Brevet FR2275633A1 — publié le 19760116

La présente invention concerne d'une manière générale les têtes de forage du genre comportant un outil de forage rondo en bout d'une structure cylindrique de guidace, et vise plus particulièrement, mais non exclusivement, celles de ces Le tes de forage qui comportent également de manière autonome un noter propre à assurer l'entraînement en rotation de leur outil de forage. Le plus souvent un tel moteur est un moteur hydraulique. Le plus souvent également la structure cylindrique de guidage, qui doit assumer une double fonction, d'une part de guidage de l'outil dans le forage qu'il exécute, et d'autre part d'absorption de la réaction de rotation dont est l'objet en cours de travail le carter du moteur entraînant cet outil, présente transversalement des organes de guidage soumis à des moyens de commande en écartement qui les sollicitent dans des directions pour lesquelles ils font saillie latéralement hors de la structure de guidage, pour contact avec une surface d'appui constituée soit par le forage lui-meme, soit par un tube de protection gainant intérieurement celui-ci. De manière usuelle les moyens de commande en écartement sollicitant ces organes de guidage sont constitués par de simples ressorts. Mais, d'une part, ces ressorts doivent être à même d'appliquer les orgues de guidage qu'ils commandent contre la surface d'appui avec laquelle ceux-ci coopèrent avec une force suffisante pour que ces organes de guidage soient dès lors à même de bloquer en rotation la structure de guidage en toute circonstance, même lorsque le terrain travaillé est particulièrement dur et qu'il en résulte sur l'outil de forage un couple de réaction important, ce qui conduit à la mise en oeuvre de ressorts puissants, et donc encombrants et difficiles à loger dans la structure de guidage, et d'autre part de tels ressorts peuvent s'avérer redondants lorsque le terrain travaillé n'offre qu'une faible résistance à la pénétration de l'outil de forage et ;;,e développe donc sur celui-ci qu'un couple de réaction relativement modéré, les organes de guidage pouvant au contraire, ders ce cas, freiner intempestivement le mouvement de descente de l'outil de forage s'ils sont troF énergiquement appliqués contre ld surface d'appui avec laquelle ils cooprent. Il en résulte donc une difficulté dans le coix et l'implantation des ressorts constituant ainsi les moyens de commande en écartement de ces organes de guidage. Par ailleurs ces organes de guidage sont le plus souvent également soumis de manière indépendante aux moyens de commande en écartement qui les sollicitent, en sorte que les distances relatives d'écartement de ces organes de guidage vis-à-vis de l'axe de la structure de guidage peuvent être différentes d'un de ces organes de guidage à l'autre, et que ds lors le centrage de cette structure de guidage dans le forage effectué par 1 'outil de forage, ou dans le tube de protection gainant ce fnraje, n'est en fait pas assuré, au risque d'un dés@lignement de ce forage au fur et à mesure de son exéc@tion, et/ou d'un contact intempestif de l'outil de forage avec le tube gainant la partie de forage déjà exécutée. La présente invention a d'une manière générale pour obJet de pallier ces difficultés et inconvénients. De manière plus précise, elle a tout d'abord pour objet, selon un premier aspect, une tête de forage du genre comportant un outil de forage qui est monté en bout d'une structure cylindrique de guidage et auquel est associé un moteur propre à en assurer l'entraînement en rotation, ladite structure de guidage présentant transversalement, à au moins un niveau, un couple d'organes de guidage disposés en positions diamétralement opposées et soumis à des moyens de commande en écartement qui les sollicitent dans des directions opposées pour lesquelles ils font chacun saillie latéralement hors de ladite structure de guidage, cette tête de forage étant caractérisée en ce que, le moteur d'entraînement de l'outil de forage étant un moteur hydraulique, les moyens de commande en écartement des organes de guidage sont constitués par un vérin hydraulique d'écartement dont l'alimentation est en liaison avec l'alimentation dudit licteur et est par exemple en para 1 le vis-à-vis de celle-ci. Grâce à cette disposition l'effort d'écartement appliqué aux organes de guidage est llé à ld pression hydraulique r.