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Installation de forage, à grandes profondeurs, pour tous procédés de forage usuels jusqu'aux profondeurs qu'ils peuvent atteindre respectivement.
On connait depuis nombre d'années des grues dites combinées. Le plus souvent, une telle grue est constituée par une combinaison de dispositifs de battage et dispositifs de forage rotatifs, avec lesquels, lorsqu'on utilise des combinai- sons de forage à lavage, on commence très souvent le travail au moyen de trépans et lorsque celui-ci a atteint la limite où il cesse d'être économique, on doit passer à l'autre procédé.
Toutefois, on peut, jusqu'à ce qu'on atteigne cette limi- /
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te, procéder à tout moment au changement de procédé et on peut aussi travailler d'une façon continue par l'un ou l'autre pro- cédé. Sur ce fait, reposent particulièrement les installations de forage de prospection, lorsqu'il s'agit de forer en produi- sant une carotte. A de grandes profondeurs, une telle instal- lation ne constitue plus une combinaison, car l'application d'un des procédés, le forage au trépan avec lavage, n'est plus possible.
On doit donc distinguer la "vraie"combinaison de la "fausse" combinaisons La "vraie" combina ison du forage ou sondage au trépan et du forage ou sondage avec un outil rota-
Que tif doit permettre d'employer au choix, aussi souvent/possible, et sans effectuer chaque fois de grandes modifications, les procédés indiqués dans la combinaison et, dans le cas d'un procédé continu, elle doit permettre la mise en oeuvre de ce procédé jusqu'à la profondeur qu'il s'agit d'atteindre.
Par conséquent, on a affaire à une "fausse" combinaison lorsqu'à de grandes profondeurs, où le forage au trépan avec lavage n'est plus possible, on fore uniquement par rotation, ou bien lorsqu'il n'est pas possible d'exécuter un ttavail continu, ou bien encore lorsque l'application de plusieurs procédés impose chaque fois de grands changements dans l'ins- tallation. On rencontre donc très souvent cette fausse combi- naison lorsqu'à une combinaison de forage avec lavage vient s'ajouter un forage à sec.
Zn raison du fait que dans de nom- breux pays on doit, suivant les prescriptions légales, effec- tuer le forage à sec pour le pétrole, l'abaissement du trou de forage de 2 à 3 m. au maximum entrant en question dans ce cas, la conformation de l'installation auxiliaire dans ces appareillages est telle qu'il est impossible de poursuivre le forage à sec en travail continu, par suite du manque de l'installation d'enlèvement des débris. @
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Un forage à sec en travail continù implique toujours un tambour pour l'enlèvement des débris, parce qu'on ne peut forer à sec en une seule fois que de 2 à 3 m. au plus.
Les débris du forage offrent alors une résistance telle que le trépan perd sa force de percussion. On doit par conséquent évacuer ces débris. A cet effet, une installation d'enlèvement des débris, telle qu'elle existe d'ailleurs en réalité dans tous les appareils de forage travaillant vraiment à sec, est nécessaire. Si les débris ne sont pas retirés, le forage ne peut pas être poursuivi. De plus, le forage à sec en travail continu implique qu'il ait lieu dans un trou de forage dans lequel le niveau d'eau ne s'élève pas à plus de 10 m. au-dessus du fond parce que sinon on n'atteint pas le but et on perd les avantages du forage à sec.
Par conséquent, lorsqu'on rencontre des installations comportant une installation typique de forage avec lavage et pourvue d'un boulon permettant la descente graduelle de l'outil pour le forage à sec, il ne s'agit pas, du point de vue technique du forage, d'un appareil de forage à sec.
Bien qu'on connaisse des combinaisons de machines à forer rotatives et à forer à sec, par exemple la Rotary- Pennylvanish, il manque encore une combinaison qui permette en outre le forage au trépan et avec lavage, parce que le cas se présente souvent qu'il est très avantageux d'employer précisément le forage au trépan et avec lavage, par exemple lorsqu'on fore à travers des couches résistantes dans les montagnes sablonneuses, etc..
Les inconvénients auxquels on se heurtait jusqu'à présent sont écartés par la nouvelle installation, objet de la présente invention, qui est notamment applicable aussi dans des régions pauvres en eaux. Cette installation comporte tous les éléments nécessaires pour l'application continue du procéda
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de forage décrit ci-dessous et de combinaisons de procédés.
Pour le forage à sec à grandes profondeurs, 3 tambours sont nécessaires, à savoir : un pour le câble du trépan, un pour le câble pour l'enlèvement des débris et un pour le câble du palan ; pour le forage à sec, par les procédés pennsylvaniens et californien, un long balancier disposé à une hauteur déterminée au-dessus du sol à forer est nécessaire, tandis que pour le forage à faible profondeurcon peut forer aussi à sec, sans balancier. Pour le forage rotatif, on a prévu un dispositif destiné à réaliser un mouvement de rotation, par exemple une plaque rotative normale avec des barres carrées et des pièces adaptées à cette plaque ainsi qu'un mécanisme de levage rapide.
Pour le forage aux câble et trépan, on se sert d'un bras de balancier et d'un dispositif de précision pour l'avance, qui permettent le forage de toute la hauteur du chevalement en une seule opération. Pour le battage rapide, on doit disposer d'une installation qui permette de frapper de 100 à 130 coups par minute avec une course de 7 à 10 cm. On doit encore distinguer ici si l'on peut forer de toute la longueur d'une barre avec fixation de cette barre au-dessus ou au-dessous du balancier.
Pour le forage de puits d'eau à sec ou par le procédé indien,au câble ou au trépan, un balancier n'est pas nécessaire, mais il doit y avoir une liaison entre le câble de forage et la manivelle. vans la nouvelle installation, tous les éléments répondant à ces désidérata existent.
L'esprit de l'invention s'applique donc à. une installation pour forages profonds destinée à tous les procédés usuels de forage, jusqu'à la profondeur qu'ilspeuvent atteindre respectivement, installation qui permet le passage immédiat et à volonté d'un procédé de forage à un autre, sans nécessiter de modifications de construction et la réalisation d'un pourcentage élevé de temps consacré au forage effectif à grande profondeur par les procédés de forage à sec.
