Brevet FR2469549A2 — publié le 19810522

FR 2469549 A2 19810522 FR 7921021 A 19790808 Le brevet principal a pour objet un dispositif de forage profond entraîné en rotation et actionné à percussion par des explosifs ou par du gaz combustible, essentiellement constitué par un tuyau principal entrané en rotation, ou en rotation en va-et-vient, par un dispositif d'entraînement, et par un ensemble de percussion et de forage actionné à percussion par des explosifs ou par un gaz combustible. Dans le cas d'un actionnement à percussion par un gaz combustible, l'ensemble de percussion et de forage est constitué par une chambre d'explosion présentant à sa partie inférieure une membrane double, par une chambre de maintien et de guidage de outil, munie d'une jupe coulissante, par un dispositif d'amenée et par un dispositif allumage d'un gaz combustible. Un tel ensemble de forage et de percussion, actionné à percussion par un gaz combustible comprimé, dont l'allumage est effectué par une bougie, ou analogue, au moyen d'un contacteur électrique, n'est cependant pas approprié pour un forage sous l'eau, du fait que l'allumage nécessiterait alors un tres haut voltage, qui serait incompatible avec les normes de sécurité pour la protection du personnel. Le présent certificat d'addition a pour objet une variante de réalisation de l'ensemble de forage et de percussion actionné à percussion par un gaz combustible, permettant un forage sous l'eau avec un courant électrique de faible voltage. A cet effet, l'outil de forage est caractérisé en ce qu'il présente essentiellement une base semi-sphérique et est fermé à sa partie supérieure par une plaque mobile, l'outil de forage étant guidé à coulissement longitudinal sur la plaque mobile, et étant pourvu d'outils de coupe mobiles disposés sur toute sa surface, en ce que le volume intérieur de l'outil de forage, délimité vers le haut par la plaque mobile, et rempli partiellement dans sa partie inférieure d'eau, forme la chambre d'explosion pour le gaz combustible comprimé, et en ce qu'un dispositif d'allumage à friction, dont l'organe mobile est entraîné, lors du forage, par la rotation de l'ensemble de forage et de percussion, au moyen d'une roue de friction s'appuyant sur la paroi du puits, et dont ltélectrode est reliée à une conduite d'amenée de courant électrique, pénètre à I'intérieur de la chambre dexplosion. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dont la figure unique est une vue en coupe de l'ensemble de percussion et de forage conforme à l'invention. L'ensemble de forage et de percussion représenté au dessin annexé est muni d'un outil de forage 63 présentant une base semi-sphérique, et fermé à sa partie supérieure par une plaque mobile 64 solidaire du tuyau principal 65 par l'intermédiaire d'une cloche 66 reliée à un amortisseur de choc 67 solidaire du tuyau 65.La plaque mobile 64 est pourvue d'une de brides joue annulaire 68 de guidage à coulissement de l'outil 63 et/69 de maintien de l'outil 63 sur la plaque 64, ces brides 69 étant pourvues chacune dtun épaulement intérieur 70 coopérant avec un épaulement extérieur 71 de l'outil 63 en vue du maintien de ce dernier lors d'un soulèvement de l'ensemble. La liaison en rotation entre l'outil 63 et la plaque 64 est avantageusement réalisée au moyen de cannelures, ou analogues, prévues sur la joue 68 et sur l'outil 63. L'outil 63 est pourvu, sur toute sa surface, à intervalles réguliers, d'outils de coupe mobiles 72 guidés à coulissement dans le corps de l'outil 63, et munis chacun d'un arrêt de fin de course de recul, non représente et connu en soi, et du côté tourné vers l'intérieur de l'outil 63 d'un épaulement. La partie intérieure de l'outil 63 est creuse et remplie partiellement d'eau, délimitant avec la plaque 64, entre le niveau d'eau et cette dernière, une chambre d'explosion 73 pour le gaz combustible comprimé, qui est amené à l'intérieur de cette chambre 73 par l'intermédiaire d'une conduite 74. Dans cette chambre 73 débouchent, en outre, une conduite 75 d'amenée d'eau pouvant être reliée, soit avec l'intérieur du puits en cours de forage, soit avec une pompe disposée en surface, et une conduite 76 d'amenée d'air sous pression. Les conduites 74 à 76 sont munies chacune, à leur extrô- mite débouchant dans la chambre 73, d'une soupape anti-retour non représentée. En son centre, la plaque 64 est pourvue d'une soupape 77 mettant la chambre 73 en communication avec un espace annulaire dans lequel débouchent des tubes 78 d'évacuation des gaz brûlés. Cette soupape 77 est actionnée, par l'intermédiaire d'un levier 79, au moyen d'un vérin de commande 80. La plaque 64 est, en outre, traversée à joint étanche par des tuyaux 81 d'évacuation du produit de forage, ces tuyaux 81 étant également guidés à joint étanche dans la base de l'outil 63, où ils débouchent. Lestubes 78 et les tuyaux 81 sont de préférence