Brevet FR2319878A1 — publié le 19770225

Dans le forage de puits dans le sol, pour certaines constructions telles que des structures architecturales et des pieux de soutien, il est désirable et souvent essentiel que de grands forage s soient placés dans le sol en de nombreux emplacements critiques, avec de très petites tolérances, aussi bien en ce qui concerne l'emplacement de l'axe du forage que l'alignement de cet axe. Par exemple, dans la construction de l'oléoduc de l'Alaska, une grande partie de l'oléoduc lui-même-sera situé au dessus de la toundra et supporté par des pieux verticaux forés dans la toundra. Les spécifications de mise en place de ces pieux exigent une profondeur maximale de forage de 15,24 m, l'erreur de mise en place du forage au point correct de levé étant inférieure à 76 mm et une erreur d'alignement vertical inférieure à 5 mm par mètre de longueur. On voit donc que les installations normales de forage sont incapables de placer de tels forages avec une telle précision, étant donné qu'elles ne comportent pas de systèmes d'alignement aussi sensibles. L'invention propose des systèmes et procédés permettant de placer l'installation de forage juste au dessus du point de levé et dans l'alignement vertical direct de celui-ci. Sur les dessins annexés, la figure 1 est une élévation schématique d'un mode d'exécution de l t invention ; les figures la à Ic illustrent des cibles d'alignement possibles pour l'utilisation avec le système de la figure i la figure 2 est une élévation schématique d'un deuxième mode d'exécution de l'invention la figure 2a une vue schématique par le haut d'un système de montage de caméra. A titre d'exemple, on décrira l'invention pour l'utîlisa- tion sur l'installation des forage de sol selon la demande de brevet US nO 552 618. Il est évident, cependant, que l'invention peut être adaptée à l'utilisation sur d'autres appareils nécessitant un alignement latéral et vertical. Dans la demande de brevet citée, figure 3, un mât vertical 12 supporte une tête motrice coulissante 70 munie d'un moteur d'entraSnement 71, de paliers rotatifs et d'un accouplement de train de tiges 73. Une structure de base 74 est percée d'une ouverture de tige de forage dans laquelle est situé un palier rotatif 72 conçu pour recevoir la tige de forage avec une adapt- tion relativement serrée permettant la rotation. On considèrera maintenant la figure i annexée ; le mât de forage 12 est représenté en élévation schématique partielle, avec la tête coulissante 70 et l'accouplement de train de tiges 73. Un train de tiges vertical 110 est représenté suspendu à la tête 70 et présente à son extrémité inférieure un outil de forage 111. La structure de base 74 est percée d'une ouverture de tige de forage 72a dans laquelle est situé un palier rotatif 72 conçu pour soutenir avec possibilité de rotation la tige de forage. L'ouverture 72a est prévue pour recevoir le palier rotatif 72. Une source lumineuse collimatée 112 telle qu'un générateur de faisceau de laser est suspendue de façon pivotante, par une attache à pivot 113, à une traverse 12a du mât. Un support télescopique de blocage 114 est fixé au coté du mgt 12 et con çu pour être amené en contact de blocage avec la source lumineuse 112. Un ensemble de déflecteur optique 115 est placé de façon amovible dans l'ouverture 72a et maintenu dans celle-ci dans une position prédéterminée au moyen de broches de mise en place 116 qui en partent en se dirigeant vers le bas et pénètrent dans des trous adaptés, percés dans la surface supérieure de la base 74. L'ensemble de déflecteur 115 utilise deux surfaces réfléchissantes planes parallèles 117 et 118 et une plaque transparente de cible 119. Une lentille transparente 120 est située au fond de l'ensemble 115. Les surfaces réfléchissantes 117 et 118 font un angle d'environ 450 avec la surface supérieure de la base 74. Un anneau circulaire 121 est fixé en dessous d'une plaque à bride prolongée 122 de l'ensemble 115. La plaque à bride 122 est conçue pour dépasser les bords de l'ouverture 72a de manière à assurer le soutien de l'ensemble 115 et l'anneau 121 a la grandeur voulue pour s1 adapter relativement étroitement dans l'ouver- ture 72a et faciliter la mise en place de l'ensemble 115 dans l'ouverture, en position correcte. Sur la plaque de cible transparente 119 est tracée une cible comme celles que représentent les figures la à îc La surface de la plaque 119 est relativement plane et pratiquement normale à l'axe de la tige de forage 110. L'ensemble de déflecteur 115 est conçu pour recevoir un faisceau lumineux suivant une ligne B parallèle à l'axe A qui correspond à l'axe de la tige de forage 110 lorsqu'elle est supportée par la tette 70 et le palier 72. La source lumineuse 112 est supportée de façon pivotante sur la traverse 12a de telle sorte que le centre de pivotement de la monture tournante ae source lumineuse, appelée C, se