Brevet FR2350143A1 — publié le 19771202

L'invention est relative à un dépoussiéreur commandé du type cyclone dont la fonction est d'extraire des poussiéres dtun courant de fluide, notamment d'air. L'invention est particulièrement avantageuse en combinaison avec des dispositifs de prélivement dsséchaneillons de forage, mais n'est aucunement limite à cette application. D'une manière générale, le dispositif de prélèvement déchan- tillons de forage, destiné à faciliter la collection au niveau du sol d'échantillons de roches souterraines produits par une installation de forage du genre qui utilise un fluide d'extraction, est un dispositif du genre autocentreur qui comprend, en combinaison: a) une enveloppe rigide, enfoncée dans le sol pour assurer le soutènement d'un trou partiellement foré, b) une chambre rigide montée sur cette enveloppe, fixée fermement, mais d'une manière amovible, à celle-ci avec interposition de moyens d'étanchéité et agencée pour recevoir et retenir des échantillons de forage, c) une douille fixée à la partie supérieure de la chambre et contenant un presse-étoupe flexible et, au moins en partie, autolubrifiant, d) des moyens de montage à paliers, montés d'une manière amovible sur la partie supérieure de la douille pour le montage d'une ou plusieurs tiges de forage, engagés d'en dessus à travers la douille et aussi pour maintenir en position initiale, axialement, un chapeau de presse-étoupe, e) un ou plusieurs paliers qui assurent l'alignement de la tige ou des tiges de forage par rapport à une tête de forage, f) une plaque de protection supérieure fixée e un bottier de ce palier ou de ces paliers et, g) un manchon emmanché à force, interposé entre la tige ou les tiges et les paliers et constitué par un matériau plus dur que celui des tiges. En service, un raccord, monté sur un tuyau de caoutchouc renforcé ou d'un genre analogue qui part de la chambre de prélèvement définie ci-dessus, est fixé à son extrémité de sortie à un appareillage collecteur d'échantillons de forage, à la disposition de l'utilisateur, lequel appareillage est ainsi prêt à être utilisé i.-mviiatement, en association avec le dispositif à prélèvement. Toutefois une difficulté se pose pour l'utilisation directe du matériau constituant l'échantillon de forage, notamment si ce matériau est sec, par suite des importants nuages de poussières qui se dégagent normalement. D'une part1 ces poussières sont extrêmement gênantes et peuvent même empécher l'accus de 1équipe- ment à un homme, mais les échantillons de forage obtenus ne constituent pas un tableau exact de la région qui a été forée du fait qu'au moins une partie de ce matériau se trouve inévitablement entrainée dans le nuage de poussières. On a tenté de surmonter cette difficulté provenant des poussières en utilisant une ou plusieurs soufflantes d'aspiration reliées par un tuyau flexible ou par un tube à des genres connus de chambres collectrices d'échantillons de forage situées au niveau du sol ou au voisinas de celui-ci. Pour cela, on extrait habituellement beaucoup plus d'air à travers ce tuyau qu'il n'est nécessaire pour extraire uniquement les échantillons de roche. Toutefois cette solution présente l'inconvénient, en plus du coût des soufflantes, que le problème général des poussières subsiste du fait que celles-ci sont rejetées dans l'atmosphère exactement de la même manière qu'auparavant, mais å une plus grande distance de l'emplacement de forage. Aussi d'autres tentatives ont été effectuées pour raccorder une telle soufflante d'aspiration à la région de sortie d'un dépoussiéreur du type cyclône dans lequel pénètre le matériau sec et à travers lequel il passe, dans l'espoir qu'une action tourbillonnaire imprimée à la masse d'air dans laquelle les poussières se trouvent transportées donnera lieu à une séparation gravimétrique, d'une manière connue, des éléments composants grossiers et fins. Cependant cette solution s'est révelée inefficace du fait qu'une telle séparation totale des matières grossières et fines n'est habituellement pas possible.De même, dans une tentative pour provoquer l'action tourbillonnaire désirée, on utile~ sait couramment des déflecteurs intérieurs qui tendaient à s'encrasser sous l'action des poussières y adhéraient, de sorte qu'on pouvait obtenir de bons résultats. En particulier un dispositif cyclâne convient mal à une utilisation avec des systè mes de soufflantes d'aspiration du fait qu'il faut mettre en oeuvre des soufflantes de grande capacité pour surmonter la perte de charge introduite par un cyclone, ce qui augmente beaucoup le coût de l'installation. Le but de l'invention est donc de surmonter les inconvé nients exposés précédemment et d'autres inconvénients encore des dispositifs connus. Conformément à l'invention par conséquent, selon un des aspects de celle-ci, des moyens dépoussiéreurs commandés comportent un cyclône agencé de manière à recevoir, dans une région d'entrée, un fluide sous pression introduit d'une manière forcée dans ladite région d'entrée, ce qui donne une grande efficacité au cyclone du fait qu'on peut ainsi créer un tourbillon très intense dans une région de ce cyclone où est monté un tube de sortie ou une cheminée. L'invention est expliquée plus en détail ci-après, à 1aide d'un de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels les mêmes références numériques ont été utilisées pour désigner les pièces et parties correspondantes et dans lesquels:: - la figure 1 est une vue en perspective, en partie arrachée, des moyens dépoussidreurs commandés conformes à l'invention, - la figure 2 représente des moyens pour fixer un réceptacle collecteur à une trémie de déchargement du cyclone, - la figure 3 représente, en position de fermeture, un dispositif d'agrafage, destiné à immobiliser la partie supérieure du cyclône par rapport à la partie inférieure de celui-ci, et articulé à la partie supérieure du cyclone, - la figure 4 représente des moyens de fixation, destinés à de fixer un coude/raccordement à la région de sortie du cyclône, - la figure 5 montre en détail des moyens d'étanchéité entre des tubes d'évacuation d'eau horizontaux et la partie inférieure conique du cyclone et - la figure 6 montre des détails d'un bouchon conique et de moyens pour le maintenir en place par rapport à la trémie de déchargement du cyclone. Dans le mode de réalisation représenté ici, un corps 7, essentiellement en forme de cylindre droit, peut constituer la partie supérieure du cyclane, qui peut être construite en n'importe quel matériau rigide approprié, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, de manière à faciliter son transport, ou en acier inoxydable, dont les propriétés de résistance à la corrosion permettent d'utiliser des surfaces lisses à faible frottement.La partie inférieure 8 du cyclone peut être formée séparément et peut être fixée, d'une manière amo vible, à la partie supérieure 7 à l'aide d'une charnière appropriée 9 et d'un certain nombre de dispositifs d'agrafage 10 (représentés plus en détail sur la figure 3) munis dtune manette Il qui tourne, avec un effet d'excentrique, autour d'une goupil le brai le 12 pour tirer vers le bas/13 et par conséquent la cheville 14 qui s'engage dans un crochet 15 fixé à son tour à une patte 16 montée sur la parie supérieure 7. Un joint d'étanchéité simple, constitué par un joint torique élastique 17, en caoutchouc ou en matière analogue, peut être interposé entre les brides 18 et 19.L'appareillage est ainsi facile à ouvrir et à fermer, pour faciliter son nettoyage intérieur, ce nettoyage ayant une très grande importance dans l'exploration géologique pour assurer une séparation convenable des échantillons, sans aucune conta-- mination. L'objet de l'invention est donc'supérieur aux systèmes connus dans lesquels un tel nettoyage est difficile à effectuer. La partie inférieure 8 dii cyclône peut être de forme tron- conique afin d'agir à la manière d'une trémie de déchargement se vidant dans un réceptacle collecteur 20, La cheminée ou la tu-bulure de sortie 21 peut être montée concentriquement à l'intérieur de la partie supérieure du cyclône et peut se terminer à son extrémité inférieure d'entrée au voisinage de l'extrémi- té inférieure de ladite partie supérieure, soit à peu près au niveau du joint