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DISPOSITIF S'ADAPTANT A UNE TIGE DE BURIN POUR PERFORATEUR, EN VUE DE L' INJECTION SIMULTANEE D'AIR ET D'EAU ET DE LEUR EVACUATION RAPIDE AVEC LES
DEBRIS PROVENANT DU FORAGE DE ROCHES.
L'objet de la présente invention est un dispositif s'adaptant à une tige de burin pour perforateur, en vue de l'injection simultanée d'air et d'eau et de leur évacuation rapide avec les débris provenant du forage de roches. Ce dispositif est caractérisé en ce que la tige de burin est pourvue d'un dispositif rotatif comportant au moins un conduit concentrique servant à injecter le fluide sous pression à travers l'espace compris entre la tige de burin et ledit conduit vers le taillant, situé au fond du trou de forage et que par sa rotation, le dispositif entraîne la tige de burin pour débloquer le taillant, en vue de vaincre la résistance de coincement du taillant, aider à l'entraînement de la tige de burin dans sa rotation et, cas échéant, assurer la rotation de ladite tige sans l'aide d'autres dispositifs.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, représente d'une manière schématique trois formes d'exécution du dispositif selon l'invention.
Dans la première forme d'exécution, fig. 1 à 3, la fig. 1 est une coupe en élévation, suivant la ligne 1-1 de fige 2, de l'installation du dispositif dans le trou de forage, la fig. 2 est une coupe en plan, suivant la ligne II-II de fig. 1, et la fig. 3 est une coupe, suivant la ligne III-III de fig. 1, de 1'extrémité du conduit derrière le taillant.
Dans la deuxième forme d'exécution, fig. 4 à 6, la partie supérieure de la fig. 4 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un tronçon du dispositif installé dans le trou de forage, dont la fig. 5 est une coupe en plan, suivant la ligne V-V de fig. 4.
La partie inférieure de fig. 4 montre une variante de la seconde forme d'exécution dont la fig. 6 est une coupe en plan, suivant la ligne VI-VI de la partie inférieure de ladite fig. 4.
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Enfin, dans une troisième forme d'exécution, fig. 7 à 9, la fig. 7 est une coupe verticale par l'axe du trou de forage, montrant le dispositif monté sur la tige de burin. La fig. 8 est une section en plan, suivant la ligne VIII-VIII de fig. 7, à travers le tube intérieur du dispositif de déblocage du taillant montrant le mécanisme d'entrainement auxiliaire de la tige de burin. Enfin, la fig. 9 est une coupe en plan, suivant la ligne IX-IX de fig. 7, des moyens de déblocage axial et de passage des fluides sous pression ainsi que l'évacuation des débris à l'extérieur du conduit.
Dans la première forme d'exécution, fig. 1 à 3, la tige de burin 4 est logée dans le trou de forage avec la taillant 5 en son point d'attaque. Le fluide sous pression, soit l'eau ou l'air, cas échéant l'eau et l'air, sont injectés suivant les nécessités, simultanément ou séparément, dans le conduit 10, depuis l'extérieur vers le fond du trou de forage, par le tuyau 14. Les débris de forage ainsi que le fluide sous pression (eau et/ ou air) sont ensuite évacués à travers un espace 13, compris entre le conduit 10 et la paroi du trou de forage.
L'ensemble du dispositif est maintenu dans une position concentrique au trou de forage au moyen de taquets 15 fixés, soit sur le conduit 10, soit sur le manchon 16 qui raccorde les tronçons de conduits 10, -ledit manchon faisant office de coussinet entourant la tige de burin 4-. Ces taquets 15 sont, par exemple, disposés à 1200 à la périphérie du manchon, comme représenté en fig. 2.
On pourrait également aménager des saignées dans le manchon 16, cas échéant, dans les tronçons de conduits 10, pour aider à l'évacuation des débris le long de leur parcours.
Sur l'extrémité du conduit 10,du côté du taillant 5, sont aménagés des éperons 17, taillés en forme de couteaux, à deux arêtes tranchantes dont l'une est parallèle à l'axe et dont l'autre, radiale, est située du côté de l'avancement,dans le but de coopérer avec les taquets 15 au guidage en direction rectiligne du forage tout en égalisant la paroi du trou de forage.
Dans la seconde forme d'exécution, fig. 4 à 6, le conduit 10 est centré dans le trou de forage au moyen d'un ruban métallique 18, enroulé en hélice et fixé de champ à la périphérie dudit conduit. Ce ruban hélicoïdal remplace les taquets 15 et sert à maintenir le dispositif dans l'axe du trou de forage. Les débris ainsi que le fluide sous pression sont évacués dans l'espace compris entre le dispositif et la paroi du trou de forage, remontant ainsi plus facilement à la surface du sol, grâce à l'enroulement hé- licoïdal du ruban 18.