trouve sur la ligne B0 Le support télescopique de blocage 114 est conçu pour une action télescopique latérale de sorte que l'on peut le déployer vers l'extérieur par des moyens de commande à distance tels qu'un électro-aimant.L'emplacement du support de blocage 114 est prévu de telle sorte que, lorsqu'on le télescope vers l'extérieur pour agir sur la source lumineuse 112, il bloque celle-ci en position le long de l'axe B de sorte que le faisceau lumineux engendré coïncide avec l'axe B. Les moyens de blocage utilisés peuvent étre mécaniques ou électromécaniques. Un procécé utilise un électro-aimant qui est activé en mdme temps que l'électro-aimant de télescopage de manière à enserrer la source lumineuse 112. Evidemment, dans ce cas, la source lumineuse comporte une coquille ferromagnétique, ou encore, des éléments ferromagnétiques pouvant subir l'action du support de blocage 114. Le montage pivotant de la source lumineuse 112 est de préférence du type à rotule ou à deux axes, permettant un mouvement de la source dans de multiples directions autour d'un centre C. Dans le fonctionnement typique, une installation de forage comme celle qui est décrite dans la demande de brevet déjà citée est équipée de l'appareil d'alignement décrit ci-dessus. La source lumineuse est conçue pour être bloquée dans une position telle qu'elle puisse engendrer un faisceau lumineux pratiquement parallèle à l'axe central du train de tiges dans l'installation. On amène alors l'installation de forage au dessus de la cible du point de forage, avec autant de précision qu'il est possible à l'oeil nu. La cible peut être constituée par un point tracé au sommet d'un piquet enfoncé dans le sol. A ce moment, il est probable que l'installation de forage n'est pas alignée verticalement sur le point de levé, La source lumineuse engendre un faisceau qui coupe le centre de la cible tracée sur ia plaque de cible 119, par suite de l'alignement choisi initialement pour la source lumineuse 112. On met hors d'action le mécanisme de blocage 114 et on laisse la source lumineuse 112 osciller librement sous l'effet de la force de gravité ou'elle subit. La direction du décalage du faisceau lumineux relativement au centre de la cible de la plaque 119 donne une indication directe de la grandeur et de la direction du défaut d'alignement vertical de l'installation sur la cible. On peut alors activer le système d'ajustement d'installation en mettant en action un ou plusieurs des vérins hydrauliques de celle-ci jusqu'à ce que le faisceau lumineux coupe la croisée ou le centre de la plaque de cible 119. Une fois que l'alignement vertical est réalisé, on peut activer le mécanisme de blocage 114 et exécuter l'ajustement latéral définitif de l'installation. On y procède en faisant aller et venir l'installation d'avant en arrière ou latéralement, ou les deux à la fois, jusqu'à ce que le faisceau lumineux passant par l'ensemble de déflecteur soit centré sur la cible du piquet 125 planté dans le sol.On peut désactiver à nouveau le mécanisme de blocage pour vérifier si l'alignement vertical s'est modifié pendant le mou- vement latéral de l'installation et sVoui, on peut exécuter un ajustement final par les mêmes procédés. Les figures 2 et 2a montrent une variante d'un système d'alignement d'installation de forage comportant une caméra de télévision 210 destiné à être placée dans le manchon du train de tiges, dans le fond 74 du mât. La caméra 210 est montée de façon pivotante dans une botte circulaire 211 dont les dimensions extérieures sont prévues pour une adaptation relativement serrée dans le manchon du train de tiges. Des moyens d'alignement tels que des broches ou des clavettes, assurant la coopération entre la botte 211 et le manchon, assurent le positionnement automatique de la boîte avec l'orientation correcte dans l'ouverture. Une canalisation d'alimentation 212 aboutit à la caméra 210 et lui amène de l'énergie électrique, tout en transmettant le signal de télévision à un contrôleur (non représenté) où le signal engendré est converti en image. L'alignement de la caméra peut etre bloqué à l'intérieur de la boite à une position où la ligne de visée de la caméra coïncide pratiquement avec l'axe central A du train de tiges 213. Les moyens de blocage peuvent être hydrauliques, électriques, pneumatiques ou électromagnétiques, de façon bien connue. On peut désactiver le blocage de la caméra pour permettre à la caméra de tourner en réponse à la force de gravité qu'elle subit. La caméra est suspendue de telle sorte que son centre de gravité se trouve à une distance mesurable en dessous des moyens de suspension. La boite 211 présente une plaque de fond transparente 214 qui est maintenue fixe dans l'ouverture de la tige de forage. Une cible à réticule ou à mouche est gravée à un endroit tel que son centre soit situé sur l'axe B. Un point de cible est aussi prévu dans l'objectif de