disposés symétriquement par rapport à l'axe de la plaque 64 et de la soupape 77, et sont logés avec leur extrémité supérieure dans une plaque 82 qu'ils traversent, cette plaque 82 étant reliée, par l'intermédiaire d'un tronc de cone 83, dont la base recouvre tous les tubes et tuyaux, au tuyau principal 65 Les tubes 78 sont, en outre, reliés entre eux à l'intérieur du tronc de cône 83 dans un dispositif d'échappement 84 formant un étranglement à l'intérieur du tronc de cone 83 La chambre du vérin-de commande 80, tournée vers la plaque 64, est reliée à l'intérieur de la chambre 73 au moyen d'un conduit 85, muni à sa partie plongée dans la chambre 73 d'une soupape anti-retour 86, et d'une buse 87 tournée vers ltélectrode 88 du dispositif d'allumage à friction.L'autre chambre du vérin 80 est reliée à la conduite 76 d'amenée d'air sous pression par l'intermédiaire d'une soupape anti-retour non représentée, L'électrode 88 du dispositif d'allumage à friction est avantageusement constituée par une roulette de cuivre montée avec un léger jeu radial sur un axe 89 conducteur de I'électri- cité. Contre cette électrode 88 tourne l'organe mobile 90, qui se présente sous forme d'une roulette munie d'ergots frottant sur la surface de L'éLectrode 88, et générant ainsi des étincelles. Cet organe mobile 90 est monté de manière réglable en posi tion sur un axe 91, qui est relié à une roue de friction 92 montée sur une pièce en saillie 93 de la plaque 82 et appliquée contre la paroi du puits en cours de forage. La pièce 93 de la plaque 82, ainsi que l'axe 91, sortent de la cloche 66 par une ouverture 94 prévue à cet effet, la cloche 66 étant, en outre, pourvue de plusieurs autres ouvertures, permettant des inter ventions à l'intérieur de la cloche. Afin de réaliser une régulation de la pression à l'intérieur de l'outil 63 avant l'explosion du mélange de gaz et d'air comprimé, l'un des outils de coupe.mobiles 72, de préférencecelui disposé au centre de sa base, est pourvu d'un perçage calibré 95 permettant une légère fuite de l'eau. Pour le démarrage de l'ensemble conforme à l'invention, il peut également être prévu un dispositif, non représente, d'actionnement manuel ou automatique de la soupape 77, permettant un réglage du mélange explosif air - gaz. Enfin, l'outil 63 est également pourvu d'outils râcleurs fixes 96 s'étendant sur sa partie semi-sphérique selon ses génératrices, ces outils étant disposés symétriquement. Il est également possible, conformément à une variante de réalisation de l'invention, non représentée au dessin annexé, de monter l'outil de forage 63 sur l'ensemble de forage et de percussion actionné à percussion par des explosifs. Le dispositif conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante L'outil de forage 63 reposant au fond du puits à forer, de l'eau, de l'air, et du gaz combustible sont injectés, à travers les conduites 74 à 76 dans l'outil 63. Dès atteinte de la pression nécessaire à l'explosion du mélange air - gaz, qui correspond au volume nécessaire de la chambre d'explosion 73, c'est-à-dire à un volume dans lequel le dispositif d'allumage à friction est au-dessus du niveau de l'eau, le surplus d'eau étant éjecté à travers le perçage calibré 95, le tuyau principal 65 est mis en rotation en va-et-vient, et la roue de friction 92 entrante, par l'intermédiaire de l'axe 91, l'organe mobile 90, dont les ergots frottent contre l'électrode 88 en générant des étincelles, qui provoquent l'explosion du mélange air-gaz. Par cette explosion, les soupapes anti-retour des conduites 74 à 76 sont momentanément fermées, et un mélange de gaz de combustion éventuellement chargé d'eau pénètre à travers la soupape anti-retour 86 dans le conduit 85 et dans la chambre inférieure du vérin de commande 80 de la soupape 77, une partie de ce mélange étant projetée à travers la buse 87 sur l'électrode 88 qui est mise hors de cnntact des ergots de l'organe 90. La soupape 77 s'ouvre alors permettant le passage des gaz de -combustion vers les tubes 78, qui les amènent dans un dispositif d'échappement 84, d'oû ils se mélangent aux produits de forage et à l'eau aspirés à travers les tuyaux 81, favorisant ainsi le processus d'aspiration.Dès que la pression tombe à l'intérieur de la chambre 73, lteau, l'air et le gaz combustible y pénètrent à nouveau, et le vérin de commande 80 est ramené à sa position de départ sous l'effet de la pression régnant dans sa chambre supérieure. Le retour du piston du vérin a alors pour effet de chasser les gaz de combustion de la chambre inférieure à travers la buse 87, qui les projette sur l'électrode 88, de sorte que celle-ci est maintenue hors de contact des ergots de l'organe 90 jusqu'à ce que le niveau d'eau dans l'outil 63 dépasse l'ôlectrode- 88. I1 s'effectue alors une nouvelle montée en pression suivie d'une explosion, l'outil de forage 63 étant continuellement soumis à la