détanchéit prévu entre les parties supérieures et inférieures du cyclone, ou légèrement au-dessus de ce niveau. L'extrémité opposée 22 de la cheminée peut être fixée, d'une ma litière amovible, d une pièce de raccordement coudée 23 qui est courbée vers le haut puis latéralement pour se terminer selon une embouchure à bride non représentde ici de direction descendante, destinée à être reliée à un filtre constitué par un sac perforé(non représenté ici), de mailles suffisamment fines pour retenir les poussières, mais cependant suffisamment larges pour permettre le passage de l'air. Au moins deux moyens de fixation tels que 24 (mieux visible sur la figure 4) peuvent être constitués chacun par une tige ìletée 25 qui bascule autour d'un axe 26 pour s'engager à l'intérieur d'une échancrure pratiquée dans la bride 28 du coude de raccordement 23 et pour comprimer le joint torique 29 qui assure ltétanchéité.J La partie inférieure 8 du cyclone peut être munie d'organes de fixation périphériques, tels que 30,auxquels on peut fixer des pieds télescopiques démontables appropriés, tel que 31, à l'aide de chevilles imper dables ou de toute autre manière appropriée, de sorte que l'appareillage peut être démonté et rangé sous forme compacte dans un véhicule de transport pour être amené facilement sur le lieu du forage.Si on le désire un cyclône tout assemblé peut être monté sur remorque ou directement sur le derrick de forage ou sur un camion spécial. Le tube d'entrée 32 destiné au courant d'air chargé de poussières est disposé de préférence de manière à se raccorder progressivement, tangentiellement par rapport au niveau supérieur de la partie supérieure 7 du cyclône, de sorte que l'admission d'air sous pression établit un mouvement tourbillonnaire à l'intérieur de tout le cyclone d'une manière qui entraîne la formation d'un tourbillon dans le voisinage de l'extrémité d'entrée de la cheminée 21. Dans ces conditions un cyclône peut être conçu de telle manière qu'il se produise une extraction de poussières de l'in- tensité désirée, de sorte que de l'air relativement dénué de poussières s'échappe de la cheminée de sortie 21 du côté à basse pression du système. Si on le désire cet avantage peut être obtenu d'une manière composite, selon une variante de l'invention, en utilisant deux ou plus de deux tels cyclônes montés en tandem, de sorte que des différences de pression et de vitesse appropriées peuvent exister dans les divers cyclOnes tout en maintenant un écoulement pratiquement à courant naturel à travers ceux-ci. Un grand avantage de l'invention est que les filtres de sortie précités peuvent être utilisés dans la région de sortie du cyclône ou dans la région de sortie du cyclône final d'une série de cyclanes. On peut ainsi débarrasser le courant d'air de la quasi-totalité des poussières qu'il transporte, contrairement aux systèmes de la technique antérieure qui étaient incapables d'éliminer les poussières à moins que de mettre en oeuvre des soufflantes dimensionnées de manière prohibitive et par conséquent coûteuses ou de doubler ou de multiplier le nombre des soufflantes, ce qui augmente considérablement aussi le coft de l'installation.A cet égard il y a lieu de souligner que les cyclônes sont d'une fabrication moins coûteuse que les soufflantes dont les pièctt biles d'autre part s'usent, ce qui entraine pour les soufflantes des frais d'entretien dans ltensemble supérieurs à ceux d'équipement statiques relativement simples tels que des cyclones. Un autre avantage de l'invention réside dans le fait que la récupération des échantillons de forage peut s'effectuer par voie humide, mode d'utilisation pour lequel le dispositif de prélèvement hermétiquement fermé convient très bien, sans risque d'endommager les filtres précités et sans avoir à enlever ceuxci. L'aptitude d'un cyclône ou de cyclônes à traiter des échantillons humides est encore accrue si l'on monte un ou plusieurs tubes d'évacuation d'eau appropriés, tels que 33 et 34 au-dessus du niveau du réceptacle collecteur 20 qui est situé en dessous du cyclône, mais à ltextérieur de celui-ci, et est destiné à recueillir les matériaux les plus