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EP0002160B1 - Dispositif de forage de trous dans le sol - Google Patents

Dispositif de forage de trous dans le sol Download PDF

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Publication number
EP0002160B1
EP0002160B1 EP78400189A EP78400189A EP0002160B1 EP 0002160 B1 EP0002160 B1 EP 0002160B1 EP 78400189 A EP78400189 A EP 78400189A EP 78400189 A EP78400189 A EP 78400189A EP 0002160 B1 EP0002160 B1 EP 0002160B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casing
hammer
cutting
edge
eccentric
Prior art date
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Expired
Application number
EP78400189A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0002160A1 (fr
Inventor
Pierre Stenuick
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STENUICK FRANCE
Original Assignee
STENUICK FRANCE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STENUICK FRANCE filed Critical STENUICK FRANCE
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/64—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe
    • E21B10/66—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe the cutting element movable through the drilling pipe and laterally shiftable
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/26—Drill bits with leading portion, i.e. drill bits with a pilot cutter; Drill bits for enlarging the borehole, e.g. reamers
    • E21B10/265—Bi-center drill bits, i.e. an integral bit and eccentric reamer used to simultaneously drill and underream the hole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/208—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives

Definitions

  • the present invention relates to a device for drilling holes in the ground, in particular in unconsolidated terrain.
  • non-consistent layers of various materials can occur at different depths and close towards the drilled hole.
  • Hard areas can occur at different depths; they require percussion to be drilled.
  • the different layers can be wet. see even submerged.
  • a drilling member which consists of a pneumatic hammer with a downhole percussion. Compressed air is transmitted to the hammer via extension tubes. We equip this hammer with a cutter. An external tabage maintains the walls of the hole, the outside diameter of this casing being slightly less than the diameter drilled.
  • This tubing is driven into the hole at the same penetration speed as the drilling member thanks to a thrust controlled by a regulator and a rotational movement in the opposite direction to that of the drilling member.
  • the outer casing determined with the drilling member an annular space through which the exhaust air drives the drilling sediments out of the hole. To facilitate the ascent of the sediments, they can be liquefied by means of water injected at the bottom of the hole by a circuit completely independent of that of the compressed air supply, and this up to the lower end of the hammer .
  • an eccentric cutter is often used.
  • the eccentric part of the cutter is mobile, the reaction being taken up by the upper part of the cutter.
  • a sleeve which can rotate around a rod secured to the cutting edge.
  • the device of the invention proposes to overcome all the aforementioned drawbacks.
  • the connection of the extension tubes with the hammer is carried out by means of a helical telescopic connection, the telescopic stroke corresponding to a relative rotation of the hammer-bit assembly by 180 °;
  • the telescopic helical connection carries, on the part linked to the extension tubes and fixed with respect to these extension tubes, a tube which comes to cover the hammer-cutting assembly while leaving sufficient space for the passage of drilling sediments between the tube and the casing, and which carries a decentering lug; so that, when the telescopic helical connection is in the retracted position, the eccentric part of the cutter is placed in a position diametrically opposite to the lug, which corresponds to the working position, and when the telescopic helical connection is in position developed, the eccentric part of the cutter is placed below the lug, which corresponds to the extraction position.
  • the device according to the invention comprises an off-center element independent of both the casing and the cutting edge. This element does not increase the weight of the cutter and leaves sufficient passage for the passage of drilling sediments between the casing and the hammer-cutter assembly. In addition, this device provides a completely free passage inside the casing when the hammer-bit assembly is removed.
  • the striking surface of the cutting edge is inclined relative to the striking axis hammer, which results in moving the center of gravity of the cutter towards the outside of the hole; the weight of the cutter thus tends to drive it towards the outside of the hole and to contribute to keeping it in the eccentric position during drilling.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the device according to the invention, the telescopic connector being in the retracted position, which corresponds to the working position of the hammer.
  • Figure 2 is a bottom view of the device of Figure 1.
  • Figure 3 shows the device of Figure 1, the telescopic connector being in the developed position, which corresponds to the position of extraction of the drilling member.
  • FIG. 4 is a bottom view of the device of FIG. 3.
  • the drilling device shown in the figures comprises a hammer 1 fitted with a cutter 2.
