Brevet FR2502234A1 — publié le 19820924

La présente invention est relative à un moyen de gui- dage pour forage de roches destiné à guider un train de ti- ges de forage à percussion et comprenant un manchon de gui- dage qui peut tourner par rapport au train de tiges et est adapté à suivre axialement celui-ci au cours du fora- ge. L'invention vise en particulier un manchon de guidage et une tige de forage adaptés à être mis en oeuvre dans le moyen de guidage. Dans le forage de roches au moyen d'un train de ti- ges de forage à percussion comprenant une multiplicité de tiges de forage consécutives, le trépan présente normale- ment un diamètre plus grand que les manchons d'accouple- ment qui relient entre elles les tiges de forage, ce qui permet aux débris de forage d'être chassés du trou de forage et permet de faire tourner les tiges de forage. De ce fait, il existe un risque que le train de tiges de forage s'incurve, avec pour résultat que le trou n'ait pas la rectitude recherchée. A l'effet d'améliorer cette rectitude, il a été proposé de faire appel à des manchons de guidage particuliers qui présentent un plus grand diamètre que les manchons d'accouplement classiques et qui sont pourvus d'arêtes longitudinales destinées à lais- ser passer les débris de forage. Un manchon de guidage de ce type est décrit au brevet américain n0 3 136 377. Ces manchons de guidage de la technique antérieure sont conçus pour tourner solidairement avec le train de tiges de forage en fonctionnement normal. Cependant, au cas o un quelconque obstacle à la rotation du manchon de guidage intervient pendant le forage, l'opération de forage peut néanmoins se poursuivre car le train de tiges peut tour- ner indépendamment du manchon de guidage. En pratique, on a cependant constaté que les crêtes ou cannelures du manchon de guidage donnent lieu à une friction si forte contre la paroi du trou de forage que la rotation du train de tiges est rendue plus difficile, et que le manchon de guidage subit une usure importante à ses faces terminales. Le brevet américain n0 2 072 320 suggère de faire appel à des paliers de roulement entre le manchon de guidage et le train de tiges dans un train de tiges pour forage par rotation. Ceci constitue une solution onéreu- se, qui est de surcroît inapplicable au forage à percus- sion. mL'un des buts de l'inention est de proposer un moyen de guidage amélioré pour le guidage de trains de tiges de forage à percussion, lequel est exempt des inconvénients ci-dessus mentionnés. Un autre but de l'invention est de conformer le manchon de guidage et une tige de forage por-tan celui-Ai de telle façon que l'assemblage du manchon de guidage se trouve simplifié. A l'effet d'atteindre ces buts entre autres, l'inven- tion propose un moyen de guidage pour fo7rage de roches destiné à guider un train de tiges de forage a percussion et comprenant un manchon de guidage qui peut tourner par rapport au train de tiges et est adap b8 a suivre axiale- ment celui-ci pendant le forage, lequel moyen de guidage est caractérisé en ce que le manchon de guidage est pour- vu d'une portion radialement débordante vers l'intérieur à l'une de ses extrémités, ladite portion s'étendant radialement vers l'intérieur de la portion restante du manchon de guidage, en ce que le manchon de guaidage est lié par coopération de formes au train de tiges au moyen de ladite portion débordante vers l'intérieur au cours de l'avancement du train de tiges ainsi qu'au cours du retrait dudit train, et en ce que le manchon de guidage est disposé extérieurement et coaxialement à un manchon d'accouplement qui raccorde deux tiges de forage consé- cutives ou à un trépan de forage porté par ledit train de tiges. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus amplement de la description détaillée d'une forme de réalisation de l'invention qui est donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif. Il doit être bien entendu que cette forme de réalisation n'est qu'une illustration de l'invention et que diverses modifica- tions peuvent y être apportées sans que l'on sorte pour autant du cadre des revendications. La description se réfère au dessin annexé, sur lequel Fig. 1 représente la portion antérieure d'un train de tiges de forage à percussion muni d'un moyen de gui- dage selon l'invention; Fig. 2 est une vue en coupe prise suivant la ligne II-II de la fig. 1; et Fig. 3 représente à plus grande échelle le moyen de guidage de la fig. 1. Dans les dispositions représentées par la fig. 1, un train de tiges de forage à percussion qui est globale- ment désigné par le repère numérique 10 comprend une tige de forage antérieure 11, laquelle porte un trépan de forage pour roches 12. A l'arrière, la tige de fora- ge 11 présente une portion filetée 13 qui est raccordée de façon classique à une portion filetée 15 d'une tige de forage 16 au moyen d'un manchon d'accouplement 14. Un manchon de guidage 17 est disposé extérieurement et coaxialement au manchon d'accouplement 14. Le manchon de guidage 17 est pourvu d'arêtes ou cannelures 18 entre lesquelles peuvent circuler les débris de forage pendant le forage. Le diamètre extérieur du manchon de guidage 17, mesuré au niveau des arêtes 18, coïncide sensiblement avec le diamètre du trou de forage. En raison de la fric- tion s'exerçant entre les crêtes 18 et la paroi du trou de forage, le manchon de guidage 17 est donc normalement empoché de tourner. Selon l'invention, le manchon de guidage 17 est pourvu d'une portion 19 débordant radialement vers l'in- térieur de la portion restante du manchon de guidage. La portion 19 est adaptée à s'engager entre le manchon d'accouplement 14 et une portée annulaire 20 ménagée sur la tige de forage 11. Dans la forme de réalisation préfé- rée de l'invention, la portion 19 est située à l'extrémi- té antérieure du manchon de guidage lorsqu'elle est vue en regardant dans le sens de forage. Du fait de la conformation ci-dessus décrite, il y a création d'une liaison par coopération de formes entre le manchon de guidage 17 et le train de tiges 10, ce qui garantit que le manchon de guidage 17 suit axialement le train de tiges pendant le forage. Quant à la portion restante du manchon de guidage, celle-ci peut se déplacer librement dans le sens axial par rapport au train de biges 10 en raison de la présence d'un jeu radial qui est ménagé entre le manchon d'accouplement 14 et le manchon de guidage 17. En outre, il existe en jeu radial entre la portion 19 du manchon de guidage 17 et une porti0on. inUer- médiaire 21 du train de tiges située entre la portê-e 20 et le manchon d'accouplement 14. Comme on peut le voir en considérant la fig. 3, il existe un jeu radia entre la portion 19 d'une part et la portée 20 et le manchon d'accouplement 14 d'autre part. Ainsi, pendant le forage, le train de tiges tourne librement à l'intrieur du man- chon de guidage, cependant que ce dernier emp8che le train de tiges de fléchir radialement. A l'extrémité extérieure du manchon de guidage, le bord avant de la portion 19 tournée vers l'intérieur est chanfreiné ou arrondi, ce qui réalise un profil qui cor- respond à celui d'une surface annulaire 22 de la portée 20. La surface 22 formepar exemple, la surface d'enveloppe d'un tronc de c8ne ou d'un tore. La surface 22 peut être conformée de façon arbitraire, et être par exemple droite, convexe ou concave. A son extrémité opposéeamre, 18 portion 19 présente une face terminale 23 s'étendant sensiblement radialement. Au cours du forage, le manchon de guidage 17 est poussé vers le bas par les chocs du manchon d'accouplement 14 contre la face terminale 23. L'invention procure un assemblage simplifié du manchon de guidage 17. Lors de l'assemblage, on amène d'abord le manchon de guidage en butée contre la portée 20, et on fixe alors axialement le manchon de guidage en vis- sant le manchon d'accouplement 14 sur la tige de forage 11. L'invention peut être appliquée avantageusement à un agencement tel que celui représenté par la fig. 1, qui comprend un trépan 12 à prolongement axial, c'est-à-dire un trépan présentant une capacité de guidage améliorée, une tige de forage 11 qui est plus courte que les autres tiges de forage du train de tiges, et le manchon de guidage 17. Le trépan prolongé 12 améliore le guidage au cours de l'amorçage, c'est-à-dire du commencement d'un nouveau trou et du début de la pénétration dans la roche, et la tige de forage courte Il s'oppose à la flexion latérale du train de tiges entre le trépan 12 et le manchon de guidage 17. Au lieu de s'étendre en arrière de la portion 