Brevet FR2603941A1 — publié le 19880318

La présente invention concerne le domaine du forage de puits. D'une façon générale, deux techniques sont actuellement utilisées pour procéder au forage de puits. La première de ces techniques ,utilisée pour forer des puits de diamètre important,consiste à placer un ou des appareil(s) excavateur(s)sur le fond du puits. Ces appareils descendent au fur et à mesure de l'évolution du forage. Bien que cette technique soit largement utilisée, elle présente néanmoins divers inconvénients. Le plus souvent il est en effet nécessaire que du personnel descende au fond du puits pour arranger manuellement celui-ci. Par ailleurs, cette technique est limitée au forage de puits de grande section. La seconde technique, qui vise le forage de puits de plus petite section, consiste à placer un appareil excavateur sur un mât vertical supporté à partir du sol et descendu au fur et à mesure de l'évo- lution du forage. Une variante de cette technique consiste à remplacer l'appareil excavateur porté par le mât vertical, par un simple trépan. Cette technique de forage présente également divers inconvénients. L'inconvénient majeur semble résidé dans le fait que les sections de puits susceptibles d'être forées selon cette technique sont très limitées. De plus, la profondeur de puits obtenue à l'aide de cette technique est également plafonnée dans de nombreux cas. La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau dispositif et un nouveau procédé qui permettentle forage de puits dans une large gamme de diamètres,sans limitation de profondeur. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé de forage de puits qui n'exigent pas un arrangement manuel du fond de puits par du personnel. Ces différents buts sont atteints, selon la présente invention, grâce à un dispositif pour le forage de puits comprenant - une plateforme dont l'enveloppe périphérique possède une section inférieure à celle du puits à forer, - un appareil excavateur suspendu à la plateforme, et - une pluralité de semelles montées mobiles sur la plate forme entre une position déployée dans laquelle les semelles font saillie sur la périphérie de la plateforme pour prendre appui sur la surface interne du puits et immobiliser le dispositif de forage à hauteur choisie dans le puits, et une position escamotée, autorisant le déplacement vertical du dispositif de forage dans le puits. Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, la plateforme est formée d'une pluralité de poutres horizontales, de préférence aunombre de trois, reliées entre elles au centre de la plateforme qui est sensiblement coaxial à l'axe du puits, les poutres divergeant radialement par rapport au centre de la plateforme. Selon l'invention chaque poutre porte de préférence au moins une semelle à son extrémité libre. Selon un mode de réalisation considéré actuellement comme préférentiel, selon la présente invention, deux biellettes sont montées à pivotement sur l'extrémité libre de chaque poutre, chaque biellette portant elle-même à pivotement une semelle. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention les semelles possèdent une surface extérieure d'appui formée d'un secteur de cylindre et l'appareil excavateur est porté à pivotement sous la plate forme autour d'un axe vertical coaxial à l'axe du puits à forer. La présente invention propose également un procédé de forage de puits à l'aide du dispositif précité, qui comprend les étapes consistant à i) placer les semelles en position déployée en appui sur la surface interne d'un puits pour immobiliser le dispositif, ii) forer une hauteur déterminée du fond du puits à l'aide de l'appareil excavateur, iii) couler un anneau cylindrique de béton sur la périphérie du puits au niveau de ladite hauteur forée précédemment, iv) accrocher le dispositif à une potence placée audessus du puits, v) déplacer les semelles en position escamotée, vi) descendre le dispositif dans le puits d'une distance sensiblement égale à ladite hauteur de puits forée précédemment, grâce à un treuil ou équivalent placé sur la potence, vii) placer à nouveau les semelles en position déployée en appui sur la surface interne du puits pour immobiliser à nouveau le dispositif, et viii) réitérer les étapes ii) à viii). De préférence selon la présente invention, la hauteur de l'appareil excavateur est adaptée de telle sorte que les semelles prennent appui non pas sur le dernier anneau de béton coulé mais sur un anneau de béton coulé précédemment. D'autres caractéristiques buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une vue schématique latérale d'un dispositif de forage conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue de dessus de la plate- forme du dispositif conforme à la présente invention - les figures 3a à 3i illustrent schématiquement diverses étapes du procédé de forage conforme à la présente invention. Cn a représenté sur la figure 1 un dispositif pour le forage de puits conforme à la présente invention comprenant pour l'essentiel une plateforme 10, un appareil excavateur 100 suspendu à la plateforme et une pluralité de semelles 50 montées mobiles sur la plateforme 10. Comme cela apparaît en particulier à ltexamen de la figure 2, selon un mode de réalisation considéré actuellement comme préférentiel, la plateforme 10 est formée de trois poutres-11, 12 et 13. Ces poutres, horizontales à l'utilisation, sont reliées entre elles au centre de la plateforme référencé schématiquement 15 sur la figure 2. Le centre de la plateforme est sensiblement coaxial à l'axe 14 du puits. Les poutres 11, 12 et 13 divergent radialement à partir du centre de la plateforme 15. Les poutres 11, 12 et 13 sont régulièrement réparties angulairement autour de l'axe 14. En d'autres termes, l'écart angulaire défini entre deux poutres adjacentes 11, 12 et 13 est de l'ordre de 1200. Bien entendu la plateforme 10 peut être formée d'un nombre différent de poutres horizontales. Chacune des poutres 11, 12 et 13 porte au voisinage de son extrémité libre, opposée à la structure centrale 15, deux biellettes 20, 21. Les biellettes 20, 21 sont montées à rotation autour d'un axe commun 22. Cet axe 22, horizontal à l'utilisation, s'étend perpendiculairement à la direction d'élongation de la poutre associée 11, 12 ou 13. Les biellettes 20, 21 articulées sur chaque poutre autour de l'axe 22 sont respectivement inclinées vers le haut et vers le bas, vers l'extérieur de la plateforme, c'est-à-dire en direction de la paroi interne 80 du puits. Les biellettes 20, 21 portent chacune elle-même une semelle 50. Les semelles 50 sont montées à pivotement sur les biellettes 20, 21 autour d'un axe respectif référencé 51 sur les figures. On notera que les axes 51 d'articulation des semelles 50 sur les biellettes 20, 21 sont parallèles à l'axe d'articulation 22 des mêmes biellettes 20, 21 sur la plateforme 10. Pour l'essentiel, comme illustré-sur la figure 2, chaque semelle 50 est formée d'une plaque 52 constituée d'un secteur de cylindre complémentaire de la surface interne 80 du puits, et d'une chape 53, qui reçoit les axes d'articulation 51 précités. Chacune des biellettes 20, 21 est déplacée à pivotement autour de l'axe 22 associé par un vérin hydraulique 25. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le corps de chaque vérin 25 est articulé sur la plateforme 10 autour d'un axe 26. L'axe 26, horizontal à l'utilisation est parallèle aux axes 22 et 51 associés. Par ailleurs, la tige de piston de chacun des vérins 25 est articulée sur les biellettes 20, 21 au niveau de l'axe 51 définissant l'articulation entre les biellettes 20, 21 et les-semelles 50 associés. Les axes 26 d'articulation des vérins 25 sur la plateforme 10 sont placés radialement à l'intérieur des axes 22 d'articulation des biellettes 20, 21 sur la plateforme 10. En position d'extension des vérins 25, comme illustré sur la figure 1, les semelles 50 portées par les biellettes 20, 21 font saillie sur la périphérie de la plateforme 10 pour prendre appui sur la surface interne 80 du puits. Par contre, lorsque les vérins 25 sont commandés de la position d'extension précitée vers la position rétractée, ils commandent le pivotement des biellettes 20, 21 autour de l'axe 22, dans une position escamotée rapprochée de l'axe 14 du puits. Dans cette position escamotée, les semelles 50 ne font plus saillie sur l'extérieur de l'enveloppe périphérique de la plateforme 10. De ce fait, en position escamotée des semelles 50, le dispositif de forage conforme à la présente invention peut être déplacé verticalement dans le puits. Par ailleurs, les poutres 11, 12, 13 qui composent la plateforme 10 sont munies sur leur extrémité libre, opposée à la structure centrale 15,de galets 30. Les galets sont montés à pivotement sur la plate forme 10 autour d'axes 31. Ces axes 31 sont horizontaux à l'utilisation et parallèles aux axes 22, 51 et 26 précités. Une partie au moins des galets 30 s'étend sur l'extérieur des poutres 11, 12, 13 de telle sorte que les galets 30 peuvent rouler contre la paroi interne 80 du puits lorsque le dispositif est déplacé verticalement dans celui-ci, en position escamotée des semelles. En d'autres termes, les galets 30 ont une fonction de guidage du dispositif de forage lors de son déplacement vertical dans le puits. On notera, à l'examen de la figure 1, que de préférence la plateforme 10 supporte un