Brevet FR2982634A1 — publié le 20130517

GABARIT D'ALIGNEMENT DE PLAQUE SUPERIEURE ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention. La présente invention concerne un dispositif de plate-forme et de gabarit d'alignement de plaque supérieure destiné à installer simplement et facilement une pluralité de tuyaux, tubes, flexibles ou barres suivant des angles multiples dans le sol à partir d'un site de petite surface. En particulier, la présente invention concerne un dispositif de plate-forme et de gabarit d'alignement de plaque supérieure qui peut être utilisé pour des applications d'installation de pompage de sources de chaleur souterraines, pour des applications d'ancrage, et pour installer des équipements géophoniques dans des applications sismiques. 2. Art antérieur. On utilise des tuyaux, tubes, flexibles ou barres souterrains dans de nombreux types d'applications. A titre d'exemple, on utilise des pompes pour sources de chaleur souterraines dans des systèmes de chauffage et de refroidissement de bâtiments. La terre est utilisée comme une source de chaleur en hiver et comme un puits de chaleur en été. Une boucle de circulation de fluide est utilisée pour échanger la chaleur entre la terre et un bâtiment. Une pompe déplace le fluide depuis un échangeur de chaleur à travers la boucle sous la surface de la terre afin d'échanger la chaleur avec le sol avant de revenir à la surface. Le tuyau formant la boucle de fluide contiendra un mélange de fluide, comme du fréon, de l'eau et de l'antigel. Une série de tuyaux ou de tubes s'étendra typiquement plus ou moins verticalement dans le sol à travers des trous forés entre cinquante (50) et cinq cents (500) pieds de profondeur. Des paires de tuyaux sont réunies par un connecteur en U afin de distribuer le fluide vers le fond du trou et de le ramener à la surface. Les tuyaux sont typiquement installés de manière espacée régulièrement les uns des autres, par exemple à vingt (20) pieds les uns des autres. Les trous de forage peuvent être remplis d'un ciment entourant les tuyaux afin d'assurer une connexion thermique avec le sol ou la roche souterrain(e). Cette installation exige le déplacement de l'équipement de forage plusieurs fois pour les multiples trous de forage et provoque des perturbations considérables en termes de temps et d'occupation du site en surface. Un autre exemple concerne les applications d'ancrage, dans lesquelles on crée un trou unique ou de multiples trous. Un tube de section pleine, ou un câble, est alors installé sous la surface et cimenté en position. En variante, on peut enfoncer des barres dans le sol. Les dispositifs d'ancrage peuvent être utilisés pour différentes applications. Un exemple non limitatif serait l'ancrage d'une installation de forage flottante, ou d'une plate-forme de forage sur un fond marin ou au fond de la mer. Encore un autre exemple d'une autre application est la détection de signaux sismiques à l'aide de capteurs dans des trous de forage sous la surface de la terre. Un certain nombre de capteurs acoustiques, comme des géophones souterrains, convertissent le mouvement du sol en tension électrique. Les géophones sont insérés dans des trous de forage allant dans des directions multiples sous la terre. Les géophones sont utilisés pour détecter une activité sismique de la terre, ou, en variante, pour détecter des signaux sismiques artificiels. Les données obtenues peuvent être utilisées pour surveiller des activités sismiques telles que des tremblements de terre. Les données peuvent aussi être utilisées pour enregistrer des conditions souterraines, par exemple pour prédire l'emplacement de nappes souterraines de pétrole et de gaz. Les ondes sismiques produites par des explosions ou des sources contrôlées de vibrations constituent une des méthodes principales d'exploration souterraine. 