éces- saire à l'entraînement de l'outil de forage et s'adapte donc ainsi de lui-même au terrais. travaillé. Selon ur; deuxième aspect, qui peut avantage@sement, rais non obligatoirement, être mis en oeuvre avec le précédent, quel que soit le mode d'e@traînemnt de l'o@til de forage, la présente invention a encore pour objet une tête de forage du genre comportant un outil de forage monté en bout d'une structure de guidage, ladite structure de guidage présentant transversale- ment à au moins un niveau un couple d'organes de guidage disposés en position diamétralement opposée et soumis à des moyens de commande en écartement qui les sollicitent dans des directions opposées pour lesquelles ils font chacun saillie latéralement hors de ladite structure de guidage, une telle tête de forage étant caractérisée en ce que lesdits organes de guidage sont reliés l'un à l'autre par une tringlerie d'autocentrage propre à en assurer l'égalité des distances d'écartement vis-à-vis de l'axe de la structure de guidage. Le centrage de la structure de guidage dans le forage déjà exécuté, ou dans le tube gainant celui-ci, se trouve ainsi en permanence assuré en toute certitude. Les moyens de commande en écartement associés aux organes de guidage peuvent à cet égard être de simples ressorts, mais, pour les raisons déjà exposées ci-dessus, ils sont de préférence des vérins hydrauliques, et dans le cas où, comme cidessus, à l'outil de forage est associé un moteur d'entraînement autonome hydraulique, l'alimentation de ces vérins est avantageusement en liaison avec celle dudit moteur Les objets de l'invention, leurs caractéristiques et leurs avantages ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en élévation d'une tête de forage suivant l'invention la figure 2 est à échelle supérieure une vue en coupe sensiblement axiale de cette tête de forage, et la figure 3 en est une vue en coupe transversale, suivant la ligne III-III de la figure 2. D'une manière générale une tête de forage suivant l'inven- tion comporte un outil de forage if monté en bout d'une structure cylindrique de guidage il propre à porter cet outil. Dans l'exemple représenté, l'outil de forage if est un outil conique, du genre tricEne par exemple, à axe de rotation vertical, et il lui est associé, pour son entraînement en rotation, un moteur hydraulique autor,ome 12. @@ tel moteur, qui, de manière schématique a été représenté comme ét@@ @@terposé entre la structure de guidage 11 et l'outil 1G, ne fait pas partie de la présente invention et ne sera donc pas décrit en détail ici. Il suffit de préciser qu'il lui est associé une conduite d'alimentation 13, pour son alimentation en fluide sous pression, et une conduite de refoulement 14, pour refoulement de ce fluide. Ces conduites 13 et ifl. traversent la structure de guidage il sensiblement parallèlement à l'axe de celle-ci et se prolongent vers le haut jusqu'au débouché de surface du forage en cours d'exécution (non détaillé). L'architecture de la structure de guidage 11 ne fait pas non plus par elle-m & e partie de l'invention, et ne sera donc pas décrite en détail ici. Il suffira de préciser qu'une telle structure de guidage t1 forme globalement une enveloppe tubulaire, constituée par exemple de plusieurs viroles cylindriques 15 superposées et convenablement assemblées deux à deux, et que la virole 15 supérieure est munie à sa partie supérieure d'oreilles 16 propres à permettre la suspension de l'ensemble à un quelconque câble de support. Dans l'exemple représenté les viroles 15 sont au nombre de trois et chacune d'elles comporte à un quelconque niveau un couple d'organes de guidage 17A, 17B disposés en position diamétralement opposée et soumis à des moyens de commande en écartement qui les sollicitent dans des directions opposées pour lesquelles ils font chacun saillie latéralement hors de la structure de guidage il, à la faveur de fenêtres 18A, 18B ménagées à cet effet dans la virole correspondante 15 de celle-ci. Ces organes de guidage 17A, 17B sont ainsi à même de venir au contact d'une surface d'appui qui peut être soit directement la paroi du forage en cours d'exécution, soit le tube de protection gainant éventuellement celui-ci. Dans l'exemple représenté un tel tube de protection a été schématisé sous la référence 20. Selon un aspect de l'invention les moyens de commande en écartement des organes de guidage 17A, 17B sont de préférence constitués, tel que représenté, par un vérin hydraulique d'écartement 21. Par exemple l'organe de guidage 17A est porté par une chape 22A solidaire du corps 23A d'un tel vérin 21, tandis que l'organe de guidage associé 17B est porté par une chape 22B solidaire du piston 23B du vérin 21. La canalisation d'alimentation 