Conformément à
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l'invention, le dispositif exécuté en vue du forage à sec, mais qui peut aussi travailler d'une façon-continue jusqu'aux plus grandes profondeurs envisagées, par le procédé avec lavage, au moyen dtune seule série de barres, aussi bien par rotation que par battage est constitué par une :;laque rotative, un tam- bour pour le câble de forage, un tambour pour l'enlèvement des débris, un mécanisme de levage et un dispositif de battage agis-. sant sur un balancier de forage et formé par un renvoi de son- nette commandé par une manivelle, qui peuvent être reliés, de 'toute façon nécessaire pour les procédés de forage distincts, par des accouplements à une commande située sous le n iveau du sol du lieu du forage et attaquant une transmission.
Par la coopération différente suivant les circonstances de ces divers éléments, on peut exécuter tous les procédés usuels de forage rotatif et de forage au trépan avec lavage, en combinaisons quelconques à volonté, en particulier de façon qu'on puisse d'abord appliquer le forage rotatifet ensuite le forage au trépan et qu'on puisse procéder de différentes manières à l'enlèvement des débris.
La commande de l'installation qui, de préférence, est disposée au-dessous du niveau du sol agit sur une transmission disposée aussi au-dessous de ce niveau et constitué par des accouplements , dea roues de commande qu'on peut mettre en prise ou dégager les unes des autres et un système de renversement de marche, la transmission permet- tant au choix une commande indépendante du tambour pour le câble de forage, ou du tambour pour le câble pour l'enlèvement des débfis, tambours qui peuvent tourner fou et se trouvent tous deux sur le terrain où se fait le forage. Sur l'arbre du tam- bour du câble de forage est calé un tambour auxiliaire qui est commandé indépendamment ou en même temps que ce tambour.
La transmission comporte en outre des roues de commande, sus- ceptibles d'être accouplées, qui servent pour la plaque rotative,
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pour le mécanisme de levage et pour le dispositif percuteur qui commande le balancier. Sur une des parties de l'arbre en deux parties(reliées par un accouplement à friction) du mécanisme de levage est disposée commandée par la transmission précitée, une autre transmission constituée par des foues dentées et commandée par des chafnes, tandis que sur l'autre partie de l'arbre, on a prévu un tambour de palan susceptible de tourner fou et pourvu d'un frein.
Cet arbre commande le dispositif de battage au moyen d'unaccouplement/ Ce dernier est plus particulièrement un accouplement à doubles griffes et il commande, par l'intermédiaire de roues à chaîne, d'une manivelle, d'un renvoi de sonnette et d'une bielle repliable, à charnière, le balancier télescopique dont l'extrémité antérieure peut coulisser et être immobilisée. Le galet de guidage du Mander est monté librement et conduit au galet de battage qui sert à guider vers le haut ou vers le bas, le câble de préférence plat, servant au forage ou servant à laisser descendre progressivement les outils. Au pied du balancier se trouve le treuil servant à laisser descendre progressivement les outils, treuil qui est desservi au niveau du terrain où se fait le forage.
Les figures du dessin annexé représentent à titre d'exemple un mode d'exécution conforme à l'invention. Sur ce dessin , la figure 1 est une vue de côté et la figure 2 un plan.
Au-dessous du sol du lieu où se faitle forage se trouve la commande 35, par exemple une commande par machine à vapeur et une transmission 90. Le dispositif proprement dit comporte une plaque rotative connue 64, un tambour 55 pour le câble de l'outil de forage et un tambour 56 pour le câble destiné à l'enlèvement des débris, ces deux tambours se trouvant sur le sol.
En outre, l'installation comprend un mécanisme de levage 20 et un dispositif de battage agissant sur le balancier 68,69
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et constitué par un renvoi de sonnette 1 commandé par la manivelle 12 ; toutesces pièces peuvent être reliées par des accouplements 43, 46,51, 52, 30, 25 et 16, à la commande de manière que, par des combinaisons différentes pour chaque cas, tous les procédés connus de forage par rotation et par battage puissent, comme il est dit plus loin, être appliqués en toutes combinaisons, à volonté, en travail continu.
La commande 35 agit sur la transmission 90 constituée par des roues de commande 42 ou 33 et 29, qu'on peut embrayer au moyen des accouplements 43 et 46, et par un dispositif 45 de renversement de marche. Cette transmission permet une commande au choix et indépendante du tambour 55 du câble pour le forage ou du tambour 56 du câble pour l'enlèvement des débris, tambours qui peuvent tous deux tourner fous. Sur l'arbre du tambour 55 du câble pour le forage, est fixé en outre un tambour auxiliaire 59 qui est commandé indépendamment ou avec le tambour 55. La transmission 90 comprend en outre des roues de commande sélective 33 et 66 ou 29 pour la plaque rotative 64, pour le mécanisme de levage 20 etpour le dispositif de battage 11 et 12 qui commande le balancier 68,69.
Sur une des parties, reliées par un embrayage à friction 25, de l'arbre en deux parties 17 du mécanisme de levage 20 se trouve une transmission à roues dentées 27,30 et 31 commandée par des chaînes 28 ou 32 à partir de la trabsmission 90. L'autre partie de l'arbre 17 est pourvued'un tambour de palan 20 susceptible de tourner fou et d'être freiné. Cet arbre 17 commande, au moyen d'un accouplement 16, le dispositif de battage. L'accouplement 16 est à doubles griffes et agit, par l'intermédiaire des roues à chaîne 15, 13 de la manivelle 12 du renvoi de sonnette 1 et,de la bielle 3, repliable grâce à la charnière 4, sur le balancier télescopique 68,69 qui peut coulisser à sa partie antérieure 69 et être fixé au moyen du boulon 73.
Le galet 72 du balancier 68,69 est monté librement
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et guide le câble plat 75, servant au forage ou à laisser descendre graduellement l'outil, vers le galet de battage 74 destiné à guider vers le haut ou vers le bas le câble 75 précité.
Au pied de la colonne 70 du balancier est disposé le treuil 81 commandé à partir du sol pour faire descendre graduellement l'outil de forage.