25 Bien qu'il soit possible de forer de multiples trous ou trous de forage avec un équipement de perçage ou de forage, il faut tenir compte du coût de l'installation de l'équipement de forage et de son démontage, pour chaque trou de forage séparé à percer. Il serait avantageux de pouvoir réaliser une 30 mobilisation plus rapide pour fournir un système impliquant moins de démontage, de déplacement et de temps d'installation et de coûts, par comparaison avec le perçage de multiples trous de forage. Il serait aussi avantageux de fournir un système laissant l'empreinte en surface la plus petite possible pour le perçage ou le forage de multiples trous de forage souterrains. II serait aussi avantageux, dans des applications d'ancrage, de disposer d'une prise aussi ferme que possible à partir d'un emplacement unique. Il serait aussi avantageux de fournir un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure qui puisse être installé dans une cavité dans le sol puis cimenté en place pour former une plate-forme solide pour un équipement de perçage ou de forage de trous ou de trous de forage multiples. Il serait aussi avantageux de fournir un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure qui puisse être utilisé en tant que structure temporaire pour un équipement de perçage et de forage et qui puisse ensuite être enlevé. RESUME DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de plate-forme et de gabarit d'alignement de plaque supérieure. Le dispositif comporte un cadre pouvant être reçu sur ou dans un site dans le sol. Dans un mode de réalisation préféré, le cadre est construit à partir de plaques, poutres, tubes ou barres métalliques. Une pluralité de guides de forage tubulaires est agencée autour du cadre et fixée à celui-ci. Chacun des guides de forage est agencé suivant un angle s'étendant vers l'extérieur et/ou vers le bas depuis le cadre. Un guide de forage tubulaire central peut aussi être prévu, lequel est substantiellement perpendiculaire au cadre plan. Le cadre forme une plate-forme servant à recevoir et aligner l'équipement de perçage ou de forage utilisé pour percer ou forer des trous souterrains en utilisant les guides de forage tubulaires comme guides. Le cadre est particulièrement adapté pour des applications de tubages enroulables. Avantageusement, ledit cadre est substantiellement plan et chacuns desdits guides de forage est agencé suivant un angle allant de dix degrés (101 à quatre-vingt degrés (801 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre une vue en perspective et les figures 2a et 2b illustrent des vues en coupe alternées d'un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure construit selon la présente invention ; la figure 3 illustre une vue de dessus, la figure 4 illustre une vue en coupe et la figure 5 illustre une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure ; la figure 6 illustre une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation préféré d'un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure ; la figure 7 illustre une vue en perspective d'un quatrième mode de réalisation préféré d'un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure ; la figure 8 illustre une vue en perspective, la figure 9 illustre une vue de côté, la figure 10 illustre une vue de dessus et la figure 11 illustre une vue en coupe d'un cinquième mode de réalisation préféré d'un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure ; et les figures 12 à 16 illustrent un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure selon l'invention avec une tête d'injection articulée. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Les modes de réalisation décrits ici sont purement illustratifs de manières spécifiques de mettre en oeuvre et d'utiliser l'invention et ne doivent pas être interprétés comme limitant le cadre de la présente invention.35 Bien que l'invention ait été décrite de manière assez spécifique, il convient de noter que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux détails de la construction de l'invention et à l'agencement de ses composants sans sortir du cadre et de l'esprit de la présente divulgation. On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation exposés ici à titre d'exemple. Si l'on se réfère aux dessins en détail, les figures 1, 2a et 2b illustrent une vue en perspective d'un premier mode de réalisation préféré 10 d'un dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure. Le dispositif 10 comporte un cadre 12 pouvant être reçu sur un site au sol. Le site au sol pour le cadre 12 peut être au niveau du sol, sous le niveau du sol, par exemple à ciel ouvert, ou sur un fond marin. Le cadre 12 est construit à partir de plaques ou de poutres métalliques. Le cadre 12 peut être soudé ou assemblé d'une autre manière. Une pluralité de guides de forage tubulaires 14 est agencée autour du cadre 12 et est fixée à celui-ci. Ces guides de forage sont illustrés droits, mais peuvent aussi être courbes ou arqués. Les guides de forage tubulaires 14 peuvent être soudés ou fixés d'une autre manière au