Brevet FR2535781A1 — publié le 19840511

L'invention se rapporte à un procédé de traversée rapide des terrains inintéressants au cours d'un forage de recherches minières, et tout particulièrement au cours d'un forage incliné, ainsi qu'à l'appareil de mise en oeuvre du procédé précité. Afin d'accroître la rapidité d'évacuation des carot- tes on utilise des carottiers dont la remontée s'effectue par câble à l'intérieur du tube extérieur du carottier. Cependant bien que ce mode de récupération des carottes soit rapide en lui-même, puisqu'il supprime les longues opéra- tions de remontée du train de tiges, il nécesite des remon- tées fréquentes du carottier, au moins tous les trois mètres de forage. On a tenté de réduire le nombre de remontées par la création de carottiers de plus grande longueur, de six mè- tres par exemple Cependant l'expérience montre qu'en fait la remontée du carottier au câble doit se produire bien avant le forage théorique de six mètres En effet, l'état des carottes variant avec les conditions de forage rencon- trées, les carottes se bloquent souvent dans le carottier en raison de l'effet de coin provoqué par leur cassure en bi- seau En outre dans les cas très rares o le forage peut se poursuivre jusqu'à six mètres sans rupture et blocage de la carotte, celle-ci devient très difficile à retirer du carot- tier Il en résulte que l'on n'a pu réduire jusqu'à ce jour le nombre et la fréquence de remontée du carottier. L'objet de l'invention est un procédé de traversée rapide des terrains inintéressants, au cours d'un foragqe de recherches minières, et tout particulièrement dans le cas de forages inclinés, selon lequel on procède à la traversée des terrains en utilisant le procédé de carottage au câble, caractérisé en ce que l'on réduit le diamètre de la carotte à un diamètre de l'ordre de 10 à 30 mm, pour un diamètre de forage de 70 à 140 mm,en ce que l'on provoque la cassure de la carotte en fractions de petite longueur et en ce que l'on recueille les fractions de la carotte dans un espace annu- laire compris entre un tube de guidage axial de la carotte et un tube extérieur de diamètre légèrement inférieur à celui du tube extérieur du carottier. Suivant une caractéristique complémentaire de l'in- vention on provoque la cassure du sommet de la carotte par déviation latérale de celle-ci au-dessus de sa surface de guidage axial. La rupture de la carotte, de diamètre réduit, étant provoquée, de préférence, à son sommet par déviation au-des- sus d'un espace annulaire permet de recueillir alors en une seule passe une carotte et un ensemble de fractions de ca- rotte correspondant aux terrains traversés sur une longueur de l'ordre de 3 à 4 fois supérieure à celle du carottier utiisé. Une autre caractéristique du procédé est de facili- ter l'utilisation de carottiers de grande longueur sans risque de blocage de la partie de la carotte non encore fractionnée en donnant à l'espace de guidage axial de l a carotte un diamètre suffisant pour éviter tout blocage par effet de coin par la réduction du diamètre de la carotte par rapport au diamètre de son guidage axial. On peut ainsi obtenir au moyen de carottiers de six mètres des traversées de terrains de l'ordre de plus de 20 mètres sans remontée du carottier. Un autre objet de l'invention est un appareil de mise en oeuvre du procédé ainsi défini caractérisé en ce que l'élément du carottier, remonté au câble et comprenant un ensemble de fractions de carotte, comporte un récipient tubulaire et annulaire comprenant une paroi tubulaire exter- ne obturée,à son extrémité supérieure,par une paroi termi- nale et,à son extrémité inférieure, par un fond annulaire, et un tube de guidage axial de la carotte dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre de la carotte découpée par la couronne de forage et qui s'étend vers le haut à partir de l'orifice central du fond annulaire, jusqu'à une certaine distance de la paroi terminale supérieure, la paroi tubulaire externe ayant un diamètre inférieur au diamètre interne du tube extérieur porteur de la couronne, et des moyens pour casser la carotte en fractions de petite lon- gueur. De préférence le tube de guidage axial de la carotte est prolongé vers le haut par une pièce de déviation laté- rale prolongeant une partie seulement de la paroi du tube de guidage axial de la carotte jusqu'à la paroi terminale. Ainsi, quel que soit le type de la couronne utilisée qui peut, selon les terrains traversés, être un outil au diamant, on réduit d'une façon considérable les temps de perte de remontée du carottier par simple remontée d'un récipient annulaire comportant une carotte accompagnée d'un nombre de fractions de