Sur les dessins, on a représenté les tambours pour quatre câbles, à savoir ; le tambour 20 pour le palan, le tambour 55 pour le câble de forage, le tambour 56 pour le câble destiné à l'extraction des débris et le tambour 59 pour le forage de puits d'eau et le battage à la corde indien, la manivelle nécessaire à cet effet étant désignée par 18.
Pour le forage, on a prolongé le bras de balancier 68 au moyen de la rallonge 69 de manière à constituer le balancier 68,69 afin que soient remplies les exigences pour le forage à la corde et au trépan et pour le forage au balancier et au trépan, avec lavage. Le balancier 68,69 permet toutefois aussi le forage canadien parce que, dans ce cas, le dispositif pour la descente progressive de l'outil est utilisable pour les deux procédés. Pour le battage au câble, on se sert du bras de balancier 68 et du galet de battage 74 ainsi que du galet 72, après qu'on a rentré, en la faisant coulisser dans le bras 68, la rallonge 69 et qu'on l'a fixée dans sa nouvelle position au moyen du boulon de fixation 73.
Il suffit de faire passer le câble 75, provenant du treuil 81 servant à laisser descendre graduellement l'outil de forage, sous le galet de battage 7@, de le faire passer au-dessus du sommet du chevalement et de l'adapter ensuite comme dans tous les autres procédés. Pour le battage rapide, par exemple dans le système Fauck, on conduit le câble 75 par dessus le galet 72 et le galet de battage 74 vers le bas et on établit la liaison avec la tringlerie, au-dessous du balancier.
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Si le battage rapide doit s'effectuer au moyen de barres fixées au-dessus du balancier, le galet de battage 74 est remplacé par laplaque de battage, ou par un boulon creux (non représenté) qui permet la descente graduelle de l'outil .
Pour le forage rotatif, la plaque rotative 64 avec ses accessoires suffit. Pour le forage sans balancier, on fixe la corde, non représentée, sur laquelle on tire, à 18 d'une part et au câble 63 d'autre part, à la façon connue. On peut évidemment remplacer aussi le galet de battage 74 par un boulon destiné à faire descendre graduellement les outils. Ceci est toutefois interdit dans de nombreux pays et présente en outre l'inconvénient d'une faible hauteur de forage par rapport à la hauteur de la colonne du bala ncier.
L'application des divers procédés et opérations est réalisée grâce à un emploi extensif d'accouplements et à de nombreuses .aombinaisons possibles d'embrayage, et par l'emploi de divers éléments, à diverses fins.
En particulier, on signale que les combinaisons suivan- tes sont réalisables en travail continu au moyen de la nouvelle installation :
Le forage par battage au câble et forage rotatif (Fo- rage Rotary ou forage rotatif ou bien encore forage semi-Rotary);
Le forage par battage rapide et forage rotatif ;
Le forage canadien et forage rotatif ;
Le forage rotatif pennsylvanien ;
Le forage par battage, au câble, le forage par battage rapide et le forage rotatif;
Le forage par battage, au câble, et le forage à sec et le forage rotatif ;
Le forage pennsylvanien ou canadien et le forage rota- tif ;
Le forage par battage, au câble, et le forage par battage rapide et le forage à sec ;
Le forage indien, au câble, et: lecforage rotatif ou le forage à sec au balancier;
Le forage indien, au câble, le forage par battage rapide et le forage de puits d'eau avec les autres procédés.
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Tous ces procédés sont commandés à partir d'un seul endroit et sont applicables à une seule installation.
Les moyens qui lepermettent sont en partie déjà connus, tantôt en ce qui concerne les installations nécessaires, tantôt par le montage de leurs éléments distincts et enfin par l'emploi extensif d'embrayages et d'accouplements. On a tenu compte ici particulièrement du fait que les procédés font perdre, à mesure qu'augmente la profondeur du forage, tant de temps au forage proprement dit qu'on renonce volontiers aux avantages possibles, d'obtenir un gain notable en temps consacré purement au forage, de manière que ce temps augmente considérablement.
Dans ce qui suit, on indiquera comment on doit effectuer les accouplements pour exécuter les diverses opérations, les mesures de sécurité pour les ouvfiers étant prises aussi en considération.
Sur les figures 1 et 2, on a désigné par 35 la commande (un moteur électrique ou une machine), par 36 la roue à chaîne de commande de celle-ci ou la poulie pour la commande de l'arbre de transmission à courroies 39 au moyen de la chaine 37 et de la roue dentée ou poulie de renvoi 38. On admettra qu'il s'agit d'un forage rotatif. Comme dans le cas de toute opération, l'arbre 39 est entraîné. Cet arbre porte la roue folle à chaîne 33 qui commande, au moyen de la chaîne 67, la roue de commande 66 de la plaque rotative. Ceci pour indiquer la possibilité d'un mouvement rotatif. Il y a lieu d'ajouter que la roue folle à chaîne-35 est commandée par l'accouplement 46. Un seul arbre de l'appareil de forage tourne.
Pour le transport des barres, on dispose de plusieurs moyens .
Si on fore au Rotary en se servant de barres lourdes, on peut opérer de la manière suivante au moyen du palan: On embraie l'accouplement 46 avec la roue folle à chaîne 29, qui commande alors, au moyen de la chaîne 28, la roue à chaîne 27, après embrayage de cette roue à l'aide de l'accouplement 30.
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De cette façon, c'est, pour commencer, la partie postérieure de l'arbre 17, en deux parties, qui tourne. L'accouplement 25 sert à établir la liaison avec la partie antérie.ure de l'arbre 17.
Après que ces pièces sont mises en rotation, il suffit d'embrayer l'accouplement 16 du tambour du palan. Le tambour 20 fonctionne alors.
Une autre possibilité consiste à embrayer,sur l'arbre 39, l'accouplement43 et relier la roue à chaîne 44, par la chatne 48, à la roue à chaîne 49, calée sur l'arbre 79. Lorsque l'accouplement 51 est débrayé, le tambour auxiliaire 59 claveté sur son arbre tourne, le câble transporteur 63 étant appliqué sur ce tambour. Ce câble sert à exercer une faible traction.