rotation en va-etvient après la première explosion. Sous l'effet des explosions, les outils de coupe mobiles 72, ainsi que l'ensemble de l'outil 63 avec ses outils racleurs fixes 96, percute les parois du puits à forer en brisant les roches, qui sont arrachées par les outils râleurs fixes 96, au cours de la rotation en va-et-vient, et aspirées à travers les tuyaux 81 et le tuyau 65. Le courant électrique utilisé pour l'allumage du mélange est avantageusement un courant à faible voltage et à fort ampérage, de manière à permettre un travail en toute sécurité. La pression du mélange explosif est d'environ 10 kg/cm et la contre-pression fournie par l'eau est assurée au début du forage, et jusqu'a' 100 m de profondeur, par une pompe disposée en surface, la pression de cette dernière pouvant dtre remplacée, pour les plus grandes profondeurs, par la pression statique de l'eau du puits, la conduite d'amenée d'eau étant alors simplement munie d'un filtre, et le puits étant continuellement rempli d'eau. Grâce au dispositif de forage conforme à l'invention, il est possible de réaliser des puits de grand diamètre dans des terrains géothermiques favorables, par exemple à des profondeurs où le sol attaint 60 à 700 C, et de récupérer cette énergie géothermique. A cet effet, un puits conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il est pourvu, dans sa région géothermiquement favorable, d'un réservoir métallique, ou en matière synthétique bonne conductrice de la chaleur, entièrement étanche, s'appliquant par ses parois contre les parois du puits, et dans lequel circule un fluide à chauffer amené de la surface au moyen d'une pompe. Ainsi, à titre d'exemple, un puits de 1 m de diamètre et de 600 m de profondeur présentera une température de 200 C à 200 m et de 600 C à 600 m. En disposant dans ce puits un réservoir étanche, dansa partie s'étendant de 200 à 600 m de profondeur, ce réservoir présentera une surface de captage d'énergie 2 3 d'environ 1200 m et un volume utile d'environ 300 m avec un gradient de température de 400 C. Dans le haut de ce réservoir étanche peut alors etre introduite de l'eau, qui sera retirée chauffée dans sa partie inférieure. Cette eau peut oestre mise en circulation par une pompe à débit variable et servir, par exemple, de source chaude à un échangeur de chaleur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitez au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexe. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -REVENDICATIONS 1. Dispositif de forage profond entrante en rotation et actionné à percussion par des explosifs ou par du gaz combustible, suivant l'une- quelconque des revendications 1 à 16 du brevet principal, caractérisé en ce que l'outil de forage de l'ensemble de forage et de percussion, actionne à percussion par un gaz combustible, présente essentiellement une base semisphérique et est fermé à sa partie supérieure par une plaque mobile, l'outil de forage étant guidé à coulissement longitudinal sur la plaque mobile et etant pourvu d'outils de coupe mobiles disposés à intervalles réguliers sur toute sa surface, en ce que le volume intérieur de l'outil de forage, délimité vers le haut par la plaque mobile, et rempli partiellement dans sa partie inférieure d'eau, forme la chambre d'explosion pour le gaz combustible comprimé, et en ce qu'un dispositif d'allumage à friction, dont l'organe mobile est entraîné, lors du forage, par la rotation de l'ensemble du forage et de percussion, au moyen d'une roue de friction s'appuyant sur la paroi du puits, et dont l'électrode est reliée à une conduite d'amenée de courant électrique, pénètre à l'intérieur de la chambre d'explosinon 2.Dispositif, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque mobile est solidaire du tuyau principal par l'intermédiaire d'une cloche reliée à un amortisseur de choc solidaire dudit tuyau principal, la plaque mobile étant pourvue d'une joue annulaire de guidage à coulissement de l'outil de forage et de brides de maintien de l'outil de forage sur la plaque mobile, ces brides étant pourvues chacune d'un épaulement intérieur coopérant avec un épaulement extérieur de l'outil de forage en vue du maintien de ce dernier lors d'un soulèvement de l'ensemble, la liaison en rotation entre l'outil de forage et la plaque mobile étant avantageusement realisée au moyen de cannelures, ou analogues, prévues sur la joue et sur l'outil de forage 3.Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les outils de coupe mobiles sont guidés à coulissement dans le corps de l'outil de forage, et sont munis chacun d'un arret de fin de course de recul, et du coté tourné vers I'intérieur d'un épaulement, et en ce que l'outil de forage est muni d'outils r cleurs fixes s'étEndant sur sa partie semi-sphérique, selon ses génératrices, ces outils étant disposés symétriquement 4. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans la chambre d'explosion débouchent une conduite d'amenée d'eau, une conduite d'amenée d'air, et une conduite d'amenée de gaz combustible, munies chacune à leur extrémité débouchant dans la chambre d'explosion d'une soupape anti-retour, la conduite d'amenée d'eau pouvant être reliée soit avec l'intérieur du puits en cours de forage, soit avec une pompe disposée en surface. 5. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la plaque mobile est pourvue, en son centre, d'une soupape mettant la chambre d'explosion en communication avec un espace annulaire dans lequel debouchent des tubes d'évacuation des gaz brûlées, cette soupape étant actionnée, par l'intermédiaire d'un levier, au moyen d'un vérin de commande, et en ce que la plaque mobile est traversée à joint étanche par des tuyaux d'évacuation du produit de forage, ces tuyaux étant également guidés à joint étanche dans la base de l'outil de forage, où ils débouchent, les tubes d'évacuation des gaz brûlés et les tuyaux d'évacuation du produit de forage étant de préférence disposés symétriquement par rapport à l'axe de la plaque mobile et de la soupape, et étant logés avec leur extrémité supérieure dans une plaque qu'ils traversent, cette flaque étant reliée par l'intermédiaire d'un tronc de clone, dont la base recouvre tous les tubes et tuyaux, au tuyau principal, les tubes d'évacuation des gaz brûles étant, en outre, reliés entre eux à l'intérieur du tronc de cône dans un dispositif d'échappement formant un étranglement à l'intérieur dudit tronc de cône. 6. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre inférieure du vérin de commande est reliée à l'intérieur de la chambre d'explosion au moyen d'un conduit muni à sa partie plongée dans ladite chambre d'une soupape anti-retour, et dtune buse tournée vers ltélectrode du dispositif d'allumage à friction, l'autre chambre du vérin étant reliée à la conduite d'amenée d'air par l'intermédiaire d'une soupape anti-retour. 7. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ltélectrode du dispositif d'allumage à friction est avantageusement constituée par une roulette de cuivre montée avec un léger jeu radial sur un axe conducteur de ltélectricité, l'organe mobile dudit dispositif d'allumage se présentant sous forme d'une roulette munie d'ergots frottant sur la surface de l'électrode et générant ainsi des étincelles, cet organe mobile étant monté de manière réglable en position sur un axe qui est relié à une roue de friction montée sur une pièce en saillie de la plaque de montage des tubes d'évacuation des gaz brûlés et des tuyaux d'évacuation du produit de forage, et appliquée contre la paroi du puits en cours de forage, cette pièce en saillie ainsi que la roue de friction et son axe sortant de la cloche de liaison de la plaque mobile avec le tuyau principal, par une ouverture prévue à cet effet, la cloche étant, en outre munie de plusieurs autres ouvertures permettant des interventions à l'intérieur de ladite cloche. 8. Dispositif, suivant l'une queloonque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'un des outils de coupe mobiles, de préférence celui disposé au centre de la base de l'outil de forage, est pourvu d'un perçage calibré, 9. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un dispositif d'actionnement manuel ou automatique de la soupape d'échappement des gaz brQlés, permettant un réglage du mélange explosif lors du démarrage. 10. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le courant électrique utilisé est un courant à faible voltage et à fort ampérage. 11. Dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pression du mélange explosif est d'environ 10 kg/cm, et la contre-pression fournie par l'eau est assurée au début du forage, et jusqu'à 100 m de profondeur, par une pompe disposée en surface, la pression de cette dernière pouvant être remplacée, pour les plus grandes profondeurs, par la pression statique de l'eau du puits, la conduite d'amenée d'eau étant alors simplement munie d'un filtre. 12. Dispositif, suivant l'une quelconque des- revendications 1 à 3 et 5, et suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 du brevet principal, caractérisé en ce que l'outil de forage peut être monté sur un ensemble de forage et de percussiQn actionné à percussion par des explosifs. 13, Puits réalisé par mise en oeuvre du dispositif, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, ét suivant l'une quelconque des revendications 1 à 16 du brevet principal caractérisé en ce qu'il est pourvu, dans sa région géothermiquement favorable, d'un réservoir métallique ou en matière synthe- tique bonne conductrice de la chaleur, entièrement étanche, s'appliquant par ses parois contre les parois du puits, et dans lequel circule un fluide à chauffer amené de la surface au moyen d'une pompe et retiré chauffé dans la partie inférieure du réservoir,