Brevet FR2473105A1 — publié le 19810710

La présente invention se rapporte à un dispositif pour l'exécution de forages dirigés, notamment de trous de forage dans une mine de charbon, dispositif constitué par une tige de forage dirigé montée en arrière de la cou- ronne de forage dans le train de tiges de forage. Ces dispositifs sont destinés à amener les forages aussi près que possible du but fixé. Les forages dirigés revêtent une importance-particulièrement grande pou-r les forages de reconnaissance, d'approvisionnement ou de sauve- tage. Il est connu de monter une tige de forage dirigé rigide en arrière de la couronne de forage pour stabiliser le train de tiges de forage. Ces tiges de forage dirigé sont uniquement capables de stabiliser le train de tiges de forage mais elles sont incapables d-e supprimer les défauts du forage. En particulier, avec les tiges de forage dirigé de ce type, il n'est pas possible de corriger au cours du travail de forage une déviation qui croit progressivement par rapport à la direction de forage fixée à l'avance. Un inconvénient particulier consiste en ce que l'écart qui s'est formé au cours des travaux de forage ne peut être constaté avec précision qu'au niveau du but à atteindre. Du reste, on a déjà tenté de mettre en oeuvre des tiges de forage dirigé travaillant plus ou moins automatiquement à l'aide d'une commande à pendule. Cette commande est re- lativement coûteuse et elle peut conduire, à la suite d'er- reurs de réglage ou à la suite de pannes du dispositif à des déviations qui ne peuvent être vérifiées qu'au niveau du but à atteindre ou après l'achèvement du forage. Les erreurs de forage peuvent également avoir leur cause dans la plage d'inertie du dispositif de la commande à pendule. L'invention se donne pour but de créer un disposi- tif au moyen duquel il soit possible de contrôler aussi bien que de -corriger la direction du forage. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que la tige deforage dirigé comprend une partie 2- intérieure montée rotative et une partie extrî.eure fixe, la partie extérieure fixe portant des inclinomètres électriques ainsi que des lames directrices mobiles montées oscillantes. La tige de forage dirigé ainsi équipée permet de réaliser un contrôle continu de la direction du trou de forage au moyen des inclinomètres électriques et une correc- tion correspondante au moyen des lames directrices qui peu- vent être mises en extension par rapport à la partie exté- rieure fixe en fonction de la déviation. Pour ces opérations, la déviation indiquée par les inclinomètres électriques peut être transmise, par l'intermrdiaire de câbles de mesure passant dans le train de tiges de forage, au poste de commande, ou s'effectue une exploitation et bien d'o les lames directrices correspondantes sont commandées.Le contr6- le et la cmnnande se produisant par pas successifs, de préférence pendant les arrêts du forage, parce que les ébranlements et autres sources d'erreur sont exclues pendant ces inter- valles d'arrêt, mais la mesure et la commande peuvent éga- lement être exécutées pendant le forage. Les déviations du forage peuvent avantageusement être combattuz au moyen d'une tige de forage dirigé équi- pée de cette façon et dans laquelle les lames directrices sont montée sur la tête de la tige de forage dirigé et peuvent être écartées à l'aide de vérins hydrauliques agen- cés dans la partie supérieure de la tige. De cette façon, les corrections nécessaires peuvent être effectuées avec des courses extrêmement petites des vérins et en provoquant des mouvements d'écartement des lames analogues à ceux des baleines d'un parapluie. En même temps, ce mode de mon- tage et cette disposition des lames assurent une bonne pro- tection des éléments nécessaires pour la commande. Suivant une forme de réalisation de l'invention, il est prévu des électrovannes associées aux inclinomètres, qui règlent l'alimentation des vérins. Les électrovannes sont réglées de manière à solliciter les lames directrices en fonction analogique des données des inclinomètres. Pour le contrôle et pour éviter les erreurs de mesure, il est avantageux de disposer les inclinomètres en croix. Les erreurs de mesure peuvent alors être facile- ment détectées au poste de commande et compensées par des actions correctives. La pression de service nécessaire pour la commande hydraulique peut avantageusement être 'produite à l'inté- rieure même de la tige de forage dirigé. Suivant l'inven- tion, il est prévu à cet effet un excentrique monté sur la partie rotative de la tige de forage dirigé et par l'intermédiaire duquel la- pression de service nécessaire peut être produite, l'actionnement des vérins pouvant alors être obtenu, même pendant les arrêts du forage, grâce