Comme troisième possibilité, on peut embrayer simultanément aussi bien le tambour 20 du palan que le tambour à câble auxiliaire 59. Cette disposition donne pour le palan trois vitesses de déplacement lorsque le brin mort du câble de palan 76 est appliqué sur le tambour auxiliaire 59. Pour le déplacement des barres, deux ou trois arbres tournent.'par conséquent.
Lorsqu'on veut retirer les débris, on embraie sur l'arbre 39 l'accouplement 43 avec la roue à chaîne 42 et, au moyen de la chaîne 47, avec la roue à chaîne 50, L'arbre 80 tourne alors.
On embraie alors le tambour 56 au moyen de l'embrayage à friction 52. Deux arbres, l'arbre 39 et l'arbre 80, tournent.
Lorsqu'on doit déplacer le câble de forage à sec, on embraie l'accouplement 43 avec la roue 44 et par suite, la roue 49 au moyen de la chaîne 48. L'arbre 79 tourne maintenant avec le tambour vide 59. On accouple l'embrayage à friction 51 et on déplace maintenant le tambour 55 vers le haut. Pour tous les transports auxiliaires ou ceux dans lesquels on tire les baryes, on peut employer le tambour 59 qu'on manoeuvre comme il a été dit. Dans ce qui précède, on a décrit les transports ou déplacements.
Lorsqu'on veut forer par battage, il est toujours né-
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cessaire d'embrayer l'arbre 17 par sa partie antérieure, comme on l'a décrit déjà.
Lorsqu'on doit commander le bras de balancier 68 ou le balancier 68,69, on relie l'accouplement 16 à la roue à chaîne 15. On effectue ceci à la partie postérieure, immobile, de l'arbre 17 qui traverse le tambour de palan 20. La roue à chaîne 15, commande, par la chaîne 14, la roue à chaîne 13, ce qui fait tourner la manivelle 12 après qu'on a accouplé l'embrayage à friction 25. La manivelle 12 commande le renvoi de sonnette 1 qui transmet son mouvement par la bielle 3 au bras-de balancier 68 ou au balancier 68,69. Sauf lors du forage sans balancier, trois arbres tournent. Le balancier 68,69 sert à tout genre de forage par battage.
Si on veut pratiquer le forage pennsylvanien au moyen de câbles, on retire la rallonge 69 de l'intérieur du bras de balancier 68 et on la fixe de telle manière au moyen de vis de fixation 73 que le galet de battage 74 vienne se placer audessus du milieu du trou de forage lorsque le balancier est horizontal. Le câble 75 servant à laisser descendre graduellement l'outil passe sur un galet de guidage 72 et sur le galet de battage 74 pour se diriger vers lebas. Le câble pour le forag'e est fixé à la façon connue au moyen de pinces à câble sur le câble 75.
On réalise la même disposition pour le forage à battage au moyen du balancier, les barres étant suspendues au-dessous de ce dernier. Lorsque le forage a lieu avec les barres dépassant le balancier, on remplace le galet de battage 74 par une plaque de battage non représentée ou par un boulon creux,monté dans la rallonge 69, qui est utilisé pour laisser descendre graduellement l'outil.
Pour le forage canadien, l'organisation fonctionna exactement comme pour le forage pennsylvanien, sauf qu'on remplace la pince à câble par un émerillon auquel sont suspen- dues les barres.
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Evidemment, on peut aussi employer, pour le forage au câble, le boulon creux précité, qui toutefois est interdit dans beaucoup de pays en raison de ses désavantages et encore plus à cause des dangers qu'il présente de former des boucles..
Ce boulon ne peut cependant pas être employé pour le forage canadien.
Dans le forage par battage et à câble, on refoule la rallonge 69 dans le bras de balancier 68 et on la fixe. On tire alors le câble 75 au-dessous du galet de battage 74 et on le conduit de là, à la façon connue au-dessus du sommet du chevalement. Le dispositif employé pour permettre la descente ' graduelle de-l'outil est toujours le même.
Il reste maintenant à prouver quton peut aussi pratiquer le forage par battage rapide en même temps que le forage à longue course. A cet effet servent les dispositifs de la bielle. Le renvoi de sonnette 1 présente des trous qui permettent de modifier la course. Le dispositif 5, permet de modifier la longueur de la bielle 3, et on peut déplacer l'amortisseur à ressorts 7 aussi bien vers l'arrière que vers l'avant dans le sens longitudinal du balancier.
Lorsqu'on veut forer par battage rapide, on règle la bielle 3, pour la plus petite course, sur le renvoi de sonnette 1, puis, lorsqu'on a desserré la pièce 5, on glisse l'amortis,seur à ressorts 7 aussi loin qu'on le peut vers l'arrière et on fixe de nouveau la pièce.5. On obtient alors la course la plus réduite et l'on peut faire de nombreux coups. Lorsqu'on veut au contraire appliquer le coup le plus grand, on déplace la bielle 3 dans le sens inverse et on fait glisser l'amortisseur à ressort 7 si loun vers l'avant, après avoir desserré la pièce 5, qu'on réalise la hauteur de course désirée. On fixe alors toutes les pièces et on obtient une longue course avec un nombre restreint de coups.
Pour la course moyenne, on règle d'une
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façon correspondantela bielle, et la tige 3,6 est fixée perpendiculairement par rapport au balancier.
On peut citer encore d'autres avantages :
L'organisation du balancier 68,69 ou sa constitution à partir du bras de balancier 68 est simple et s'effectue rapidement.
La hauteur de forage en une seule opération est, dans le cas du forage à sec, au moins double de celle qu'on obtient avec le boulon employé pour laisser descendre graduellement m'outil, boulon qu'on doit souvent déplacer bien que le forage ait encore lieu d'une manière satisfaisante. On doit ajouter que cette hauteur augmente encore relativement du fait qu'au cours du forage, le câble se tord sur lui-même et qu'il en résulte une perte de hauteur de forage et par suite une perte de longueur de forage du boulon, perte qui souvent est sensible. Mais si on devaitmalgré tout, effectuer ce déplacement du boulon, ceci serait beaucoup plus facile à réaliser en desserrant un peu la pince du câble et en faisant remonter par vissage au moyen d'une manivelle (non représentée) le dispositif servant à faire descendre graduellement l'outil.