19 extérieurement au manchon d'accouplement 14, on considère que la portion principale du manchon de guidage 17 pour- rait s'étendre en avant de la portion 19 avec un léger jeu radial par rapport à la tige de forage 11. -Al. outre, on considère que la portion 19 pourrait être bloquée axialement entre la face terminale postérieure du trépan de forage 12 et un épaulement ménagé sur la tige de forage 11. Dans ce cas, la portion principale du manchon de guidage s'étendrait en arrière de la portion 19 avec un léger jeu radial par rapport à la tige de forage 11. Dans la forme de réalisation représentée, le man- chon de guidage 17 se prolonge axialement vers l'arrière sensiblement sur la même longueur que le manchon d'ac- couplement 14. Afin de rendre possible un désaccouplement mécanisé du manchon d'accouplement, lorsque nécessaire, il peut être adéquat de donner au manchon de guidage une longueur plus faible, par exemple de l'ordre de la moitié de celle du manchon d'accouplement. Dans la forme de réalisation représentée, le trépan 12 est conformé de façon à exercer une fonction de guidage. Le même effet de guidage peut être obtenu si l'on fait appel à un trépan ordinaire en conjugaison avec un man- chon de guidage selon l'invention. Dans ce cas, la posi- tion du manchon de guidage est inversée par rapport à celle représentée sur la fig. 1, de sorte que la portion 19 intérieurement débordante de celui-ci s'engage entre la face terminale postérieure du trépan et un collet prévu sur la tige de forage associée au trépan. La portion du manchon de guidage qui part de la portion 19 vers l'avant est ensuite disposée extérieurement à la portion pos- térieure plus étroite du trépan, et elle s'étend de pré- férence jusqu'au voisinage de la portion formant tête du trépan. A l'arrière du trépan 12 sont pré6vus des moyens de coupe destinés A faciliter le retrait du train de tiges. D'tune façon analogue, le manchon de guidage peut être lui aussi pourvu de moyens de coupe & son extrémité pos- térieure iorsqu'il est destiné A ttre monté sur le trépan. Dans ce cas,. un accouplement du tvpe & mâchoires peut alors 8tre prévu entre le manchon de guidage et le trépan, ledit accouplement donnrant- la possibilité au manchon do guidage et au trépan de tourner l'un par rapport à l'autre eu cours du forage, mais solidarisant le. manchon de guaLidage sans liberté de rotation au trépan lors du retrait du train de tiges. Une tige de forage selon il5uver.-en peut également être utilisée en conjugaison avec un nmchon de guidage qui présente un diamètre '_inMéeieur inférieue au diamÈtre extérieur du manchon d'accouplement. UnL el manchon de guidage est disposé entre la face terminale antérieure du manchon d'accouplement et l'épaulement annulaire, auquel cas la distance axiale entre la portion postérieure filetée de la tige de forage et l'épaulement est donc plus grande que la distance apparaissant sur les fig. 1 et 3. 250223 L REVTDICATION3 1. Dispositif de guidage pour forage de roches des- tiné à guider un train de tiges de forage à percussion (10) et comprenant un manchon de guidage (17) pouvant tourner par rapport au train de tiges et étant adapté à suivre axialement celui-ci au cours du forage, caractérisé en ce que le manchon de guidage (17) est pourvu à l'une de ses extrémités d'une portion (19) radialement débordante vers l'intérieur de la portion restante du manchon de guidage, en ce que le manchon de guidage (17) est lié par coopération de formes au train de tiges (10) au moyen de ladite portion débordante vers l'intérieur au cours de l'avancement du train de tiges (10) ainsi qu'au cours du retrait dudit train, et en ce que le manchon de guidage (17) est disposé extérieurement et coaxialement à un manchon d'accouplement (14) qui raccorde deux tiges de forages consécutives (11, 16) ou à un trépan (12) porté par ledit train de tiges. 2.- Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la portion radialement débordante vers l'intérieur (19) est adaptée & s'engager entre deux por- tions opposées (14, 20) radialement débordantes vers l'extérieur prévues sur le train de tiges (10) et/ou tournant avec lui. 3.- Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que le manchon de guidage (17) coopère par conjugaison des formes avec le train de tiges (10) à son extrémité antérieure, considérée en regardant dans le sens de forage, et est, quant au reste de sa longueur axiale, librement mobile par rapport au train de tiges (10). 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, comprenant une première tige de forage (11) qui est filetée au moins à l'une de ses extrémités, par laquelle elle est raccordée à une deuxième tige de forage (16) au moyen d'un manchon d'accouplement (14) pourvu de filets correspondants, caractérisé en ce que l'une des portions débordantes vers l'extérieur prévues sur le train de tiges (10), constituée de préférence par la portion antérieure considérée en regardant dans le sens de forage, 250223 L a est formée par une portée annulaire (20) ménagée suar la première tige de forage (11), en ce que l'autre portion débordante vers l'extérieur prévue sur le train de tiges (10), constituée de préférence par la portion pos- térieure considérée en regardant dans le sens de forage, est formée par le manchon d'accouplement (14), et en ce que le manchon de guidage (17) est disposé extérieure--ent au manchon d'accouplement (14) et coaxialerent à caZui-ci. 5.- Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'un jeu radial est ménagé entre la portion débordante vers l'intérieur (19) du manchon; de guidage (17) et une portion intermédiaire (21) prévue sur le train de tiges, ladite portion intermédiaire étant située entre les portions radialement débordantes vers l'extérieur opposées (14, 20). 6.- Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la portion débordante postérieure du train de tiges, considérée en regardant dans le sens de forage, est formée par une portée annulaire ménagée sur la première tige de forage du train de tiges, et en ce que la portion débordante antérieure prévue sur le train de tiges est formée par un trépan de forage porté par ladite première tige de forage. 7.- Manchon de guidage destiné à guider vun train de tiges de forage à percussion, c.aractérisé en ce que le manchon de guidage (17) est pourvu à l'une de ses extré- mités d'une portion (19) radialement débordante vers l'intérieur de la portion restante du manchon de guidage, ladite portion restante étant adaptée à s'étendre exté- rieurement et coaxialement soit à un manchon d'accouple- ment (14) avec ménagement d'un jeu radial entre ladite portion restante et ledit manchon d'accouplement, ledit manchon d'accouplement raccordant deux tiges de forage consécutives du train de tiges, soit à un trépan de fora- ge porté par le train de tiges avec ménagement d'un jeu radial entre ladite portion restante et ledit trépan. 8.- Nanchon de guidage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la portion (19) radialement débor- dante vers l'intérieur est chanfreinée ou arrondie au bord intérieur de la face terminale extérieure du manchon de guidage, ladite portion présentant à son extrémité opposée une face terminale (23) s'étendant sensiblement radialement. 9.- Tige de forage adaptée à porter un trépan de forage pour roches (2) et à ttre raccordée à une deuxième tige de forage (16) au moyen d'un manchon d'accouplement (14), et pourvue d'une portion filetée (13) à celle de ses extrémités qui coopère avec le manchon d'accouplement (14) et/ou avec le trépan, caractérisée en ce que la tige de forage (11) est pourvue d'une por- tion radialement débordante vers l'extérieur (20) qui est située axialement en dedans de ladite portion filetée et à proximité immédiate de celle-ci, en ce que la distance axiale entre la portion filetée (13) et la portion débordante (20) est sensiblement inférieure & la longueur, respectivement, du manchon d'accouplement (14) et du trépan de forage (12) , et en ce que la tige de forage est conformée de telle façon qu'une portion (19) radialement débordante vers l'intérieur prévue sur un manchon de guidage (17) qui guide le train de tiges peut être reçu entre ladite portion radialement débordante vers l'ex- térieur (20) et une face terminale ménagée, respectivement, sur le manchon de guidage (14) et sur le trépan de forage (12). 10.- Tige de forage selon la revendication 9, caractérisée en ce que la face terminale (22) de la por- tion débordante (20) dirigée vers la portion filetée (13) forme la surface d'enveloppe d'un c8ne tronqué.