carottes dont la longueur totale, de l'ordre de 3 à 4 fois la hauteur du carottier, peut corres- pondre à une traversée des terrains sur une longueur de plus de 20 mètres. On parvient, au moyen d'un tel procédé, à réaliser des forages inclinés sans remontée du carottier sur des longueurs de forage exceptionnellement grandes et au moyen de machines de sondage de type conventionnel alors que jus- qu'à ce jour, et dans des conditions tout à fait exception- nelles, on ne pouvait forer au delà de passes de 6 mètres. En outre et contrairement aux carottiers de 6 mètres, l'ex- traction de la carotte accompagnée des fractions de carotte s'effectue en un temps extrêmement court La vitesse d'avan- cement des sondages est ainsi accrue de façon considérable, quel que soit le type des terrains rencontrés et sans avoir à modifier les machines de sondage déjà existantes. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront au cours de la description suivante faite en référence au dessin annexé qui représente à titre d'exemple non limitatif et sous forme schématique un moyen de mise en oeuvre de la présente invention. Sur le dessin la figure unique est une vue en coupe axiale de la couronne de forage et de son tube carottier annulaire. Bien que la couronne de forage puisse être quelcon- que, à condition, évidemment, de ne pas réduire le gain de temps obtenu par le procédé par une attaque défectueuse des terrains, on choisit de préférence une couronne au diamant. Celle-ci a été représentée d'une façon purement schématique en 1 L'avantage d'un tel choix est d'éviter une usure pré- maturée de l'outil Selon l'invention, le diamètre choisi est de l'ordre de 10 à 30 mm, pour un diamètre de forage de l'ordre de 70 à 140 mm De ce fait la couronne 1 délimite un orifice central la, ayant un petit diamètre de 10 à 30 mm et servant à découper la carotte 10. La couronne est raccordée par tous moyens usuels en 2 au tube extérieur 3, ce tube étant entrainé en rotation par toute machine de surface appropriée permettant la remon- tée au câble du carottier. L'élément remonté au câble se présente sous la forme d'un récipient tubulaire 4 à section droite de forme annu- laire Il est formé d'une paroi externe tubulaire 5 -voisine du tube extérieur 3 du carottier et qui est obturée, à sa partie terminale supérieure opposée à la couronne 1, par une paroi transversale 6 Le récipient tubulaire 4 comprend en outre un fond annulaire 7 prenant appui sur la face interne supérieure 8 de la couronne 1, ainsi qu'un tube de guidage axial 9 de 'la carotte 10 partant du centre du fond 7 Ce tube a un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre de la carotte 10 découpée par la partie centrale de la cou- ronne 1 Le tube de guidage 9 se termine, à son extrémité supérieure 11, à une certaine distance de la paroi termi- nale supérieure 6 et un élément de déviation 12 prolonge une partie du tube de guidage 9 de la carotte 10 jusqu'à la paroi terminale 6 Cet élément de déviation part d'une par- tie lla du bord circulaire supérieur 11 du tube et est in- cliné vers l'axe xy du tube 9 qu'il recoupe de préférence. On peut, selon les terrains rencontrés et le choix des matériels utilisés, prévoir un moyen usuel de rupture de la base de la carotte 10 schématisé en 13,et qui ne sera pas décrit, ce dispositif ne faisant pas partie en soi de l'in- vention et pouvant être de tout type connu. Au cours de la traversée des terrains dépourvus d'intérêt, on utiise le carottier qui vient d'être décrit. La carotte 10 en formation ayant un diamètre légèrement inférieur au tube de guidage 9, celle-ci ne peut se casser en biseau pour former des coins de blocage à l'intérieur du tube de sorte que l'on est certain de pouvoir forer en une seule passe une hauteur égale à celle du tube 9 Lorsque le sommet de la carotte atteint l'extrémité supérieure du tube 9 et sort de ce tube, elle rencontre l'élément de déviation 12, qui la repousse latéralement, en la faisant pivoter autour de la partie llb du bord 11 du tube qui est opposée à l'élément de déviation 12 et qui peut être légèrement incur- vée vers l'extérieur, comme il est représenté sur le dessin. Ceci provoque une rupture aisée de la carotte et ce d'autant plus que le diamètre de la carotte qui est de l'ordre de 10 à 30 mm, pour un diamètre de forage de 70 à 140 mm, est bien inférieur à celui des carottes usuelles Les fractions de carottes 14 ainsi détachées tombent dans l'espace annulaire compris entre les tubes 5 et 9 et s'entassent alors au-des- sus du fond annulaire 7 Connaisant la capacité moyenne du récipient 4 en nombre de fractions de carotte 14, il suffit d'arrêter le forage et de procéder à la remontée de ce