Un autre avantage réside encore dans le fait qu'on peut passer en une manipulation du forage à l'extraction des débris. Il suffit de desseerrer la pince du câble et on peut extraire aussitôt les débris. On peint ensuite refouler vers l'arrière le balancier 68,69 ou le faire basculer simplement vers le haut au moyen de la bielle pliante 3. On peut aussi laisser simplement le bala ncier dans la position de forage et faire glisser la rallonge 69 de 20 à 30 cm. environ vers l'arrière.
Dans le cas où l'on désire employer le tambour de palan 20, il suffit de desserrer la vis de fixation 73 et de rabattre le balancier vers le haut. La rallonge 69 glisse toute seule dans le bras de balancier 68 et le câble 76 du palan ne rencontre pas d'obstacle.
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Partout on applique la marche à roues libres et on travaille avec des avances très rapides. Aux avantages précités, vient encore s'ajouter celui que partout où l'on doit accoupler en pleine marche, on::utilise des embrayages à friction, même pour accoupler les parties de l'arbre 17. Ces embrayages ser- vent en même temps d'amortisseurs de façon que dans le cas de coincements, l'arbre s'arrête avant qu'une pièce se brise.
Ces dispositifs permettent d'augmenter considérablement la durée du temps passé au forage proprement dit. Par ailleurs, on a renoncé à un nombre trop grand de vitesses. On peut tou- tefois doubler le nombre de vitesses du palan en reliant la roue à chaîne 31, au moyen de la chaîne 32, à la roue à chaîne 33.
On obtient ainsi six vitesses.
On évite les dispositifs compensateurs parce qu'ils freinent au moment de la chute, mais il est facile de les constituer, par des cylindres compensateurs, au renvoi de sonnette 1.
Il y a lieu de faire remarquer spécialement qu'on peut aussi tourner et forer en même temps.
Si, par exemple, les tuyaux doivent être déplacés, ( on peut¯procéder en saisissant ceux-ci dans la plaque rotative pendant qu'on fore à l'intérieur de ces tuyaux. Il suffit de' saisir les tuyaux au moyen de la plaque rotative, par exemple au moyen de manchons ou d'une autre façon, à 1*aide de presses de serrage ou de boulons.
Il résulte encore des avantages spéciaux des faits suivants :
Tous.les tambours à câble se trouvent sur le sol
La commande et lesorganes moteurs se trouvent au dessous du sol ;
A travers le sol ne circulent pas de# pièces mobiles dans le plan horizontal ;
La rotation des'-tambours qui se trouvent des deux @
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côtés de la commande est réglée au moyen d'un dispositif de renversement de marche de manière que les câbles s'appliquent dans le même sens sur tous les tambours ;
On peut pratiquer le forage par battage et avec lavage à l'aide du balancier 68,69 ou du bras du balancier 68 ou bien encore sans balancier ;
On peut appliquer le procédé avec des bafres de lavage s'élevant au-dessus du balancier et avec des barres de lavage suspendues au-dessous du balancier;
Pour le forage indien à câble, on a prévu un tambour spécial 59, qui a une importance toute particulière même lorsqu" il s'agit de soulever des poids lourdset qui sert d'engin de levage ;
On a prévu un dispositif de précision pour laisser descendre graduellement l'outil, dispositif qui est applicable pour tous les procédés de forage par battage à l'exception du procédé indien à câble et par battage.
Le remplacement des barres peut être exécuté sous le sol parce que la plaque rotative ne gène pas;
La commande du dispositif de battage a lieu à travers l'arbre du tambour de palan ; on peut exécuter à la fois des mouvements de rotation et de battage, ce qui est très important dans le cas de travaux pour saisir une barre ou un outil ou dans d'autres cas spéciaux. Qn peut par exemple entraîner les tuyaux et les maintenir en mouvement, pendant qu'on fore.
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Drilling installation, at great depths, for all usual drilling methods up to the depths that they can respectively reach.
So-called combined cranes have been known for many years. Most often, such a crane consists of a combination of piling devices and rotary drilling devices, with which, when using wash-drilling combinations, the work is very often started by means of bits and when this has reached the limit where it ceases to be economical, we must switch to the other process.
However, we can, until we reach this limit
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te, change the process at any time and it is also possible to work continuously by either process. This fact is particularly important for prospecting drilling rigs, when it comes to drilling while producing a core. At great depths, such an installation no longer constitutes a combination, since the application of one of the methods, drilling with a drill bit with washing, is no longer possible.
We must therefore distinguish the "true" combination of the "false" combinations The "true" combina ison of drilling or probing with a bit and drilling or probing with a rotary tool.
That tif must make it possible to use as desired, as often / as possible, and without each time making major modifications, the processes indicated in the combination and, in the case of a continuous process, it must allow the implementation of this proceeded to the depth to be reached.
Therefore, we are dealing with a "false" combination when at great depths, where bit drilling with washing is no longer possible, only rotary drilling is done, or when it is not possible to drill. to carry out continuous work, or even when the application of several procedures each time imposes large changes in the installation. This false combination is therefore very often encountered when a combination of drilling with washing is added to dry drilling.
This is due to the fact that in many countries it is necessary, according to legal regulations, to carry out dry drilling for oil, lowering the borehole from 2 to 3 m. at most coming into question in this case, the conformation of the auxiliary installation in these equipment is such that it is impossible to continue the dry drilling in continuous work, owing to the lack of the debris removal installation. @
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Continuous dry drilling always involves a drum for removing debris, because you can only dry drill 2 to 3 m at one time. at most.
The drill cuttings then offer such resistance that the bit loses its percussive force. This debris must therefore be removed. To this end, a debris removal installation, such as it actually exists in all drilling rigs working really dry, is necessary. If the debris is not removed, drilling cannot be continued. In addition, dry drilling in continuous work implies that it takes place in a borehole in which the water level does not rise more than 10 m. above the bottom because otherwise the goal is not achieved and the advantages of dry drilling are lost.
Therefore, when one meets installations comprising a typical drilling installation with washing and provided with a bolt allowing the gradual descent of the tool for dry drilling, it is not, from a technical point of view drilling, dry drilling rig.