la caméra 210 de sorte que lorsqu'on bloque la caméra en position, le point de la caméra passe par le centre du réticule de la plaque 214. La caméra engendre alors un signal qui fait apparaître le point sur le réticule. La figure 2a est une vue par le haut d'une disposition possible de suspension de la caméra 210, utilisant un système à Call~ax nulle comprend une monture à deux axes, les axes étant pratiquement perpendiculaires entre eux et situés dans le même plan ou dans des plans parallèles. La caméra est montée de ma nière à pouvoir tourner sur l'axe primaire 215 qui est monté à son tour dans un anneau 216. L'anneau 216 est monté de manière à pouvoir tourner par l'axe secondaire 217 dans un anneau fixe 218 monté fermement dans la boite 211. En service, on place le mode d'exécution de la figure 2 dans l'ouverture de la tige de forage jusqu'à ce que les broches ou clavettes d'alignement soient convenablement engagées dans le fond du mat, ce qui indique que la caméra bloquée est braquée suivant l'axe B. On amène alors l'intallation de forage aussi près que possible de la position latérale correcte, au dessus d'un piquet de cible 220 portant un point de cible. On libère le blocage de la caméra, de sorte que celle-ci peut obéir à la force de gravité. Si l'axe du train de tiges n'est pas parfaitement vertical, la caméra pivote sur l'un de ses axes et le contrôleur voit le défaut d'alignement du point de ia caméra sur la plaque à réticule 214.Lorsqu'on ajuste ensuite le mat autour des axes appropriés, le point de la caméra se déplace vers le centre du réticule jusqu'à ce qu'une orientation véritablement verticale du mât soit réalisée. On aligne alors le point de la caméra sur le point de cible du piquet planté dans le sol, en déplaçant latéralement l'installation de forage, puis on peut vérifier à nouveau l'alignement vertical en répétant le processus. L'installation de forage est alors prête à commencer le forage. On a décrit ici certains modes d'exécution préférentIels de l'invention, pour en faire comprendre les principes généraux, mais il est entendu que l'on peut apporter diverses modifications et innovations au système d'alignement proposé sans s'écarter de ces principes. Par exemple, si l'on a décrit un générateur de faisceau de laser, il est possible d'utiliser au lieu de celui-ci toute source lumineuse capable d'émettre un faisceau relativement étroit. L'invention s'étend donc à toutes les variantes qui ne s'écartent pas de son esprit. REY NDICATIONS 1. Appareil servant à aligner une structure verticale perpendiculairement au sol et caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur de ligne de visée conçu pour engendrer une ligne de visée suivant un axe vertical de la structure, des moyens de liaison pivotante reliant le générateur à la structure verticale et conçus pour suspendre verticalement le générateur à celle-ci avec possibilité de rotation, et un dispositif de cible pouvant être fixé à la structure verticale et comportant une cible tracée sur une plaque et coïncidant avec l'axe vertical de la structure. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend. en outre des moyens de blocage sélectif prévus sur la structure verticale et pouvant être actionnés de manière à bloquer le générateur à une orientation qui coïncide, avec un axe vertical de la structure. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure verticale a un axe vertical central, que le générateur constitue une source lumineuse à faisceau étroit fixée de façon pivotante à la structure verticale et généralement. parallèle à l'axe vertical central, et que l'appareil comprend en outre un déflecteur de faisceau lumineux conçu pour dévier un faisceau de la source d'une arientation parallèle à l'axe vertical central à une orientation qui coïncide avec l'axe vertical central. 4. Appareil permettant d'assurer l'alignement optique d'une installation de forage sur un point de levé et caractérisé par le fait qu'il comprend un bottier pouvant être fixé dans l'installation et contenant une caméra conçue pour viser suivant une ligne qui coïncide avec l'axe de forage de l'installation, une suspension pivotante reliant la caméra au boîtier et conçue pour permettre sélectivement à la caméra d'osciller librement, et une plaque de cible fixée au bas du boîtier et contenant une cible conçue pour couper l'axe de forage de l'installation. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la caméra est une caméra de télévision comportant un objectif muni d'un point de visée et que la suspension constitue un dispositi à cadran à deux axes prévu entre la campera et le boîtier. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens de blocage prévus sur la suspension et conçus pour bloquer la caméra dans une ligne de visée coTncidant avec l'axe de forage de l'installation. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par 1 fait que le boîtier est conçu pour s'engager de façon relativement serrée dans une ouverture de train de tiges prévue au fond d'un mât de forage et présente des moyens de retenue permettant de maintenir le boîtier dans une position choisie à l'avance dans l'ouverture du mât. 8. système d'alignement destiné à une installation de forage qui comporte un mât vertical, un train de tiges mainte- nu de manière à pouvoir tourner dans le mât et une ouverture centrale prévue dans le fond du mât pour recevoir le train de tiges, système caractérisé par le fait qu'il comprend une source lumineuse capable d'engendrer un faisceau étroit, fixée de façon li brument suspendue au mât vertical et obéissant à la force de .-ra- vité, une plaque de cible portant une cible gravée, située en dessous de la source lumi-neuse et conçue de telle sorte que le centre de la cible est situé sur un axe parallèle au train de tiUe et courant le centre de rotation de la liaison entre la source lumineuse et le mat vertical, et un déflecteur de lumière relié fonctionnellement à la plaque de cible et conçu pour réfléchir le faisceau vers le bas, à une orientation qui coïncide avec l'axe central du train de tiges. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens de blocage pouvant être actionnés sélectivement de manière à bloquer la source lumineuse à une position où le faisceau engendré est parallèle à l'axe central du train de tiges. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la plaque de cible et le déflecteur de lumière constituent un périscope conçu pour etre placé sélectivement dans l'ouverture de train de tiges prévue au fond de la structure de mat. 11. Système selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la source lumineuse constitue un faisceau de viser et que les moyens de blocage constituent un blocage électromagnétique. 12. Système de visée optique destiné à aligner verticale ment et horizontalement au dessus d'un point de levée une installation de forage qui comporte un mat vertical, un train de tiges supporté de manière à pouvoir tourner dans le mât et un fond de mât muni d'une ouverture centrale pour recevoir le train de tiges, système caractérisé par le fait qu'il comprend unboîtier de caméra conçu pour s'adapter de façon relativement serrée dans l'ouverture de train de tiges une caméra de télévision suspendue dans le boîtier et dirigée vers le bas, une suspension permettant de suspendre la caméra avec possibilité de rotation dans le bottier en vue d'un mouvement multidirectionnel, la caméra étant conçue de façon que son centre de gravité se trouve en dessous de la suspension, et une cible prévue dans le bottier en dessous de la caméra. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens de blocage permettant de bloquer la caméra de télévision dans une position telle que la ligne de visée de la caméra soit dirigée vers le bas, suivant ltaxe longitudinal central du train de tige; et que la cible est conçue pour se centrer à l'intersection de l'axe longitudinal central du train de tiges. 14. Procédé pour aligner verticalement une installation de forage sur un point cible du sol, caractérisé par le fait que l'on engendre un faisceau lumineux suivant un axe parallèle à l'axe verticale de l'installation de forage, que l'on dirige le faisceau sur une plaque de cible qui porte une cible coupant l'axe parallèle, que l'on réfléchit le faisceau vers le bas sur un parcours coïncidant avec l'axe central du train de tiges de l'installation, que l'on libère le générateur de faisceau lumineux de façon qu'il puisse osciller librement sous l'effet de la gravité, et que l'on ajuste l'alignement vertical de llinstal- lation jusqu'à ce que le faisceau lumineux coupe à nouveau la ciste. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'on aligne en outre latéralement l'installation sur un point de levé situé au sol en faisant passer le faisceau lumineux de haut en bas à travers l'installation et vers le sol, suivant l'axe de forage de l'installation, et que l'on déplace latérale ment 1 t installation pour faire passer le faisceau par le point de levé. 16. Procédé pour aligner un train de tiges vertical et un mât vertical sur un point de levé, caractérisé par le fait que l'on aligne le train de tiges de façon que son axe soit normal à la surface de la tête, que l'on suspend une caméra de télévision en dessous du train de tigespar une suspension pivotante multidîrectionnelle, le centre de rotation de la caméra se trouvant sur le prolongement de l'axe longitudinal du train de tiges, et que l'on ajuste la position verticale du mât jusqu'à ce que la caméra projette un signal le long d'une ligne de visée coTn- cidant avec l'axe longitudinal central du train de tiges. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé par le fait que l'on déplace en outre le mât latéralement jusqu'à ce que la ligne de visée de la caméra coupe un point de levé.