  • This hammer 1 operates with compressed air which is transmitted to it by elongate tubes 3.
  • An external casing 4 maintains the walls of the hole 5.
  • the casing is driven in the hole 5 at the same speed of penetration as the drilling member thanks to a thrust controlled by a regulator not shown and to a rotational movement in the opposite direction to the direction of rotation of the drilling member.
  • Arrows 6 and 7 show the direction of the rotational movement of the drilling member and of the casing, respectively. 4. It is possible to have either separate motors for the two movements, or a motor with two concentric output shafts rotating in opposite directions. These engines are not shown.
  • the casing 4 determines with the drilling member a space through which the exhaust air drives out the drilling sediments, as indicated by arrow 8.
  • the outside diameter of the casing 4 is less than the diameter of the drilled hole because the cutter 2 is eccentric.
  • This telescopic connector 9 comprises a decentering lug 10 of the hammer-cutter assembly, fixed on a lug holder tube 11 which comes cap the hammer 1.
  • This pin holder tube 11 is fixed to the part of the connector 9 which is linked to the elongate tubes 3.
  • the telescopic stroke corresponds to a relative rotation of 180 °, so that, when the connector is in the retracted position, which corresponds to the working position of the drilling member ( Figure 1), the eccentric part of the cutter 2 either diametrically opposite the lug 10, and, when the connector is in the developed position, which corresponds to the position of extraction of the drilling member (FIG. 3), the eccentric part of the cutter 2 is placed below lug 10.
  • the invention can be applied to more sophisticated drilling devices, for example comprising a fluid injection circuit at the bottom of the hole completely independent of that of the compressed air supply, this fluid having for its purpose to facilitate the rise of sediments.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif de forage de trous dans le sol, en particulier dans des terrains non consolidés.
  • Dans de tels terrains, des couches non consistantes et de matériaux divers peuvent se présenter à différentes profondeurs et se refermer vers le trou foré. Des zones dures peuvent se présenter à différentes profondeurs; elles nécessitent une percussion pour être forées. Les différentes couches peuvent être humides. voir même immergées.
  • Pour forer des trous dans de tels sols, on utilise fréquemment un organe de forage constitué d'un marteau pneumatique à percussion fond de trou. L'air comprimé est transmis au marteau par l'intermédiaire de tubesallonges. On équipe ce marteau d'un taillant. Un tabage extérieur assure le maintien des parois du trou, le diamètre extérieur de ce tubage étant légèrement inférieur au diamètre foré. Ce tubage est entrainé dans le trou à la même vitesse de pénétration que l'organe de forage grâce à une poussée contrôlée par un régulateur et un mouvement de rotation dans le sens opposé à celui de l'organe de forage. Le tubage extérieur déterminé avec l'organe de forage un espace annulaire à travers lequel l'air d'échappement chasse les sédiments de forage à l'extérieur du trou. Pour faciliter la remontée des sédiments, on peut liquéfier ceux-ci au moyen d'eau injectée au fond du trou par un circuit totalement indépendant de celui de l'air comprimé d'alimentation, et ce jusqu'à l'extrémité inférieure du marteau.
  • Pour forer un trou de diamètre supérieur au diamètre extérieur du tubage, on utilise souvent un taillant excentré.
  • La réaction de l'excentrique est reprise, dans certains dispositifs, par des ergots fixés sur le tubage. Cependant, de tels dispositifs présentent l'inconvénient de ne pas laisser un passage totalement libre à l'intérieur du tubage. En effet, il arrive que, une fois le trou foré, on veuille retirer l'organe de forage mais laisser le tubage un certain temps afin d'insérer dans le trou des gaines d'un diamètre inférieur au tubage par exemple; on a alors besoin que le passage soit totalement libre à l'intérieur du tubage.
  • Dans d'autres dispositifs, la partie excentrée du taillant est mobile, la réaction étant reprise par la partie supérieure du taillant.
  • On peut également concevoir des dispositifs dans lesquels la reprise de la réaction de l'excentrique est assurée par un manchon pouvant tourner autour d'une tige solidaire du taillant. On peut citer comme exemple le dispositif décrit dans le brevet français n° 1.514.485.
  • Cependant, de tels dispositifs présentent l'inconvénient d'augmenter le poids du taillant (que la reprise soit effectuée par la partie supérieure du taillant ou par un manchon tournant autour d'une tige solidaire du taillant, le poids supplémentaire est finalement porté par le taillant) et en même temps sa fragilité.
  • En outre, dans des dispositifs tels que celui qui est décrit dans le brevet français n° 1.514.485, le manchon emplit complètement la section transversale du tubage et empêche les sédiments de forage de s'évacuer entre le tubage et l'ensemble marteau-taillant : il faut percer des canaux spéciaux d'évacuation.
  • Le dispositif de l'invention se propose de pallier tous les inconvénients précités.
  • L'invention s'applique à un dispositif de forage de trous dans le sol, comportant:
    • - un tubage assurant le maintien des parois du trou,