lourds, de manière à permettre à l'intérieur du cyclône de continuer son action.Les extrémités d'entrée 35 et 36 de ces tubes d'évacuation d'eau peuvent être situées au voisinage du tourbillon de la masse liquide qui se déplace à l'intérieur du cyclone, de sorte que le liquide indésirable peut être évacué automatiquement de l'intérieur du cyclône avant qu'il atteigne le niveau de la région d'entrée de la cheminée 21 qui est raccordée indirectement au filtre ou aux filtres. Chacun de ces tubes d'évacuation d'eau peut être réglable, par exemple par rotation axiale de l'un d'entre eux ou des deux, pour faire varier l'écoulement qui les traverse. Au cours d'une telle rotation, l'étanchéité entre le tube d'évacuation d'eau et la partie inférieure 8 du cyclône est assurée par des jointes toriques élastiques 38 et 39 représentés sur la figure 5.Chaque tube d'évacuation d'eau tel que 34 peut être remplacé par un bouchon tel que 34A, Q extrémité intérieure fermée de manière à former une surface tronconique continue avec la partie inférieure 8 du cyclone, dans le cas où l'on sait qu'il n'y a pas de liquide indésirable. Au cours du forage proprement dit, le débit de l'eau éventuellement présente peut être mesuré avec précision, ce qui fournit une information intéressante relative au trou foré. Dans le cas d'écoulements d'eau extrêmement intenses, un brouillard est entraîné avec l'air et peut tendre à humidifier les filtres, mais dans ce cas.les filtres sont faciles à enlever. Il suffit de quelques secondes pour les extraire de la conduite de sortie et on peut s'en passer dans ces conditions par suite de ltabsence de poussières. Le réceptacle collecteur 20 peut se présenter sous la forme d'un sac de matière plastique transparente ou non ou d'un réservoir én métal ou autre matière rigide. Des sacs de matière plastique transparente de la forme générale représentée sur la figure 1 sont très avantageux du fait qu'un ouvrier foreur peut voir, aussi bien à sec qu'en présence d'humidité, la nature du matériau qui entre dans le réceptacle, ce qui lui indique qu'il est en train de recueillir de la roche. il s'agit là d'un aspect important du forage, car l'absence de roche recueillie indique que le matériau reste collé au fond du trou. Si cette situation se prolonge pendant un temps un peu long, les tiges de forage peuvent se coincer dans le trou et une opération coûteuse est alors nécessaire pour les récupérer. il est meme parfois impossible de le faire.Les sacs de matière plastique présentent aussi l'avantage d'être faciles à maintenir propres, faciles à manipuler et rapides à remplacer. Comme on le voit sur la figure 2, un tampon élastique 40 entoure l'extrémité inférieure de la partie inférieure 8 du cyclône et le sac est serré contre ce tampon à l'aide d'un cordon tel que 41. De préférence le sac est maintenu hors de contact d'avec la bride 43 à l'aide d'un épaulement arrondi lisse 42 prévu sur celle-ci. Au cours du forage et après qu'un tel sac a été enlevé, un géologiste présent sur le lieu de forage peut facilement observer toute variation de structure des roches traversées, ce qui aide à repérer le niveau où cette variation s'est produite. En fonctionnement normal, à sec, un appareillage réalisé conformément à l'invention permet d'éliminer une très grande proportion de poussières d'un nuage de poussières, au point de rendre pratiquement invisible toutes poussières résiduelles. Une telle diminution du dégagement de poussières constitue un très gros avantage quant à la pollution du milieu environnant et permet d'installer des équipements de forage dans des régions qui, autrement, demeureraient inexploitées. De même l'absence ou la réduction des dégagements de poussières sur un lieu de forage ou sur un lieu d'exploitation analogue constitue un facteur d'une grande importance économique du fait qu'il se traduit par une diminution considérable de l'usure des moteurs à combustion interne et par conséquent par une économie d'entretien de tels moteurs utilisés pour actionner soit l'installation de forage elle-même soit des appareillages auxiliaires. Si on le désire, dans le cas d'installations