopération avec une partie non circulaire du stator. 8. - Equipement suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans le prolongement de chaque jeu de pièces plates assemblées, des barres ou plaques de liaison ou suspension reliéesd'une part à ce lest et d'autre part à la tête de levage. 9. - Equipement suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ces barres ou plaques de suspension présentent des fenêtres ou logements dans lesquels sont engagés des éléments tels que des nervures ou taquets de la tête de levage et (ou) des nervures ou taquets du croisillon et (ou) des nervures ou taquets des parties supérieures des moteurs et (ou) des protubérances équivalentes. 10. - Equipement suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble est relié de façon angulairement rigide ou rotative à la colonne de forage, des moyens étant éventuellement prévus pour assurer une rotation imposée de l'équipement autour de son axe géométrique.