    • - à l'intérieur du tubage, un organe de forage constitué d'un marteau fonctionnant à l'air comprimé transmis au marteau par des tubes-allonges et équipé d'un taillant excentré, la réaction de l'excentrique étant reprise par un élément de décentrage placé à l'intértieur du tubage de telle sorte que le taillant puisse se trouver soit dans une position travail, diamétralement opposé à l'élément de décentrage, à l'extérieur du tubage, soit dans une position d'extraction, en-dessous de l'élément de décentrage, à l'intérieur du tubage.
  • Selon l'invention, la liaison des tubes- allonges avec le marteau est réalisée au moyen d'un raccord télescopique hélicoïdal, la course télescopique correspondant à une rotation relative de l'ensemble marteau-taillant de 180°; le raccord télescopique hélicoïdal porte, sur la partie liée aux tubes-allonges et fixe par rapport à ces tubes-allonges, un tube qui vient coiffer l'ensemble marteau-taillant tout en laissant un espace suffisant pour le passage des sédiments de forage entre le tube et le tubage, et qui porte un ergot de décentrage; de telle sorte que, lorsque le raccord télescopique hélicoïdal est en position rétractée, la partie excentrée du taillant vient se placer dans une position diamétralement opposée à l'ergot, ce qui correspond à la position travail, et lorsque le raccord télescopique hélicoïdal est en position développée, la partie excentrée du taillant vient se placer en-dessous de l'ergot, ce qui correspond a la position d'extraction.
  • Ainsi, le dispositif selon l'invention comporte un élément de décentrage indépendant à la fois du tubage et du taillant. Cet élément n'augmente pas le poids du taillant et laisse un passage suffisant pour le passage des sédiments de forage entre le tubage et l'ensemble marteau-taillant. En outre, ce dispositif permet de disposer d'un passage totalement libre à l'intérieur du tubage lorsque l'on retire l'ensemble marteau-taillant.
  • Dans un mode préferé de réalisation du dispositif selon invention, la surface de frappe du taillant est inclinée par rapport à l'axe de frappe du marteau, ce qui a pour résultat de déplacer le centre de gravité du taillant vers l'extérieur du trou; le poids du taillant a ainsi tendance à entraîner celui-ci vers l'extérieur du trou et à contribuer à son maintien dans la position excentrée pendant le forage.
  • L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant plus particulièrement à un mode de réalisation préféré de l'invention donne' à titre d'exemple et représenté par les figures 1 à 4 des dessins annexés.
  • La figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, le raccord télescopique étant en position rétractée, ce qui correspond à la position travail du marteau.
  • La figure 2 est une vue de dessous du dispositif de la figure 1.
  • La figure 3 représente le dispositif de la figure 1, le raccord télescopique étant en position développée, ce qui correspond à la position d'extraction de l'organe de forage.
  • La figure 4 est une vue de dessous du dispositif de la figure 3.
  • Le dispositif de forage représenté sur les figures comporte un marteau 1 équipé d'un taillant 2. Ce marteau 1 fonctionne avec de l'air comprimé qui lui est tranmis par des tubes allonges 3.
  • Un tubage extérieur 4 assure le maintien des parois du trou 5. Le tubage est entrainé dans le trou 5 à la même vitesse de pénétration que l'organe de forage grâce à une poussée contrôlée par un régulateur non représente et à un mouvement de rotation dans le sens inverse du sens de rotation de l'organe de forage. Les flèches 6 et 7 montrent le sens du mouvement de rotation respectivement de l'organe de forage et du tubage 4. On peut disposer, soit de moteurs distincts pour les deux mouvements, soit d'un moteur à deux arbres de sortie concentriques tournant en sens opposés. Ces moteurs ne sont pas représentés.
  • Le tubage 4 détermine avec l'organe de forage un espace à travers lequel l'air d'échappement chasse les sédiments de forage, comme l'indique la flèche 8.
  • La diamètre extérieur du tubage 4 est inférieur au diamètre du trou foré car le taillant 2 est excentré.
  • La liaison des tubes allonges 3 avec le marteau 1 est réalisée au moyen d'un raccord télescopique hélicoïdal 9. Ce raccord télescopique 9 comporte un ergot de décentrage 10 de l'ensemble marteau-taillant, fixé sur un tube porte-ergot 11 qui vient coiffer le marteau 1. Ce tube porte-ergot 11 est fixé à la partie du raccord 9 qui est liée aux tubes allonges 3.
  • La course télescopique correspond à une rotation relative de 180°, de telle sorte que, lorsque le raccord est en position rétractée, ce qui correspond à la position de travail de l'organe de forage (figure 1), la partie excentrée du taillant 2 soit diamétralement opposée à l'ergot 10, et, lorsque le raccord est en position développée, ce qui correspond à la position d'extraction de l'organe de forage (figure 3), la partie excentrée du taillant 2 soit placée en dessous de l'ergot 10.
  • Il est bien entendu que l'invention n'est pas strictement limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple mais elle couvre également d'autres modes de réalisation qui n'en diffèreraient que par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents.
  • En particulier, l'invention peut s'appliquer à des dispositifs de forage plus élaborés, par exemple comportant un circuit d'injection de fluide au fond du trou totalement indépendant de celui de l'air comprimé d'alimentation, ce fluide ayant pour but de faciliter la remontée des sédiments.