plus économiques, une faible pro portion seulement de ces poussières peut être extraite, si cela est suffisant, par exemple, dans le cas de régions isolées. L'invention permet aussi de bénéficier entièrement du dispositif de prélèvement étanche qu'elle vise à perfectionner. Ainsi la totalité des échantillons provenant d'un forage particulier peut facilement être récupérée dans le réceptable collecteur du cyciône et on peut par conséquent effectuer une évaluation précise de l'état du trou foré. Ceci contrairement aux systèmes de la technique antérieure où il fallait effectuer des estimations et par conséquent des approximations relativement aux pertes par poussières, dans des conditions de précision douteuses. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le cyclône comprend aussi des moyens à l'aide desquels il peut etre obturé d'une manière étanche, à sa trémie de déchargement, lorsque les sacs sont en cours d'enlèvement et peut être ensuite réouvert une fois que le sac a été remplacé, ce qui permet à l'installation de forage associée de poursuivre son travail. Cette disposition est nécessaire du fait que, notamment en profondeur, l'action de couper l'alimentation en air entraîne une augmentation de la probabilité que des débris de coupe retombent autour du trépan, ce qui se produirait chaque fois ou'sexe variation d'échantillon est obtenue, par exemple tous les mètres. Ceci augmenterait le nombre de fois où il faudrait, au cours d'un forage (qui peut dépasser 300 mètres de profondeur) couper l'alimentation en air et la remettre en marche et augmenterait beaucoup la durée de forage d'un trou particulier. Un tel mode d'exploitation augmenterait beaucoup aussi l'usure des trépans au moment où est établie la pression de forage à fond de trou et on sait que les trépans fonctionnent au mieux pour des conditions de pression de forage déterminées. Dans ces conditions, lorsque le cyclone est normalement raccordé au dispositif de prélèvement d'échantillons, en vue d'empê~ cher l'échappement de presque toutes les poussières, le problème qui se pose est que le forage doit de préférence être continu et que, par conséquent, lorsqu'il faut vider le sac, il est préférable de ne pas couper l'alimentation en air qui enlève du trou les débris de coupe. Si cette alimentation en air n'est pas coupée, toutes les poussières présentes s'échapperont pendant un certain temps jusqu'à ce qu'un nouveau sac ou le sac vidé puisse être fixé au tube de sortie. De même la remise en place du sac doit être effectuéeà l'encontre de la pression exercée par l'écoulement dtair. De préférence, des mayens sont par conséquent prévus pour obturer la trémie de déchargement du cyclône, rapidement et temporairement, lorsque le sac de filtrage est détaché de cette trémie. Dans un mode de réalisation de cet agencement, une corde ou un câble 44 monte jusqu'au-dessus de la région centrale du cyclône et est guidé, à l'aide de tubes appropriés 45, 46 et 47, Jusqu'à une manette 48 agencée pour soulever un bouchon de forme conique 49 qui s'applique d'une manière étanche contre un joint flexible 50 maintenu par un anneau de retenue 51 par rapport à la bride 43 située à la base de la partie inférieure 8 du cyclône. L'obturation qui en résulte assure une étanchéité suffisante pour la majeure partie des poussières et convient pour empêcher temporairement (par exemple de 15 à 30 secondes) lé- chappement de poussières ou de matières humides, ce qui permet à un ouvrier de procédér au remplacement du réceptacle 20 sans aucune gêne, simplement en détachant les cordons tels que 52 des crochets tels que 53. Une ouverture 54 l'ordre de, par exemple, 5 cm de diamètre peut être prévue dans le bouchon conique 49 pour permettre un écoulement d'air ou d'eau alors que le bouchon est en position d'ouverture, de sorte que ce bouchon ne s'oppose pas au déport de matériaux lourds. De même cette ouverture a pour rôle dten- traSner hors du voisinage de l'ouvrier les poussières présentes sur les bords, lorsque cet ouvrier est en train d'enlever le réceptacle. De préférence aussi des moyens de suspension sont prévus pour le bouchon conique, par