25 du vérin d'écartement 21 qui sollicite en directions opposées les organes de guidage 17A, 17B est selon l'invention en liaison avec la canalisation d'alimentation 13 du nioteur hydraulique 12. Par exemple et tel que représenté cette canalisation 25 peu. être branchée localement sur la canalisation d'alimentation 13 du moteur 12, le vérin d'écartement 21 correspondant étant dis lors monté en parallele vis-à-vis de ce moteur. De préférence également et selon un deuxième aspect de l'invention, les organes de guidage 17A, 17B sont en outre reliés l'un à l'autre par une tringlerie d'autocentrage 2-, tel ce représente. Dans l'exemple représenté cette tringlerie d'autocentrage 26 comporte un levier 27A qui, à lune de ses extrémités, est relié par un pivot 28A à l'organe de guidage 17A, qui, en @@ point intermédiaire entre ses extrémités, est articulé par un pivot 2cA à une console 3@A portée par la virole 15 de la structure de guidage 11 sur sa face intérieure, et qui, à l'autre de ses extrémités, est articulé par un pivot 31A à une biellette de couplage 32. Convointement la tringlerie d'autocentrage 2 comporte également un levier 27B qui, à une extrérziité, est relié par un pivot 28B à l'organe de guidage 17B, qui, en un point intermé- diaire entre ses extrémités, est articulé par un pivot 31B à 12 biellette de couplage 32, et qui, à son autre extrémité, est articulé par un pivot 2C3 à une console 3@B portée par la virole 15 concernée de la structure de guidage 11. Les distances Q1, D2 entre, d'une part le pivot 28A, 28 par lequel un levier 27A, 27B est relié à l'organe de guidage 17, 173 correspondant et le propre pivot @9A, 29B de ce levier, et d'autre part le propre pivot 29A, 29B d'un levier 27A, 27B et le pivot 31A, 31B par lequel il est articulé @ la biellette de couplage 32 qui relie un tel levier à l'autre sont les mêmes pour les deux leviers. Il en résulte que les distances d'écartement EA, EB des organes de guidage 17A, 17B vis-à-vis de l'axe . de ld structure de guidage sot en permanence égales entre elles. Dans l'exemple représenté les organes de guidage 17A, 17B sont des organes cylindriques, tels que galets, rouleaux ou andlogues, montés r@tatifs sur l'axe 28A, 28B qui les relie au levier 27A, 27B correspondant, et cet axe assure conjointement la li@@son de ces leviers avec les chapes @@A, @@B p@rtant ces organes de guidage. Dans l'exemple représenté également à @@ tel couple d'or- ganes de guidage 17A, 17B est associé un deuxième couple d'organes de guidage semblable 17'A, 17'B disposé sensiblement @@ même @iveau de la structure de guidage 11, à @@@ par rapp@@t au premier, et faisant saillie latéralement par des fenêtres 18'A, 18'B de ladite structure de guidage. Pour la commodité de l'implantation de l'ensemble la tringlerie de guidage 26 associée @@ premier couple d'organes de guidage 17À, 17i se trouve axialement en dessous de ceux-ci, tandis que la tringlerie d'autocentrage 2@' associée au deuxième couple d'organes de guidage 17'A, 17'B se trouve axialement au-dessus de celui-ci. La structure de guidage 11 comporte ainsi plusieurs niveaux d'organes de guidage échelonnés axlalement. Ive préférence ces organes de guidage présentent en surface des éléments de guidage tels que saillies, rainures ou gorges propres à en favoriser une coopération sans glissement latéral avec la surface d'appui avec laquelle ils cooperent (non représenté sur les figures). ainsi entendu la présente invention ne se limite pas à la forure de mise en oeuvre décrite et représentée, riais englobe toute variante d'exécution. En particulier, l'outil de forage n'est pas @écessairement un outil conique, ni même un outil à axe vertic@l ; il pourrait s'agir par exemple d'un outil à axe horizontal, @@ outil cy- lindrique notamment. De plus cet outil de forage n'est pas nécessairemnt co@- mandé par un moteur autonome, et a fortiori par un méteur autonome hydraulique. Dans le cas où il n'y a donc pas de tel moteur hydraulique, les moyens de commande en écartement des organes de guidage peuvent être de simples ressorts, la tringlerie d'autocentrage associée à ceux-ci continuant à assurer sa fonction d'autocentrage de maniere identique à ce qui a été décrit ci-dessus. Enfin dans le cas où un tube de protection @@ est effec @@vement mis en oeuvre ce tube de protection peut comporter intérieurement des saillies, cannelures ou autres éléments de guidage allongés axialement pour coopération avec des éléments complémentaires prévus à cet effet sur les organes de guidage en vue d'éviter tout glissement