Claims (2)

1. Dispositif de forage de trous dans le sol, comportant:
- un tubage assurant le maintien des parois du trou,
- à l'intérieur du tubage, un organe de forage constitué d'un marteau fonctionnant à l'air comprimé transmis au marteau par des tubes-allonges et équipé d'un taillant excentré, la réaction de l'excentrique étant reprise par un élément de décrentrage placé à l'intérieur du tubage de telle sorte que le taillant puisse se trouver soit dans une position travail diamétralement opposé à l'élément de décentrage, à l'extérieur du tubage, soit dans une position d'extraction, en dessous de l'élément de décentrage, à l'intérieur du tubage,

caractérise par le fait que:
- la liaison des tubes-allonges 3 avec le marteau 1 est réalisée au moyen d'un raccord télescopique hélicoïdal 9, la course télescopique correspondant à une rotation relative de l'ensemble marteau-taillant de 180°,
- le raccord télescopique hélicoïdal 9 porte, sur la partie liée aux tubes-allonges 3 et fixe par rapport à ces tubes-allonges 3, un tube 11 qui vient coiffier l'ensemble marteau-taillant tout en laissant un espace suffisant pour le passage des sédiments de forage entre le tube 11 et tubage 4, et qui porte un ergot de décentrage 10, de telle sorte que, lorsque le raccord télesço- pique hélicoïdal 9 est en position rétractée, la partie excentrée du taillant 2 vient se placer dans une position diamétralement opposée à l'ergot 10, ce qui correspond à la position travail, et lorsque le raccord télescopique hélicoïdal 9 est en position développée, la partie excentrée du taillant 2 vient se placer endessous de l'ergot 10, ce qui correspond à la position d'extraction.
2. Dispositif de forage de trous dans le sol selon revendication 1,
caractérisé par le fait que la surface de frappe 12 du taillant 2 est inclinée rapport à l'axe du marteau 1.
EP78400189A 1977-11-21 1978-11-17 Dispositif de forage de trous dans le sol Expired EP0002160B1 (fr)

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FR7734849A FR2409373A1 (fr) 1977-11-21 1977-11-21 Dispositif de forage de trous dans le sol, comportant un marteau pneumatique equipe d'un taillant excentre
FR7734849 1977-11-21

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EP0002160A1 EP0002160A1 (fr) 1979-05-30
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