à- des accumulateurs hydrauliques interposés entre le généra- teur de pression et les vérins. Suivant une autre caractéristique de l'invention, pour éviter d'avoir à prévoir un câble d'alimentation pas- sant dans le train de tiges de forage et pour pouvoir pro- duire une tension d'alimentation suffisante à l'intérieur même de la tige de forage dirigé, il est prévu une roue dentée, fixée sur l'arbre d'une génératrice reliée à la partie extérieure fixe de la tige de forage dirigé, qui engrène avec une deuxième roue dentée fixée sur la partie rotative, on peut ainsi notamment obtenir une parfaite transmission de l'énergie de rotation lorsque la deuxième roue dentée est emmanchée sur la partie de la tige de forage dirigé montée rotative, qui constitue l'arbre de forage rotatif. Il est alors avantageux, pour éviter la présence de pièces saillantes, d'agencer la génératrice à l'intérieur de la partie fixe de la tige de forage diri- gé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la paroi interne de la partie extérieure fixe de la tige de forage dirigé forme le stator et la surface de la partie montée rotative forme le rotor. Le stator est alors cons- 24731 05 4- titué de préférence par un manchon tubulaire solidaire rigi- dement de la partie fixe tandis que le rotor est composé d'aimants permanents qui sont solidarisés par serrage-sur la partie montée rotative. Ce mode de construction présente un très faible encombrement et est particulièrement appro- prié pour les cas d'application prévus suivant l'invention. Un important avantage de l'invention consiste dans la possibilité de détecter facilement la déviation de la direction d'un forage par--des opérations de contrôle qui peuvent être répétées aussi souvent qu'on le désire et de supprimer ces déviations par des opérations de correction correspondantes.-Ceci permet d'éviter les coûts et les temps de forage additionnels, souvent considérables, qui sont la conséquence de la déviation d'un forage. Le progrès technique apporté par l'invention réside principalement en ce qu'avec une telle tige de forage diri- gé, on peut réaliser, du poste de forage, une correction automatique en cas de déviation de la direction par rapport- à la direction de forage prédéterminée en contrôlant en même temps la direction du forage au poste de forage. Le progrès technique réside encore dans le fait que les organes de mesure et de réglage logés dans la tige de forage peuvent être mis en action sans moyens supplémentaires d'amenée d'énergie. D'autres caractéristiques de l'invention apparai- tront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig. 1 représente une tige de forage dirigé, vue en coupe partielle; la Fig. 2 est une vue en coupe d'une tige de forage dirigé munie d'un dispositif de contrôle et de correction; la Fig. 3 représente une deuxième forme de réalisa- tion de la tige de forage dirigé suivant la Fig. 2. Ainsi que le montre la vue fortement schématisée de la Fig. 1, la tige de forage dirigé 1 incorporée dans le train. di tiges de forage est essentiellement constituée par une partie intérieure 3 rotative et par une partie extérieure fixe 4. La tige 1 est traversée suivant son axe par un canal d'injection 22 par lequel la couronne de forage.non représentée est alimentée en liquide d'injec- tion. A la tête 2 de la tige 1, des lames directrices 9 sont reliées à la partie fixe-4 de la tige 1 au moyen de supports 8. Ces lames directrices 9 peuvent être soumises à l'action de vérins 10, 11 agencés dans la région supé- rieure 6 de la tige 1, de manière à s'écarter de la partie fixe 4 dans la région inférieure 7 de la tige 1 lorsqu'elles sont sollicitées de façon correspondante. Les courses de tous les vérins sont unifiées par des limiteurs de course 12, des ressorts 13 associés aux limiteurs de course 12 garantissant en même temps que les lames 9,sont ramenées à leur position initiale lorsque la pression des vérins est relâchée. La commande des vérins 10, 11 est assurée par les électrovannes 16, 17 qui sont à leur tour commandées par les inclinomètres 14. De leur côté, les inclinomètres 14 sont agencés de manière que les déviations qu'ils détec- tent soient en même temps transmises au poste de commande par le câble de mesure ou par un autre moyen. La pression de service nécessaire pour la commande hydraulique est produite par la partie rotative de la tige 1, plus précisément par l'excentrique 23,qui lui est associée. Les accumulateurs hydrauliques incorporés 20, limités en pression, permettent l'actionnement des vérins , 11 pendant les arrêts du forage, le liquide nécessaire étant prélevé dans le réservoir 18 par le générateur de pression 19. Dans l'exemple représenté, l'alimentation en cou- rant des inclinomètres électriques 14 et des électrovannes 16, 17 est assurée par l'intermédiaire du câble 15 utilisé en même temps comme câble de mesure et de commande, ou par un autre moyen. 