cadre 12. Chacun des guides de forage 14 est agencé suivant un angle s'étendant vers l'extérieur et/ou vers le bas depuis le cadre 12. Le cadre 12 est substantiellement plan et les guides de forage 14 sont agencés suivant un angle préféré compris entre trente degrés (301 et soixante degrés (601 à partir du cadre 12 . D'autres angles sont possibles dans le cadre et l'esprit de la présente invention. Chacun des guides de forage 14 a un axe 19 de telle sorte que les axes des guides de forage 14 s'étendent depuis un point central commun au-dessus du cadre 12. Dans le mode de réalisation illustré dans les figures 1, 2a et 2b, un guide de forage tubulaire central 16 est également prévu, lequel est substantiellement perpendiculaire au cadre plan 12. L'invention peut être utilisée en tant que dispositif temporaire, auquel cas il serait enlevé après le perçage et l'insertion du tubage. En variante, le dispositif peut être installé de manière permanente et rester en place.35 Les figures 2a et 2b sont des vues en coupe alternées suivant la ligne de coupe 2-2 de la figure 1. Le mode de réalisation 10 illustré dans les figures 1 et 2a est mis en oeuvre de telle sorte que le cadre 12 forme un moule ou un réceptacle pour recevoir le béton 18 versé dedans. Le béton 18 peut être versé dans le cadre 12 et durci en place. Le dispositif 10 avec le béton forme une plate-forme pour un équipement de perçage ou de forage (non illustré). Dans la figure 2b, le dispositif est placé dans une cavité ouverte et du béton est versé autour du dispositif. Une fois que l'équipement de perçage ou de forage est monté sur le cadre 12, un trou est percé ou foré en insérant l'outil de perçage ou de forage à travers l'un des guides de forage 14. Le processus est répété pour chaque guide de forage 14. La présente invention permet de percer de multiples trous à partir d'une position unique. La figure 3 illustre une vue de dessus, la figure 4 illustre une vue en coupe et la figure 5 illustre une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation préféré 50 du dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure. Le dispositif 50 est formé en versant du béton ou un matériau pouvant initialement être mis en forme dans un moule (non illustré). Le dispositif 50 a une série de guides de forage 52 le traversant. Un guide de forage central, essentiellement perpendiculaire 54, est également prévu. Dans ce cas également, le site dans le sol pour le dispositif 50 peut être au niveau du sol, sous le niveau du sol, ou sur un fond marin. La figure 6 illustre une vue en perspective d'un troisième mode de réalisation préféré 20 du dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure de la présente invention. Un cadre 22 est construit à partir d'une pluralité de tubes métalliques ou de barres métalliques. Le cadre 22 peut être soudé ou assemblé d'une autre manière. Le cadre 22 supporte une pluralité de guides de forage tubulaires 24 qui sont agencés autour du cadre 22. Les guides de forage tubulaires 24 peuvent être soudés ou fixés d'une autre manière au cadre 22. Chacun des guides de forage 24 est disposé suivant un angle s'étendant vers l'extérieur et vers le bas depuis le cadre 22. Le cadre 22 est substantiellement plan et les guides de forage 24 sont agencés suivant un angle compris entre trente degrés (30°) et soixante degrés (60°) à partir du cadre 22. Chacun des guides de forage 24 a un axe tel que les axes des guides de forage 24 s'étendent depuis un point central commun au-dessus du cadre 22. Le mode de réalisation illustré dans la figure 6 comporte aussi un guide de forage central 26 qui est substantiellement perpendiculaire au cadre 22. La figure 7 illustre une vue en perspective d'un quatrième mode de réalisation préféré 30 du dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure de la présente invention. Un cadre 32 est construit à partir de tubes métalliques ou de barres métalliques. Le cadre 32 peut être soudé ou assemblé d'une autre manière. Le cadre 32 supporte une pluralité de guides de forage tubulaires 34 qui sont fixés au cadre et espacés et agencés autour de celui-ci. Le mode de réalisation 30 illustré dans la figure 7 comporte aussi une goupille de support centrale 36 sur le cadre 32. La goupille de support centrale 36 peut être utilisée pour transporter et aligner le dispositif de gabarit 30 et peut aussi être utilisée comme outil de support et d'alignement pour l'équipement de perçage ou de forage