latéral de ceux-ci. Dans tous les cas les organes de guidage assurent, d'une part le centrage de la structure de guidage qui les porte, et d'autre part, le blocage en rotation de celle-ci, et celui-ci est assuré d'autant plus efficacement que le terrain travails est résistant. REVENDICATIONS 1. Tête de forage du genre comportant un outil de forage qui est monté en bout d'une structure cylindrique de guidage et auquel est associé un moteur propre à en assurer l'entraîne- ment en rotation, ladite structure de guidage présentant transversalement, à au moins un niveau, un couple d'organes de guidage disposés en positions diamétralement opposées et soumis à des moyens de commande en écartement qui les sollicitent dans des directions opposées pour lesquelles ils font chacun saillie latéralement hors de ladite structure de guidage, une telle tête de forage caractérisée en ce que, le moteur d'entrat- nement de l'outil de forage étant un moteur hydraulique, les moyens de commande en écartement des organes de guidage sont constitués par un vérin hydraulique d'écartement dont l'alimentation est en liaison avec l'alimentation dudit moteur. 2. Tête de forage suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'un des organes de guidage est porté par le corps du vérin hydraulique d'écartement, et l'autre des organes de guidage est porté par le piston dudit vérin. 3. Tête de forage suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les organes de guidage sont en outre reliés l'un à l'autre par une tringlerie d'autocentrage propre à en assurer l'égalité des distances d'écartement vis-à-vis de l'axe de la structure de guidage. Ç. Tête de forage du genre comportant un outil de forage monté en bout d'une structure de guidage, ladite structure de guidage présentant transversalement, à au moins un niveau, un couple d'organes de guidage disposés en positions diamétralement opposées et soumis à des moyens de commande en écartement qui les sollicitent dans des directions opposées pour lesquelles ils font chacun saillie latéralement hors de ladite structure de guidage, une telle tête de forage caractérisée en ce que lesdits organes de guidage sont reliés l'un à l'autre par une tringlerie d'autocentrage propre à en assurer l'égalité des distances d'écartement vis-à-vis de l'axe de la structure de guidage. 5. Tête de forage suivant la revendication moyens de corrmiande en écartement des organes de guidage comportent un ressort d'écartement. 6. Tête de forage suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les-moyens de commande en écartement des organes de guidage comportent un vérin hydraulique d'écartement, dont le corps porte l'un desdits organes et le piston l'autre. 7. tête de forage suivant l'une quelconque des revendica- tions 3, 4, caractérisée en ce que la tringlerie d'autocentrage reliant les deux organes de guidage comporte deux leviers dotât un premier est relié par un pivot à un des organes de guidage à l'une de ses extrémités, est monté pivotant en un point inter épiaire entre ses extrémités, et est relié par un pivot à une biellette de couplage à l'autre de ses extrémités, et dont le deuxième est relié par un pivot à l'autre des organes de guidage à l'une de ses extrémités, est articulé par un pivot à ladite biellette de couplage en un point intermédiaire entre ses extré mités, et est monté pivotant à l'autre de ses extrémités, les distances entre d'une part le pivot par lequel un tel levier est relié à un organe de guidage et son propre pivot, et d'autre part son propre pivot et le pivot par lequel il est relié à la biellette de couplage qui le relie à l'autre levier étant les mêmes pour les deux leviers. S. Tête de forage suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à 7, caractérisée en ce que les organes de guidage pré sentent en surface des éléments de guidage tels que saillies, rainures ou orges. 9. Tête de forage suivant lune quelconque des revendica @tions 1 à , caractérisée en ce que les organes de guidage sont des organes cylindriques rotatifs tels que galets, rouleaux ou analogues. 1f. Tête de forage suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à c, caractérisée en ce qu'à un couple d'organes de de guidage est associé un deuxième couple d'organes de guidage disposé serlsiblement au même niveau de la structure de guidage, à 90 par rapport au premier. 11. Tête de forage suivant l'une quelconque des revendica tions 1 à If, caractérisée en ce que la structure de guidage comporte plusieurs niveaux d'organes de guidage, échelonnés axialement.