ensemble de plancher et passerelle référencé schématiquement 40 sur la figure 1. Cet ensemble de plancher et passerelle sur lequel peut prendre position du personnel permet de faciliter le contrôle des opérations de forage. L'ensemble de plancher'et passerelle 40 précité peut prendre de nombreuses formes de réalisation. Pour cette raison, cet ensemble ne sera pas décrit plus en détail par la suite. On remarquera néanmoins qu'il est supporté audessus de la plateforme 10 précitée par des entretoises verticales référencées schématiquement 42. L'appareil excavateur 100 est monté à pivotement sous la plateforme 10 autour d'un axe sensiblement coaxial à l'axe 14 du puits. Les moyens supportant l'appareil excavateur 100 sous la plateforme 10 sont composés d'une couronne 102, d'un bras 104 et d'un montant 106. La couronne 102 est montée à rotation sous la plateforme 10 autour d'un axe 101 sensiblement coaxial à l'axe 14 du puits. Le bras 104 est fixé sur la couronne 102. Il s'étend radialement vers l'extérieur à partir de l'axe 101. Le bras 104 s'étend sensiblement vers le bas en direction de la paroi interne 80 du puits. Le montant 106 est vertical. Il est fixé sur l'extrémité radialement extérieur du bras 104. Ainsi, le montant 106 sur lequel est fixé l'appareil excavateur 100 proprement dit est excentré par rapport à l'axe 14 du puits. La couronne 102 engrène avec un pignon 108 entraîné par un élément moteur 110 pour commander le pivotement des éléments support 102, 104, 106 et de l'appareil excavateur 100 autour de l'axe 101. L'appareil excavateur 100 peut être formé de tous types d'engin de terrassement classique en soi, comme illustré schématiquement sur la figure 1. Pour cette raison, l'appareil excavateur 100 ne sera pas décrit plus en détail par la suite. On notera néanmoins que de préférence, l'appareil excavateur 100 comprend une pluralité de bras 140, 142 articulés entre eux. On notera par ailleurs que de préférence l'appareil excavateur 100 est équipé d'un système d'attache rapide des outils de travail pour permettre d'équiper l'appareil excavateur 100 alternativement de façon simple et rapide, de divers outils de travail tels que par exemple un godet référencé 122 sur la figure 1, un outil de démolition du type marteau pneumatique ou tout autre outil classique en soi. L'accès à l'appareil excavateur 100 et/ ou au fond du puits à partir de la plateforme 10 est facilité par des échelles verticales 130, 132 portées par l'appareil excavateur 100. De façon avantageuse, un système d'éclairage 70 est supporté sous la passerelle 10 pour faciliter les opérations de forage à l'opérateur commandant l'appareil excavateur 100. On va maintenant décrire le procédé de forage conforme à la présente invention en regard des figures 3a à 3i annexées. Comme illustré schématiquement sur la figure 3a, lors du démarrage du puits, les semelles 50 du dispositif prennent appui contre une charpente 200 placée sur le sol, sur la périphérie du puits. Cette charpente 200 peut également prendre de nombreuses formes de réalisation et sa structure ne sera donc pas décrite en détail par la suite. On notera néanmoins que de façon avantageuse, cette charpente 200 comprend au moins trois montants verticaux régulièrement espacés angulairement autour de l'axe du puits, pour servir d'appui aux paires de semelles 50 portées par chacune des poutres 11, 12 et 13 de la plateforme 10. Pour initier le forage du puits, on réalise en séquence les étapes consistant à -i) placer les semelles 50 en position déployée en appui contre la charpente 200 pour immobiliser le dispositif, comme illustré sur la figure 3a, -ii) forer une hauteur H déterminée du fond du puits à l'aide de l'appareil excavateur, comme illustré sur la figure 3b, -iii) couler un anneau cylindrique 300 de béton sur la périphérie du puits, au niveau de ladite hauteur H de puits forée précédemment (ou sur la majeure partie de cette hauteur), comme illustré sur la figure 3c, iv) accrocher le dispositif , à l'aide d'un moyen reférencé schématiquement 204 sur la figure 3c, à une potence 202 placée au-dessus du puits et avantageusement solidaire de la charpente 200, v) déplacer les semelles 50 en position escamotée par rétraction des vérins de commande 25 comme illustré sur la figure 3c, vi) descendre le dispositif dans le puits d'une distance sensiblement égale à ladite hauteur H de puits forée précédemment, grâce à un treuil ou équivalent placé sur la potence 202 et coopérant avec le moyen 204 précité, vii) placer à nouveau les semelles en position déployée en appui sur la surface interne de la charpente pour immobiliser à nouveau le dispositif, comme illustré sur la figure 3d, et viii) réitérer