à placer sur celle-ci. Chacun des guides de forage tubulaires 34 est agencé suivant un angle s'étendant vers l'extérieur et vers le bas depuis le cadre 32. La figure 8 illustre une vue en perspective, la figure 9 illustre une vue de côté, la figure 10 illustre une vue de dessus et la figure 11 illustre une vue en coupe d'un cinquième mode de réalisation préféré du dispositif de gabarit d'alignement de plaque supérieure 40 de la présente invention. Le mode de réalisation 40 illustré dans les figures 8 à 11 comporte un cadre 42 construit à partir de tubes métalliques ou de barres métalliques. Le cadre peut être soudé ou assemblé d'une autre manière. Le cadre 42 supporte une pluralité de guides de forage tubulaires 44 qui sont fixés au cadre 42 et espacés et agencés autour de celui-ci. Les guides de forage tubulaires 44 peuvent être soudés ou fixés d'une autre manière au cadre 42. Chacun des guides de forage 44 est agencé suivant un angle s'étendant vers l'extérieur et vers le bas depuis le cadre 42. Bien que chacun des guides de forage 44 ait un axe, ils ne convergent pas en un point unique comme dans les modes de réalisation précédents. Un équipement de perçage (non illustré) peut être monté sur le dessus du cadre 42. Un certain nombre de trous ont déjà été percés avec le tubage 48 inséré à travers les guides de forage 44 et dans les trous percés. Le tubage 48 peut continuer dans le fond du trou le long du même axe que les guides de forage, ou en variante, peut s'incurver vers le bas ou dans d'autres directions, comme cela est effectué dans le cas d'un perçage directionnel. Pour utiliser le dispositif d'alignement de plaque supérieure selon le présent brevet, une tête d'injection articulée est requise de telle sorte que l'appareil de forage complet, avec la tête d'injection 111 attachée à une extrémité, puisse être déplacé sur ou à proximité du dispositif de plaque supérieure une fois seulement pour percer de multiples trous de forage à travers la plaque supérieure. L'exemple de réalisation de plaque supérieure 40 des figures 8 à 11 est illustré une fois fini sur les figures 12 à 16 avec un exemple de réalisation d'un ensemble de tête articulée. Une tête d'injection 111 a des roues ou des chaînes qui saisissent le tube de perçage 113 afin de le pousser dans ou de le tirer hors du sol. Il est aussi prévu des roues supplémentaires positionnées en alternance dans la tête d'injection 111 pour redresser le tube de perçage dans la configuration sous forme de tubage enroulé. L'ensemble de tête d'injection 110 comporte un déflecteur "Y" avec un joint 103 pour permettre le reflux de fluides de perçage jusqu'à un réservoir en surface et une pince 114 pour la connexion sur et le scellage au tube d'alignement 101. Dans ce mode de réalisation, une extrémité de l'appareil ou une butée a un axe coulissant fixée de manière à permettre à la tête d'injection 111 de glisser d'un côté à l'autre. Un bras d'extension 116 avec une fourche rotative 112 permet à la tête d'injection 111 de tourner et de glisser d'avant en arrière depuis la position de l'appareil. Ceci permet une rotation complète de la tête d'injection 111, pour permettre l'alignement avec tous les tubes d'alignement 101. Dans cette configuration de plateforme, le positionnement manuel de la tête d'injection 111 n'interfère pas avec le concept. Dans d'autres configurations, des cylindres hydrauliques ou pneumatiques ou des moteurs électriques avec des rapports pourraient être installés pour faire glisser ou tourner chaque composant, pour positionner ou aligner la tête d'injection 111 avec le tube d'alignement correct 101. Des capteurs mécaniques, électriques, optiques (non illustrés) peuvent être utilisés pour aider, ou, au moyen d'un ordinateur, pour aligner automatiquement ladite tête d'injection avec chaque tube d'alignement 101. Avec une position préétablie de tous les tubes d'alignement 101 sur le dispositif, seulement un alignement et 2 autres points sont requis pour un positionnement automatique sur chaque tube 101. L'opération de forage de trous pour installer des outils (tubes d'échange de chaleur, capteurs géophoniques ou acoustiques, câbles ou lignes d'ancrage) s'effectue en déplaçant un appareil mobile avec une extrémité ou une butée 117 à proximité de la plaque supérieure déjà installée. La tête d'injection 111 est étendue en faisant coulisser 113 dans ou hors de 110, le mouvement d'un côté à l'autre étant contrôlé en faisant