Although combinations of rotary and dry drilling machines are known, for example the Rotary-Pennylvanish, a combination is still lacking which additionally allows for bit and wash drilling, because the case often arises when It is very advantageous to employ precisely bit and wash drilling, for example when drilling through tough layers in sandy mountains, etc.
The drawbacks which have been encountered until now are eliminated by the new installation, object of the present invention, which is particularly applicable also in regions with poor water. This installation includes all the elements necessary for the continued application of the procedure.
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of drilling described below and combinations of processes.
For dry drilling at great depths, 3 drums are required, namely: one for the cable of the bit, one for the cable for the removal of debris and one for the cable of the hoist; for dry drilling, by the Pennsylvanian and Californian methods, a long arm placed at a determined height above the ground to be drilled is necessary, while for shallow drilling, it can also be drilled dry, without an arm. For rotary drilling, a device has been provided for carrying out a rotational movement, for example a normal rotary plate with square bars and parts adapted to this plate as well as a rapid lifting mechanism.
For cable and trephine drilling, a balance arm and precision feeder are used, which allow drilling to the full height of the headframe in a single operation. For rapid threshing, we must have an installation which allows to strike from 100 to 130 blows per minute with a stroke of 7 to 10 cm. We must also distinguish here whether we can drill the entire length of a bar with fixing of this bar above or below the balance.
For drilling water wells dry or by the Indian method, wire or bit, a dipper is not necessary, but there must be a connection between the wireline and the crank. In the new installation, all the elements meeting these requirements exist.
The spirit of the invention therefore applies to. an installation for deep drilling intended for all the usual drilling methods, up to the depth which they can respectively reach, installation which allows the immediate and at will change from one drilling method to another, without requiring construction modifications and achieving a high percentage of time spent actually drilling to great depths by dry drilling methods.
In accordance with
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invention, the device executed with a view to dry drilling, but which can also work continuously up to the greatest depths envisaged, by the method with washing, by means of a single series of bars, as well by rotation than threshing consists of a:; rotating lacquer, a drum for the drill cable, a drum for removing debris, a lifting mechanism and a threshing device acting. sant on a drilling arm and formed by a bell return controlled by a crank, which can be connected, in any case necessary for separate drilling processes, by couplings to a control located below the ground level from the site of the drilling and attacking a transmission.
By the different cooperation depending on the circumstances of these various elements, all the usual methods of rotary drilling and bit drilling with washing can be carried out, in any combinations at will, in particular so that the drilling can first be applied. rotary and then drill bit and that debris removal can be carried out in different ways.
The control of the installation, which preferably is arranged below ground level, acts on a transmission which is also located below this level and consists of couplings, control wheels which can be engaged or disengaging from each other and a reversing system, the transmission allowing the choice of independent control of the drum for the drilling cable, or of the drum for the cable for the removal of the cutters, drums which can turn crazy and are both on the land where the drilling is being done. On the drum shaft of the wireline is an auxiliary drum which is controlled independently or at the same time as this drum.
The transmission also comprises control wheels, capable of being coupled, which serve for the rotating plate,
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for the lifting mechanism and for the striker device which controls the balance. On one of the parts of the shaft in two parts (connected by a friction coupling) of the lifting mechanism is arranged controlled by the aforementioned transmission, another transmission constituted by toothed nuts and controlled by chains, while on the another part of the shaft, there is provided a hoist drum capable of idling and provided with a brake.
This shaft controls the threshing device by means of a coupling / The latter is more particularly a double-claw coupling and it controls, by means of chain wheels, a crank, a bell return and a a folding connecting rod, hinged, the telescopic balance whose front end can slide and be immobilized. The guide roller of the Mander is freely mounted and leads to the threshing roller which serves to guide upwards or downwards, the preferably flat cable, used for drilling or used to gradually let down the tools. At the foot of the balance is the winch used to gradually let down the tools, winch which is served at the level of the ground where the drilling is done.
The figures of the appended drawing show by way of example an embodiment according to the invention. In this drawing, Figure 1 is a side view and Figure 2 a plan.
Below the ground of the place where the drilling is done is the control 35, for example a control by steam engine and a transmission 90. The device itself comprises a known rotating plate 64, a drum 55 for the cable of the drilling tool and a drum 56 for the cable intended for the removal of debris, these two drums lying on the ground.
In addition, the installation comprises a lifting mechanism 20 and a threshing device acting on the pendulum 68,69
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and constituted by a bell return 1 controlled by the crank 12; all these parts can be connected by couplings 43, 46, 51, 52, 30, 25 and 16, to the command so that, by different combinations for each case, all the known methods of drilling by rotation and by ramming can, as it is said further, to be applied in all combinations, at will, in continuous work.
The control 35 acts on the transmission 90 formed by control wheels 42 or 33 and 29, which can be engaged by means of the couplings 43 and 46, and by a device 45 for reversing the direction of travel. This transmission allows a selectable and independent control of the drum 55 of the cable for the drilling or of the drum 56 of the cable for the removal of debris, both drums which can spin crazy. On the shaft of the drum 55 of the cable for the drilling is further fixed an auxiliary drum 59 which is controlled independently or with the drum 55. The transmission 90 further comprises selective control wheels 33 and 66 or 29 for the plate. rotary 64, for the lifting mechanism 20 and for the threshing device 11 and 12 which controls the rocker 68,69.
On one of the parts, connected by a friction clutch 25, of the two-part shaft 17 of the lifting mechanism 20 is a transmission with toothed wheels 27, 30 and 31 controlled by chains 28 or 32 from the transmission. 90. The other part of the shaft 17 is provided with a hoist drum 20 capable of spinning loose and of being braked. This shaft 17 controls, by means of a coupling 16, the threshing device. The coupling 16 is double-clawed and acts, via chain wheels 15, 13 of the crank 12 of the bell return 1 and, of the connecting rod 3, which can be folded thanks to the hinge 4, on the telescopic balance 68 , 69 which can slide at its front part 69 and be fixed by means of the bolt 73.