les étapes ii à viii) précitées pour creuser une nouvelle hauteur de puits avant de couler un nouvel anneau cylindrique de béton 300 et descendre à nouveau le dispositif de forage. Lorsque, comme illustré sur les figures 3f à 3i le dispositif de forage a creusé une hauteur de puits supérieure à la hauteur du dispositif lui-même, les semelles 50 prennent appui, non plus sur la charpente 200 mais sur les anneaux cylindriques de béton 300 coulés sur la périphérie du puits. Pour le reste les opérations de forage du puits à l'aide du dispositif conforme à la présente invention reste identique aux étapes ii) à viii) précitées réalisées en séquence. L'illustration des figures 3f à 3i correspond aux étapes consistant à i) placer les semelles 50 en position déployée en appui sur la surface interne du puits et plus précisément sur la surface interne d'anneaux 300 en béton pour immobiliser le dispositif (figure 3f), ii) forer une hauteur déterminée du fond du puits à l'aide de l'appareil excavateur 100, (figure 3g), iii) couler un anneau cylindrique 300Nde béton au niveau de ladite hauteur de puits forée précédemment (figure 3h), iv) accrocher le dispositif à une potence 202 placée au-dessus du puits à l'aide d'un filin 204 ou équivalent (figure 3h), v) placer les semelles 50 en position escamotée (figure 3h), vi) descendre le dispositif dans le puits d'une distance sensiblement égale à ladite hauteur de puits forée précédemment, grâce à un treuil ou équivalent placé sur la potence 102, (figure 3i), vii) placer à nouveau les semelles 50 en position déployée en appui sur la surface interne des anneaux 300 pour immobiliser à nouveau le dispositif, (figure 3i). On a illustré schématiquement sur les figures 3f et suivantes une pluralité d'anneaux cylindriques de béton référencés 300A à 300M coulés successivement sur la périphérie du puits au fur et à mesure du forage. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention la hauteur du dispositif de forage est adaptée de telle sorte que les semelles 50 prennent appui non pas sur le dernier anneau de béton coulé, mais sur un ou des anneau(x) de béton coulé(s) précédemment. Cette disposition permet de reprendre rapidement les opérations de forage, après coulage d'un anneau de béton,sans attendre la prise définitive de celui-ci, dans la mesure où au cours des opérations de forage consécutives, aucune contraite n'est exercée par les semelles 50 sur l'anneau 300 fraîchement coulé. La potence 202 utilisée pour contrôler les déplacements verticaux du dispositif de forage lorsque celui-ci est contenu entièrement dans le puits, lorsque les semelles 50 échappent à la charpente 200 peut être formée de la console 202 solidaire de la charpente 200 utilisée lors du démarrage du puits, ou d'une autre console remplaçant alors la charpente 200 devenue inutile. Cette potence 202 est également équipée d'un système de treuil ou équivalent non représenté sur les figures pour simplifier l'illustration permettant de remonter des containers référencés schématiquement 400 sur les figures pour évacuer à l'extérieur du puits les matériaux de terrassement. On notera que ces containers 400 peuvent aisément traverser la plateforme 10, entre les poutres 11, 12 et 13 composant celles-ci, de haut en bas pour venir reposer sur le fond du puits comme illustré sur la figue 1 en vue d'un chargement à l'aide du dispositif excavateur 100, puis de bas en haut, à l'aide du treuil porté par la potence 202, pour évacuer les matériaux de terrassement. Les trois poutres 11, 12 et 13 composant la plateforme 10 délimitent trois secteurs de 1200 autour de l'axe 14 du puits. Ces différents secteurs sont utilisés respectivement et alternativement 1) pour le terrassement à l'aide de l'appareil excavateur 10.0, 2)pour la réception des containers 400 en vue du chargement et de l'évacuation du matériau de terrassement et 3) pour le passage dest tuyaux de ventilation, conduits d'alimentation divers et échelle d'accès indispensable au fonctionnement du dispositif. On a schématiquement référencé sous la référence 206 les moyens prévus sur la plateforme 10 pour accrocher au filin,câble ou équivalent référencé 204 sur la figure, permettant de suspendre le dispositif de forage au treuil porté par la potence 202. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. On notera que grâce au dispositif de forage proposé par la présente invention le puits obtenu à l'aide de l'appareil excavateur est parfaitement cylindrique et ne nécessite pas de finition manuelle. C'est là un avantage important par rapport aux techniques de forage jusqu'ici proposées. R E V E N D I C A T I O N S =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=: 1. Dispositif pour le forage de puits caractérisé par le fait qu'il comprend - une plateforme (10) dont l'enveloppe périphérique possède une section inférieure à celle du puits à forer, - un appareil excavateur (100) suspendu à la plateforme (10), et - une pluralité de semelles (50) montées mobiles sur la platefomre (10) entre une position déployée dans laquelle les semelles font saillie sur la périphérie de la plateforme (10) pour prendre appui sur la surface interne du puits, et immobiliser le dispositif de forage à hauteur choisie dans le puits, et une position escamotée, autorisant le déplacement vertical du dispositif de forage dans le puits. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plateforme (10) est formée d'une pluralité de poutres (11, 12, 13) horizontales, reliées entre elles au centre (15) de la plateforme qui est sensiblement coaxial à l'axe (14) du puits, les poutres (11, 12, 13) divergeant radialement par rapport au centre de la plateforme. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que la plateforme (10) est formée de trois poutres horizontales (11, 12, 13) reliéee entre elles au centre (15) de la plateforme qui est sensiblement coaxial à l'axe (14) du puits, les poutres (11, 12, 13) divergeant radialement par rapport au centre (15) de la plateforme. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que chaque poutre (11, 12, 13) porte au moins une semelle (50) à son extrémité libre. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que deux biellettes (20, 21) sont montées à pivotement sur l'extrémité libre de chaque poutre (11, 12, 13), chaque biellette (20, 21) portant elle-même à pivotement une semelle (50). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les biellettes (20, 21) articulées sur chaque poutre (11, 12, 13) sont respectivement inclinées vers le haut et vers le bas, vers l'extérieur de la plateforme (10). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé par le fait que les biellettes (20, 21) articulées sur chaque poutre (11, 12, 13) sont respectivement inclinées vers le haut et vers le bas, vers l'extérieur de la plateforme (10), en étant sensiblement symétriques par rapport à un plan horizontal. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérise par le fait que les semelles (50) sont déplacées entre les positions escamotée et déployée, par des vérins (25). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les semelles (50) possèdent une surface extérieure d'appui formée d'un secteur de cylindre (52). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'appareil excavateur (100) est porté à pivotement, sous la plateforme (10), autour d'un axe vertical (101) coaxial à l'axe (14) du puits à forer. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la plateforme (10) est équipée de moyens d'accrochage (206) permettant de suspendre le dispositif à une potence (202) placée au-dessus du puits afin de contrôler le déplacement vertical du dispositif lorsque les semelles (50) sont placées en position escamotée. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que la plateforme (10) est munie en périphérie de galets (30) aptes à rouler contre la paroi interne du puits lorsque le dispositif est déplacé verticalement dans celui-ci en position escamotée des semelles (50). 13. Procédé de forage de puits à l'aide du dispositif conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à -i) placer les semelles (50) en position déployée en appui sur la surface interne d'un puits pour immobiliser le dispositif, -ii) forer une hauteur déterminée du fond du puits à l'aide de l'appareil excavateur (100), -iii) couler un anneau cylindrique (300) de béton au niveau de ladite hauteur de puits forée précédemment, -iv) accrocher le dispositif à une potence (202) placée au-dessus du puits, ov) déplacer les semelles (50) en position. escamotée, -vi) descendre le dispositif dans le puits d'une distance sensiblement égale à ladite hauteur de puits forée précédemment, grace à un treuil ou équivalent placé sur le potence (202), -vii) placer à nouveau les semelles (50) en position déployée en appui sur la surface interne d'un puits pour immobilier à nouveau le dispositif, et viii) réitérer les étapes ii) à viii). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que lors du démarrage du puits les semelles (50) prennent appui contre une charpente (200) placée sur le sol sur la périphérie du puits. 15. Procédé selon l'une des revendications 12 ou 14, caractérisé par le fait que la hauteur du dispositif est adaptée de telle sorte que les semelles (50) prennent appui non pas sur le dernier anneau de béton coulé mais sur un anneau de béton coulé précédemment (300).