Brevet FR2623561A1 — publié le 19890526

La présente invention concerne un dispositif pour la réalisation d'essais hydrauliques et/ou d'injections en fond de forage. Les essais hydrauliques en fond de forage, visant généralement à déterminer la perméabilité d'une tranche de terrain, consistent à isoler la partie du forage traversant cette tranche, puis à y injecter de l'eau en mesurant son débit et sa pression. Cette opération est actuellement réalisée en arrêtant le forage à la partie inférieure de la tranche sur laquelle on souhaite faire l'essai, en remontant l'appareil de forage, en descendant dans le forage un tube d'injection muni d'un obturateur,en positionnant cet obturateur au niveau supérieur de la tranche sur laquelle on souhaite faire l'essai, délimitant ainsi une chambre d'essais entre I'obturateur et le fond du forage, en injectant de l'eau dans cette chambre par l'intermédiaire du tube d'injection, et en relevant le débit et la pression en fonction du temps. Un tel essai nécessite par conséquent un temps considérable puisqu'il impose la remontée complète du train de tiges de forage et la mise en place du tube d'injection et de l'obturateur. Plus les forages sont profonds, plus ces manoeuvres sont longues et coûteuses. I1 en est de même lorsque l'on souhaite effectuer des injections à l'avancement dans le terrain. A chaque injection le train de tiges de forage doit être remonté. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un dispositif permettant de réaliser des essais hydrauliques et/ou des injections à l'avancement sans nécessiter la remontée du dispositif de forage. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif pour la réalisation d'essais hydrauliques et/ou d'injections en fond de forage, caractérisé par le fait qu'il comprend un système de forage colportant un train de tiges à l'extrémité inférieure duquel est monté un outil de forage, l'une des tiges étant munie d'un manchon obturateur gonflable à sa périphérie, le train de tiges possédant sur toute sa longueur un premier conduit d'alimentation débouchant à sa partie inférieure et, sur la partie de sa longueur située au-dessus du manchon obturateur, un deuxième conduit d'alimentation pour le gonflage du manchon, et en ce qu'il comporte en outre des moyens pour injecter un fluide dans ledit premier conduit et des moyens pour mesurer le débit et la pression du fluide injecté. Si la tige munie du manchon obturateur est disposée immédiatement au-dessus de l'outil, il suffit pour définir la hauteur de la chambre d'essais hydrauliques, de remonter le train de tiges de cette hauteur. Toutefois, si l'on est sûr que cette hauteur possèdera une hauteur minimale, il est possible d'éviter toute remontée en disposant la tige munie de l'obturateur à une distance de l'outil égale à cette hauteur minimale. Sme dans ce cas, il sera néanmoins possible d'obtenir une hauteur de chambre supérieure en remontant plus ou moins le train de tiges. On disposera également la tige munie de l'obturateur à une certaine distance de l'outil dans le cas où l'on souhaite effectuer des injections. Dans tous les cas, on utilise le premier conduit pour l'alimentation en fluide de perforation en cours de forage, pour l'alimentation en eau pendant l'essai hydraulique, et pour l'alimentation en coulis pendant les phases d'injections. L'autre conduit est uniquement destiné au gonflage du manchon obturateur. Ces deux conduits peuvent en particulier être concentriques dans la partie du train de tiges située au-dessus du manchon obturateur. Dans un mode de réalisation particulier on dispose des organes écarteurs sur le train de tiges, de part et d'autre de la tige munie du manchon obturateur. Ces organes écarteurs ont pour fonction de centrer dans le forage la tige munie du manchon obturateur de manière à éviter une usure prématurée de ce dernier par frottement sur les parois du forage. Plus particulièrement, ces organes écarteurs, et notamment celui qui est monté au-dessous de la tige munie du manchon obturateur, peuvent être constitués par des manchons aléseurs de manière à lisser la paroi du forage avant le passage du manchon. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels -la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif selon I'inventionr -la figure 2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle du train de tiges utilisé dans ce dispositif. Comme montré à la figure 1, ce dispositif comprend un système de forage comportant un train de tiges 1 suspendu par l'intermédiaire d'une tête de forage 2 qui permet d'une part son entratuement en rotation et d'autre part son alimentation en fluide de perforation à partir d'une pompe 3, par l'intermédiaire d'une canalisation 4 reliant la pompe à la tête de forage. Des mors de blocage 5 sont en outre prévus de façon connue pour permettre notamment l'adjonction de nouvelles tiges en cours de forage. La tige 1 comporte à sa partie inférieure un outil de forage 6 adapté au terrain à forer, par exemple un outil du type "rotary" comme un tricône ou un outil à lames pour des terrains tendres, ou un marteau fond de trou pour des terrains durs, ou tout autre outil connu de perforation. Dans sa partie intermédiaire, le train de tiges 1 comporte une tige 7 munie d'un manchon obturateur gonflable 8. La pompe 3 est reliée à un appareil de mesure et d'enregistrement 9 permettant de mesurer et d'enregistrer le débit 10 et la pression 11 du fluide injecté