24731 05 Il est également possible de coupler directement les inclinomètres aux vérins de commande correspondants. Toutefois, dans ce cas, le contrôle ne peut pas être assuré du poste de forage sans moyens techniques supplémentaires. La Fig. 2 montre une autre possibilité pour fournir la tension d'alimentation nécessaire aux inclinomètres électriques 14 et aux électrovannes 16, 17. C'est à cette fonction qu'est destinée la génératrice 25 qui, pour sim- plifier est représentée montée sur la partie extérieure fixe 4 dans la vue de la Fig. 2. Sur l'arbre 26 est calée une roue dentée 27 qui engrène avec une deuxième roue - dentée 28. Cette roue dentée 28 peut être, par exemple, emmanchée sur la partie intérieure rotative 3 qui constitue l'arbre de forage. On peut d'ailleurs envisager de former cette roue dentée dans l'arbre de forage, c'est-à-dire dans la partie intérieure rotative 3, de manière que l'arbre de forage ne soit pas sollicité par des efforts additionnels. Sur la carcasse de la génératrice 25 sont prévues des bornes 29 sur lesquelles est prise la tension d'alimentation des appareils consommateurs, c'est-à-dire des inclinomètres électriques 14 et des électrovannes 16,17. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig. 3 la tige de forage dirigé 1 est construite de manière à ne comporter pratiquement aucune partie saillante. Le stator 30 est formé d'un manchon tubulaire qui est relié rigidement à la partie fixe 4 de la barre 1. Le rotor néces- saire est constitué par des aimants permanents qui sont solidarisés par serrage avec la partie intérieure rotative 3 de la tige 1. La tension d'alimentation nécessaire pour les appareils consommateurs est prise dans ce cas sur les bornes 32. - 7. 2473105. REVENDI CATIONS 1 - Dispositif pour l'exécution de forages dirigés, notamment de trous de forage dans une mine de charbon, qui est constitué par une tige de forage dirigé montée dans un train de tiges en arrière de la couronne de forage, caracté- risé en ce que la tige de forage dirigé (1) comprend une partie intérieure (3) montée rotative et une partie extérieure fixe (4), la partie extérieure (4) portant des inclinomètres électriques (14) et des lames directrices mobiles (9) montées oscillantes. - 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lames directrices (9) sont montées sur la tête (2) de la tige de forage dirigé (1) et peuvent être déplacées angulairement au moyen de vérins hydrauliques disposés dans la région supérieure (6) de la tige de forage dirigé (1). 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'aux inclinomètres (14), sont associées des électrovannes (16,17) qui règlent l'alimentation des vérins (10, 11). 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les inclinomètres-(14) sont disposés en croix. - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un excentrique est monté sur la partie rotative (3) de la tige de forage dirigé (1). 6 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des accumulateurs hydrauliques (20) sont intercalés entre le générateur de pression (1l) et les vérins (10,11). 7 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la partie extérieure fixe (4) de la tige de forage dirigé (1) est agencee une génératrice qui est entraú- née par la partie rotative (3) et qui alimente des accumula- teurs électriques logés dans la tige de forage dirigé. t473105 8 - Dispositif suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que, sur l'arbre (26) d'une génératrice (25) solidaire de la partie extérieure fixe (4) de la tige de forage dirigé (1), est calée une roue dentée (27) qui en- grène avec une deuxième roue dentée (28) calée sur la par- tie rotative (3). 9 - Dispositif suivant la revendication 8, carac- térisé en ce que la deuxième roue dentée (28) est emmanchée sur la partie rotative (3) de la tige de forage dirigé (1) qui constitue l'arbre de forage rotatif. 10. Dispositif suivant la revendication 8, caracté- risé en ce que la génératrice (25) est disposée à l'inté- rieur de la partie fixe (4) de la tige de forage dirigé (1). 11 - Dispositif suivant la revendication 1,'caracté- risé en ce que la paroi interne de la partie intérieure fixe (4) de la tige de forage dirigé (1) forme un stator (30) tandis que la surface externe de la partie rotative (3) forme un rotor (31). 12 - Dispositif suivant-la revendication 11, caracté- risé en ce que le stator-(30) est constitué par un manchon tubu- laire relié rigidement à la partie extérieure fixe (4) et le rotor par des aimants permanents qui sont solidarisés par serrage avec la-partie rotative (3).