The roller 72 of the balance 68.69 is mounted freely
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and guides the flat cable 75, used for drilling or for gradually lowering the tool, towards the threshing roller 74 intended to guide the above-mentioned cable 75 upwards or downwards.
At the foot of the column 70 of the pendulum is arranged the winch 81 controlled from the ground to gradually lower the drilling tool.
In the drawings, there is shown the drums for four cables, namely; the drum 20 for the hoist, the drum 55 for the drilling cable, the drum 56 for the cable intended for the extraction of debris and the drum 59 for the drilling of water wells and the Indian rope threshing, the crank necessary for this purpose being designated by 18.
For drilling, the arm 68 was extended by means of the extension 69 so as to constitute the arm 68,69 to meet the requirements for rope and bit drilling and for drilling with the arm and arm. trephine, with wash. The arm 68,69 however also allows Canadian drilling because, in this case, the device for the progressive descent of the tool can be used for both processes. For cable beating, we use the balance arm 68 and the beating roller 74 as well as the roller 72, after having retracted, by sliding it in the arm 68, the extension 69 and that 'has fixed in its new position by means of the fixing bolt 73.
It suffices to pass the cable 75, coming from the winch 81 serving to gradually lower the drilling tool, under the threshing roller 7 @, to pass it over the top of the headframe and then to adapt it as in all other processes. For rapid threshing, for example in the Fauck system, the cable 75 is led over the roller 72 and the threshing roller 74 downwards and the link is established with the linkage, below the balance.
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If the rapid threshing is to be carried out by means of bars fixed above the arm, the threshing roller 74 is replaced by the threshing plate, or by a hollow bolt (not shown) which allows the gradual descent of the tool.
For rotary drilling, the rotary plate 64 with its accessories is sufficient. For drilling without a pendulum, the rope, not shown, on which is pulled, is fixed to 18 on the one hand and to the cable 63 on the other hand, in the known manner. It is obviously also possible to replace the threshing roller 74 with a bolt intended to gradually lower the tools. However, this is prohibited in many countries and also has the disadvantage of a low drilling height compared to the height of the column of the bala ncier.
The application of the various methods and operations is accomplished by the extensive use of couplings and many possible clutch combinations, and by the use of various elements, for various purposes.
In particular, it is pointed out that the following combinations are achievable in continuous work using the new installation:
Wireline pile driving and rotary drilling (Rotary drilling or rotary drilling or even semi-Rotary drilling);
Drilling by rapid piling and rotary drilling;
Canadian drilling and rotary drilling;
Pennsylvanian rotary drilling;
Pile, wireline, high-speed pile and rotary drilling;
Pile, wireline, and dry drilling and rotary drilling;
Pennsylvanian or Canadian drilling and rotary drilling;
Pile, wireline, and rapid-pile drilling and dry drilling;
Indian wireline drilling and: rotary drilling or dry outrigger drilling;
Indian drilling, wireline drilling, rapid pile drilling and water well drilling along with other processes.
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All of these processes are controlled from a single location and are applicable to a single installation.
The means which allow this are in part already known, sometimes with regard to the necessary installations, sometimes by the assembly of their separate elements and finally by the extensive use of clutches and couplings. In particular, account has been taken here of the fact that the methods waste, as the drilling depth increases, so much time in the actual drilling that one willingly renounces the possible advantages, obtaining a significant gain in time spent purely. during drilling, so that this time increases considerably.
In what follows, it will be indicated how the couplings must be carried out in order to carry out the various operations, the safety measures for the workers also being taken into consideration.
In Figs. 1 and 2, the drive (an electric motor or a machine), 36 denote the drive chain wheel thereof or the pulley for driving the belt drive shaft 39. by means of the chain 37 and the toothed wheel or deflection pulley 38. It will be assumed that this is a rotary drilling. As in the case of any operation, the shaft 39 is driven. This shaft carries the chain idler wheel 33 which controls, by means of the chain 67, the control wheel 66 of the rotating plate. This is to indicate the possibility of a rotary movement. It should be added that the chain idler-35 is controlled by the coupling 46. Only one shaft of the drilling rig rotates.
There are several ways to transport the bars.
If we drill in Rotary using heavy bars, we can operate in the following way by means of the hoist: We engage the coupling 46 with the idler chain wheel 29, which then controls, by means of the chain 28, the chain wheel 27, after this wheel has been engaged using the coupling 30.
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In this way, it is, to begin with, the rear part of the shaft 17, in two parts, which turns. The coupling 25 serves to establish the connection with the anterior part of the shaft 17.
After these parts are rotated, it suffices to engage the coupling 16 of the hoist drum. Drum 20 then operates.
Another possibility is to engage, on the shaft 39, the coupling 43 and connect the chain wheel 44, through the chain 48, to the chain wheel 49, wedged on the shaft 79. When the coupling 51 is disengaged , the auxiliary drum 59 keyed on its shaft rotates, the conveyor cable 63 being applied to this drum. This cable is used to exert a weak traction.
As a third possibility, both the drum 20 of the hoist and the auxiliary cable drum 59 can be engaged simultaneously. This arrangement gives the hoist three travel speeds when the dead end of the hoist cable 76 is applied to the auxiliary drum 59. For the movement of the bars, two or three shafts turn. 'Therefore.
When the debris is to be removed, the coupling 43 is engaged on the shaft 39 with the chain wheel 42 and, by means of the chain 47, with the chain wheel 50, the shaft 80 then turns.
The drum 56 is then engaged by means of the friction clutch 52. Two shafts, the shaft 39 and the shaft 80, rotate.
When the drill cable has to be moved dry, the coupling 43 is engaged with the wheel 44 and consequently the wheel 49 by means of the chain 48. The shaft 79 now turns with the empty drum 59. The coupling is coupled. friction clutch 51 and now the drum 55 is moved upwards. For all the auxiliary transports or those in which the baryes are drawn, the drum 59 can be used which is operated as has been said. In the foregoing, the transport or movement has been described.
When you want to drill by piling, it is always necessary
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necessary to engage the shaft 17 by its front part, as has already been described.