exemple des câbles tels que 55 qui se terminent par des crochets ou des boucles 56 qui coopèrent avec des boucles 57 fixées à la bride 43, afin de permettre au bouchon de descendre à la profondeur désirée pour permettre la sortie du matériau et d'empêcher toute rotation indésirable qui pourrait luL être imprimée autrement par l'é- nergie résiduelle des matériaux en mouvement tourbillonnaire à l'intérieur du cyclône. REVENDICATIONS 1. Moyens dépoussiéreurs commandés pour un courant de fluide contenant un matériau particulaire en suspension, caractérisés en ce qu'ils comportent, en combinaison r un cyclone, des moyens pour transporter le fluide au cyclône, des moyens qui introduisent d'une manière forcée le fluide sous pression dans une région d'entrée du cyclone, des moyens pour déposer pratiquement la totalité du matériau particulaire par 1 'intermédiaire d'une trémie de déchargement, à partir d'une région située en dessous d'un tourbillon résultant établi dans le fluide et une cheminée pour évacuer un courant de fluide, pratiquement dénué de poussières à partir d'une région située au-dessus du tourbillon précité. 2. Moyens dépoussiéreurs commandés selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils comportent des moyens obturateurs agencés pour boucher rapidement et temporairement, au moins en partie, la trémie de déchargement, sous la commande d'un opérateur. 3. Moyens dépousséreurs commandés selon la revendication l ou 2, caractérisés en ce qu'ils comportent au moins un tube extérieur d'évacuation de liquide communiquant avec l'intérieur du cyclône à un niveau situé en dessous de celui de l'extrémité d'entrée de la cheminée, afin d'extraire un liquide éventuellement contenu dans le matériau particulaire avant que ce dernier soit déposé par l'intermédiaire de la trémie de déchargement. 4. Moyens dépoussiéreurs commandés destinés à un dispositif hermétique fermé, destiné à prélever des échantillons de forage et associé à une installation de forage fonctionnant avec un fluide d'extraction, caractérisés en ce qu'ils comprennent, en combinaison : un cyclone, des moyens qui transportent un fluide contenant en suspension un matériau particulaire constituant un échantillon de forage du dispositif de prélèvement au cyclone, des moyens qui introduisentdune manière forcée le fluide sous pression dans une région d'entrée du cyclOne, des moyens pour déposer pratiquement la totalité des échantillons de forage, par l'intermédiaire d'une trémie de déchargement, à partir d'une région située en dessous d'un tourbillon résultant formé dans le fluide, une cheminée pour évacuer un courant de fluide pratiquement dénué de poussières à partir d'une région située au-dessus du tourbillon précité, et des moyens obturateurs agencés pour boucher, rapidement et temporairement, au moins partiellement, la trémie de déchargement sous la commande d'un opérateur. 5. Moyens dépDussiéreurs commandés, selon la revendication 4, caractérisés en ce qu'un réceptacle collecteur, destiné à recueillir le-dépot d'échantillons de forage, est fixé d'une manière amovible à la trémie de déchargement. 6. Moyens dépoussiéreurs commandés, selon la revendication 5, caractérisés en ce que le réceptacle est constitué par un sac de matière plastique transparent. 7. Moyens dépoussiéreurs commandés, selon l'une quelconque des revendications précèdentes, caractérisés en ce que des parties supérieure et inférieure du cyclone sont articules l'une à ltautre et agencées de manière à être fixées, d'une manière amovible, l'une à l'autre, avec interposition d'un joint élastique d'étanchéité, au moyen d'organes deagrafage. 8. Moyens dépoussiéreurs commandés, selon ltune quelconque des revendications précgdentes, caractérisés en ce qu'ils comprennent un ou plusieurs filtres amovibles, agences pour retenir les poussiers mais laisser passer librement le fluide, situés dans une région de sortie de la cheminée d ' évacuation ou communiquant avec une telle région. 9. Moyens dépoussiéreurs commandés, selon la revendication 3, caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens pour mesurer la quantité de liquide extrait.