coulisser 110 sur 114 et la fourche 112 étant tournée pour positionner correctement la tête d'injection 111, le déflecteur avec le joint 103 et le collier 114 par rapport au premier tube d'alignement 101. La tête d'injection 111 redresse alors le tube de perçage 113 et le force dans le tube d'alignement 101 avec l'outil de coupe (non illustré) qui lui est attaché. Un nombre quelconque d'outils de coupe peut être utilisé, y compris un foret, un moteur, une buse abrasive, ou un dispositif de raclage. Le trou ou le forage est découpé à mesure que les outils de coupe sont actionnés et que la tête d'injection 111 fait avancer le tube de perçage 113 dans la terre. Lorsque la profondeur ou la longueur totale du tube de perçage a été atteinte, la tête d'injection 111 change de sens et le tube de perçage 101 est retiré du forage fraîchement percé. Des tubes en U ou des tubes concentriques d'échange de chaleur, des capteurs acoustiques ou des géophones et d'autres outils de ce type peuvent alors être installés dans le trou de forage fraîchement percé. La tête d'injection 111 est découplée de la pince 114 et ensuite positionnée ou alignée sur le tube d'alignement suivant 101 sur le dispositif d'alignement de plaque supérieure. Cette opération est répétée jusqu'à ce que tous les tubes d'alignement souhaités aient été utilisés et que les forages aient été installés. En variante, le tube de perçage peut être coupé au niveau de la surface et laissé dans le trou de forage lorsque la profondeur souhaitée est atteinte. Bien que la présente invention ait été décrite en rapport avec les dessins annexés, on comprendra que d'autres modifications supplémentaires, différentes de celles illustrées ou suggérées dans les présentes, peuvent être apportées tout en restant dans le cadre et l'esprit de la présente invention. REVENDICATIONS1. Gabarit d'alignement (10) de plaque supérieure pour le perçage ou le forage souterrain, comprenant : un cadre (12) pouvant être reçu sur une portion de terrain ; et une pluralité de guides de forage tubulaires (14) sur ledit cadre, chacun desdits guides de forage étant disposé suivant un angle vers l'extérieur et vers le bas en s'écartant dudit cadre. Gabarit d'alignement selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits guides de forage a un un axe (19) de telle sorte que les axes desdits guides de forage s'étendent depuis un point central commun au-dessus du cadre. Gabarit d'alignement selon la revendication 1, comprenant un guide de forage tubulaire central (16) perpendiculaire audit cadre. Gabarit d'alignement selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit cadre est substantiellement plan et dans lequel chacun desdits guides de forage est agencé suivant un angle allant de dix degrés (101 à quatre-vingts degrés (801. Gabarit d'alignement selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit cadre est construit soit à partir de tubes métalliques, soit en béton. Gabarit d'alignement de plaque supérieure selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit cadre inclut une plate-forme. Gabarit d'alignement selon la revendication 6, dans lequel ladite plate-forme supporte et aligne sur elle-même un appareil de perçage ou un équipement de forage. Gabarit d'alignement selon la revendication 2, dans lequel ledit cadre a un axe de support central.9. Gabarit d'alignement selon la revendication 2, dans lequel ladite portion de terrain est au niveau du sol, sous le niveau du sol ou sur un fond marin. 10. Gabarit d'alignement selon la revendication 2, dans lequel chacun des guides de forage reçoit à travers lui soit des tubes de transfert thermique de pompage de sources de chaleur souterraines, soit un équipement d'ancrage, soit un équipement de capteur acoustique. 11. Gabarit d'alignement selon la revendication 2, dans lequel ledit cadre comporte un réceptacle formant un moule pour du béton. 12. Gabarit d'alignement de plaque supérieure selon la revendication 3, comportant un ensemble (110) de tête d'injection articulée. 3_5 13. Gabarit d'alignement selon la revendication 12, dans lequel ledit ensemble de tête d'injection est positionné soit par des cylindres hydrauliques, soit par des cylindres pneumatiques, soit par des moteurs électriques. 20 14. Gabarit d'alignement selon la revendication 12, dans lequel un tube de perçage est inséré et utilisé pour percer un trou à une profondeur souhaitée puis est coupé à la surface et laissé dans le trou percé.