dans le train de tiges 1. Cet appareil 9 peut en particulier être intégré à un enregistreur de paramètres de forage qui possède alors deux modes de fonctionnement, à savoir un mode "enregistrement de paramètres" dans lequel les paramètres mesurés sont par exemple la profondeur du forage, la force exercée sur l'outil 6, la vitesse d'avance de la perforation, le couple de rotation exercé sur l'outil 6, la vitesse de rotation, la pression et le débit d'injection du fluide de perforation ou tout autre paramètre de forage tels que la vibration réfléchie, la retenue exercée sur l'outil 6, le temps de forage etc... et un mode "enregistrement d'essais hydrauliques" dans lesquels les paramètres enregistrés sont essentiellement la pression et le débit de l'eau injectées dans le train de tiges. Une telle intégration de l'appareil 9 à un appareil de mesure des paramètres de forage procure notamment l'avantage de pouvoir déterminer en temps réel, grâce aux paramètres de forage, les phases du forage où un essai hydraulique ou une injection est nécessaire. La figure 2 représente le train de tiges relié à la tête de forage 2 et comportant successivement un manchon de gonflage 12, un certain nombre de tiges 13 situées au-dessus de la tige 7 précitée, un manchon aléseur 14 muni de lames d'alésage 15, la tige 7, un deuxième manchon aléseur 16, un certain nombre de tiges 17 situées en dessous de la tige 7, et l'outil de forage 6. Les éléments du train de tiges situés au-dessus de la tige 7 comportent deux conduits concentriques, à savoir un conduit central cylindrique 19 et un conduit annulaire 20. Le conduit 19 est relie au conduit d'injection 21 de la tête de forage et se continue dans la partie inférieure du train de tiges pour déboucher au fond du forage au niveau de l'outil 6. Le conduit 20 est au contraire limité à la partie supérieure du train de tiges. I1 débouche à sa partie supérieure au niveau du manchon de gonflage 12 par l'intermédiaire d'un raccord du type push-pull où il peut être relié à une pompe 23 par l'intermédiaire d'une vanne 24 et d'un contrôleur de pression 25 muni d'un manomètre 26. Le conduit 20 débouche à sa partie inférieure au niveau de la tige 7 entre cette tige et le manchon 8, de manière à permettre le gonflage de ce dernier. Ce manchon 8, disposé à la périphérie de la tige 7 à laquelle il est fixé à ses extrémités, est réalisé dans un matériau élastique présentant une bonne résistance aux frottements. I1 est de préférence prévu interchangeable. Lorsque l'on désire en cours de perforation, procéder à un essai hydraulique ou à une injection, on immobilise l'outil 6 à la profondeur voulue et on nettoie le forage. Le train de tiges 1 étant bloqué par les mors 5, on procède au gonflage du manchon obturateur 8 à l'aide de la pompe 23 par l'intermédiaire du conduit annulaire 20. La pression de gonflage est maintenue et contrôlée grâce au contrôleur 25. On peut alors procéder à un essai hydraulique ou à une injection sans qu'il soit nécessaire de remonter le train de tiges et de descendre un obturateur. Cet essai s'effectue en injectant de l'eau à l'aide de la pompe 3 et du conduit 19 dans la tranche de terrain située entre le fond du forage et la tige 7. L'essai hydraulique se déroule comme un essai classique, par paliers, durant lesquels sont enregistrées, numérisées et stockées dans l'appareil 9, les mesures de pression et de débit en fonction du temps. Lorsque l'essai est terminé, il suffit de dégonfler l'obturateur 8 par l'intermédiaire de la vanne 24 et de poursuivre la perforation. Le dispositif selon l'invention procure par conséquent, un gain de temps considérable par rapport aux méthodes classiques d'investigations des sols. Par ailleurs, du fait de la disponibilité immédiate des résultats, il constitue une aide précieuse à la décision et à l'interprétation des essais hydrauliques. Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. C'est ainsi en particulier, que l'on peut utiliser le conduit central pour le gonflage de ltobturateur, et le conduit annulaire pour l'injection, contrairement au mode de réalisation décrit ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la réalisation d'essais hydrauliques et/ou d'injections, en fond de forage, caractérisé par le fait qutil comprend un système de forage comportant un train de tiges (1) à l'extrémité inférieure duquel est monté un outil de forage (6), l'une des tiges (7) étant munie d'un manchon obturateur gonflable (8) à sa périphérie, le train de tiges possédant sur toute sa longueur un premier conduit d'alimentation (19) débouchant à sa partie inférieure, et sur la partie de sa longueur située au-dessus du manchon obturateur un deuxième conduit d'alimentation (20) pour le gonflage du manchon, et en ce qu'il comprend en outre des moyens (3) pour injecter un fluide dans ledit premier conduit, et des moyens (9) pour mesurer le débit et la pression du fluide injecté. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la partie du train de tiges située au-dessus du manchon obturateur, lesdits premier et deuxième conduits sont concentriques. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que des organes écarteurs (14,16) sont montés sur le train de tiges de part et d'autre de la tige munie du manchon obturateur. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'au moins l'organe écarteur monté au dessous de la tige munie du manchon obturateur est constitué d'un manchon aléseur.