When the balance arm 68 or the balance 68, 69 has to be controlled, the coupling 16 is connected to the chain wheel 15. This is done at the rear, stationary part of the shaft 17 which passes through the drum. hoist 20. The chain wheel 15, via the chain 14, controls the chain wheel 13, which turns the crank 12 after the friction clutch 25 has been engaged. The crank 12 controls the bell return. 1 which transmits its movement through the connecting rod 3 to the balance arm 68 or to the balance 68,69. With the exception of drilling without a pendulum, three shafts rotate. The 68.69 pendulum is used for all types of drilling by piling.
If you want to practice the Pennsylvanian drilling by means of cables, the extension 69 is removed from the inside of the balance arm 68 and it is fixed in such a way by means of fixing screws 73 that the threshing roller 74 comes to be placed above from the middle of the borehole when the arm is horizontal. The cable 75 for gradually lowering the tool passes over a guide roller 72 and over the threshing roller 74 to move down. The cable for the drilling is fixed in the known manner by means of cable clips on the cable 75.
The same arrangement is made for piling drilling by means of the pendulum, the bars being suspended below the latter. When drilling takes place with the bars protruding from the beam, the threshing roller 74 is replaced by a threshing plate, not shown, or by a hollow bolt, mounted in the extension 69, which is used to gradually lower the tool.
For Canadian drilling, the organization worked exactly as for Pennsylvanian drilling, except that the cable clamp was replaced by a swivel from which the bars were suspended.
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Obviously, one can also use, for cable drilling, the aforementioned hollow bolt, which however is prohibited in many countries because of its disadvantages and even more because of the dangers which it presents of forming loops.
This bolt, however, cannot be used for Canadian drilling.
In pile driving and cable drilling, the extension 69 is pushed back into the balance arm 68 and fixed. The cable 75 is then pulled below the threshing roller 74 and is led from there, in the known manner above the top of the headframe. The device employed to allow the gradual descent of the tool is always the same.
It now remains to be proven whether it can also practice high-pile drilling at the same time as long-stroke drilling. The connecting rod devices are used for this purpose. The bell return 1 has holes which allow the stroke to be changed. The device 5 makes it possible to modify the length of the connecting rod 3, and the spring damper 7 can be moved both rearward and forward in the longitudinal direction of the balance.
When you want to drill by rapid hammering, we adjust the connecting rod 3, for the smallest stroke, on the bell return 1, then, when the part 5 has been loosened, we slide the damping, spring sor 7 also as far back as possible and we stare at the part again. 5. We then obtain the shortest stroke and we can make many strokes. When, on the contrary, we want to apply the greatest blow, we move the connecting rod 3 in the opposite direction and we slide the spring shock absorber 7 if loun forward, after having loosened part 5, which we realize the desired stroke height. All the pieces are then fixed and a long stroke is obtained with a limited number of strokes.
For the average stroke, we rule by
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corresponding way the connecting rod, and the rod 3,6 is fixed perpendicularly to the balance.
We can mention other advantages:
The organization of the balance 68,69 or its constitution from the balance arm 68 is simple and is carried out quickly.
The drilling height in a single operation is, in the case of dry drilling, at least double that obtained with the bolt used to gradually lower the tool, a bolt that often has to be moved although the drilling still takes place in a satisfactory manner. It should be added that this height increases still relatively due to the fact that during drilling, the cable twists on itself and that this results in a loss of drilling height and consequently a loss of drilling length of the bolt, loss which is often noticeable. But if, despite everything, we had to move the bolt, this would be much easier to achieve by loosening the cable clamp a little and by screwing up by means of a crank (not shown) the device used to gradually lower the tool.
Another advantage still resides in the fact that it is possible to switch from a manipulation of the borehole to the extraction of debris. All you have to do is loosen the cable clamp and the debris can be extracted immediately. We then paint push back the arm 68,69 or simply tilt it upwards by means of the folding rod 3. We can also simply leave the balancer in the drilling position and slide the extension 69 of 20 at 30 cm. approximately towards the rear.
In the event that it is desired to use the hoist drum 20, it suffices to loosen the fixing screw 73 and fold the arm upwards. The extension 69 slides by itself in the balance arm 68 and the hoist cable 76 does not encounter any obstacle.
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Everywhere we apply free-wheeling and we work with very rapid advances. In addition to the aforementioned advantages, there is also the advantage that wherever it is necessary to couple in full operation, friction clutches are used, even for coupling the parts of the shaft 17. These clutches are used at the same time. shock absorbers so that in the event of jams, the shaft stops before a part breaks.
These devices make it possible to considerably increase the duration of the time spent in the actual drilling. Furthermore, too many speeds have been dispensed with. However, the number of hoist speeds can be doubled by connecting the chain wheel 31, by means of the chain 32, to the chain wheel 33.
Six speeds are thus obtained.
Compensating devices are avoided because they brake at the time of the fall, but it is easy to constitute them, by compensating cylinders, at the bell return 1.
It should be specially noted that it is also possible to rotate and drill at the same time.
If, for example, the pipes have to be moved, (this can be done by gripping them in the rotating plate while drilling inside these pipes. It is sufficient to grip the pipes by means of the plate. rotary, for example by means of sleeves or otherwise, with the aid of clamping presses or bolts.
Further special advantages result from the following facts:
All cable drums are on the ground
The control and the motors are located below the ground;
No moving parts # horizontally move through the floor;
The rotation of the 'drums which are located on the two @
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control sides is adjusted by means of a reversing device so that the cables are applied in the same direction on all the drums;
Drilling can be carried out by piling and washing using the pendulum 68,69 or the arm of the pendulum 68 or even without a pendulum;
The process can be applied with wash bars rising above the pendulum and with wash bars suspended below the pendulum;
For Indian cable drilling, a special drum 59 has been provided, which is of particular importance even when it comes to lifting heavy weights and which serves as a lifting device;
A precision device has been provided for gradually lowering the tool, a device which is applicable for all piling drilling methods with the exception of the Indian wireline and piling method.
The replacement of the bars can be carried out under the ground because the rotating plate does not interfere;
The threshing device is controlled through the shaft of the hoist drum; it is possible to perform both rotational and threshing movements, which is very important in the case of work to grip a bar or a tool or in other special cases. Qn can for example drive the pipes and keep them moving, while drilling.