récipient 4 soit après une longueur d'avancement prédé- terminée soit lors du ralentisement de l'avancement de l'ou- til L'examen de la carotte et des fractions permet de con- trôler le passage des terrains sans intérêt tout en procé- dant à un forage rapide et précis. Bien que l'on n'ait décrit que d'une façon purement schématique le nouveau type de carottier mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention, il est clair que de nom- breuses modifications et additions pourraient être apportées au dessin sans sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que l'on pourrait utiliser des types différents de profil de la couronne diamantée Le tube carottier pourra être de formes, 1 ongueurs et diamètres différents suivant le terrain foré. Le dispositif de rupture de la carotte pourra être placé ailleurs qu'au sommet du tube et de principe et de forme différents de ceux présentés dans le schéma de prin- cipe. Le système rupteur et extracteur de carottes, à la base du petit tube central 9, sera de principe et de forme différents suivant les types de terrains rencontrés. REVENDICATIONS 1 Procédé de traversée rapide des terrains ininté- ressants, au cours d'un forage de recherches minières, et tout particulièrement dans le cas de forages inclinés, selon lequel on procède à la traversée des terrains en utilisant le procédé de carottage au câble, caractérisé en ce que l'on réduit le diamètre de la carotte ( 10) à un diamètre de l'ordre de 10 à 30 mm, pour un diamètre de forage de 70 à mm, en ce que l'on provoque la cassure de la carotte (la) en fractions ( 14) de petite longueur et en ce que l'on recueille les fractions ( 14) de la carotte dans un espace annulaire compris entre un tube ( 9) de guidage axial de la carotte ( 10) et un tube extérieur ( 5) de diamètre légère- ment inférieur à celui du tube extérieur ( 3) du carottier. 2 Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on provoque la cassure du sommet de la carotte ( 10) par déviation latérale de celle-ti au-dessus de sa surface de guidage axial ( 9). 3 Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2 caractérisé en ce que l'on utilise un tube ( 9) de guidage axial de la carotte ayant un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre de la carotte, pour élimi- ner les risques de cassure de celle-ci. 4 Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'on remonte au câble simultanément une carotte ( 10) de longueur égale à la hauteur du carottier et un en- semble de fractions de carotte ( 14) dont la longueur totale est de l'ordre de 3 à 4 fois la hauteur du carottier. Appareil de mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément du carottier, remonté au câble et com- prenant un ensemble de fractions ( 14) de carotte, comporte un récipient tubulaire et annulaire( 4) comprenant une paroi tubulaire externe ( 5) obturée,à son extrémité supérieure,par une paroi terminale ( 6) et,à son extrémité inférieure,par un fond annulaire ( 7), et un tube de guidage axial ( 9) de la carotte( 10) dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre de la carotte découpée par la couronne de forage ( 1) et qui s'étend vers le haut à partir de l'orifice cen- tral du fond annulaire, jusqu'à une certaine distance de la paroi terminale supérieure ( 6),la paroi tubulaire externe ( 5) ayant un diamètre inférieur au diamètre interne du tube extérieur ( 3) porteur de la couronne ( 1), et des moyens ( 12) pour casser la carotte en fractions ( 14) de petite longueur. 6 Appareil suivant la revendication 5 caractérisé en ce que la paroi terminale supérieure ( 6) obturant la paroi tubulaire externe ( 5) sert de support à une pièce de déviation latérale ( 12) de la carotte ( 10). 7 Appareil suivant la revendication 6 caractérisé en ce que la pièce de déviation latérale ( 12) est rattachée à l'extrémité supérieure ( 11) du tube de guidage axial ( 9), sur une partie de celui-ci (lla) diamétralement opposée à une partie libre (llb) du bord du tube axial ( 9) - 8 Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations 5 à 7 caractérisé en ce que la capacité de l'espace récepteur des fractions de carotte ( 14) est telle qu'elle correspond à une longueur non -fractionnée de carotte égale à 3 à 4 fois la hauteur du tube de guidage axial ( 9). 9 Appareil suivant l'une quelconque-des revendi- cations 5 à 8 caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du tube axial de guidage ( 9) de la carotte ( 10) est pourvu d'un moyen ( 13) de rupture de la base de la carotte ( 10). Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations 5 à 9 caractérisé en ce que la couronne ( 1) est une couronne de forage au diamant à avance rapide.