Le conduit 10 est mis en rotation, indépendamment du mouvement imprimé à la tige du burin par la perforatrice, par un train d'engrenages 20, commandé par exemple par courroie sur la poulie de transmission 21. Ce mode d'actionnement est indiqué en fig. 4.
On peut également, selon une variante représentée à la partie inférieure de fig. 4, et en fig. 6, intercaler entre les éperons 17, 17', situés à l'extrémité du conduit 10, un ruban métallique, fractionné en éléments 22, 22', disposés en arcs de 1800 et décalés les uns par rapport aux autres dans le sens du diamètre du dispositif,de manière à former des chicanes pour assurer à la fois la direction rectiligne du forage et contribuer à l'évacuation des débris, comme décrit ci-dessus.
On pourrait également aspirer le fluide sous pression ainsi que les débris de forage, nonobstant leur évacuation naturelle, par le ruban hé- licoïdal.
Lorsque le fluide sous pression n'est constitué que par de l'air, il est préférable, pour éviter la silicose, d'aspirer les débris par un dispositif 23 indépendant, aménagé à ras du sol et semblable au dispositif 19, qui sert à injecter le fluide sous pression, comme indiqué en traits mixtes à la partie supérieure de fig. 4.
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Un perfectionnement est apporté au dispositif par la troisième forme d'exécution, fig. 7 à 9, dans laquelle on a tenu compte de la possibi- lité de déblocage du taillant, en entrainant la tige du burin à la vitesse voulue, en vue de vaincre la résistance de coincement du taillant, d'aider à l'entraînement de la tige de burin dans sa rotation et, cas échéant, de faire tourner ladite tige sans l'aide d'autres dispositifs.
Le taillant 5 est dessiné, dans cette forme d'exécution, en son point d'attaque. Il est fixé à l'extrémité de la tige de burin 4. A l'in- térieur du conduit 10 est aménagé un tube concentrique 24 qui se prolonge à l'extrémité supérieure du conduit par un dispositif d'entraînement de la ti- ge de burin. Le tube 24 tourne normalement à une vitesse différente de celle du conduit 10 auquel il est relié par des paliers à billes ou coussinets 25, à la partie supérieure, et 26 à la partie inférieure. Comme dans les formes d'exécution précédemment décrites, l'air et/ou l'eau, soit le fluide sous pression, sont introduits dans le tube 24 et les débris de forage sont éva- cués entre le conduit 10 et le trou de forage, suivant le trajet indiqué par des flèches.
Le moyen de déblocage du taillant, pour le cas où ce dernier viendrait à se coincer dans le trou de forage, comporte un organe d'entrai- nement de la tige de burin, placé à la partie supérieure du tube 24 ainsi qu'un organe de butée qui fait office de passage pour l'injection.du fluide sous pression vers l'extrémité de la tige de burin reliée au taillant.
Le moyen de déblocage du taillant, placé à l'extrémité supé- rieure du tube 24, consiste, dans la forme d'exécution représentée, en un accouplement à six rochets 27 dont chacun comporte une extrémité 28, de for- me cylindrique, emboité chacun dans une alvéole,'aménagée dans un .moyeu 29, solidaire de la tige de burin 4. L'autre extrémité 30 de chacun des rochets
27 appuie contre la paroi intérieure du tube'24, taillée en dents de scie, dont les arêtes sont parallèles à l'axe de la tige de burin. Ces extrémités
30 sont appliquées constamment contre les dents de scie par des ressorts 31, le tube 24 tournant dans le même sens que la tige de burin 4, soit dans le sens de la flèche f de fig. 8.
Les moyens de déblocage du taillant, aménagés à l'extrémité inférieure du dispositif, comportent un organe de butée 32, solidaire de la tige de burin 4 et dont la course est limitée d'une part par l'épaulement'
33 et d'autre part par une pièce 34, formant cuvette de rotule, tous deux solidaires du tube intérieur 24. L'épaulement 33 est percé de part en part de canaux 35 parallèlement à l'axe de la tige de burin et servant au passage des fluides sous pression. Des canaux identiques 36 sont également aménagés dans la cuvette 34.
Une rotule 37, servant de coussinet et montée sur la ti- ge de burin, est logée dans la cuvette 34 et permet le débattement de la tige de burin.,En outre, l'organe de butée 32 est pourvu de canaux radiaux
38, servant au passage du fluide supplémentaire sous pression dans l'alésage - axial 39 qui existe sur toute la longueur de la tige de burin 4 et servant au passage du fluide sous pression aboutissant au taillant 5.
Le tube intérieur 24 est maintenu dans le conduit 10 aux extré- mités de ce dernier par une collerette 40, à la partie supérieure, et 41 à la partie inférieure D'autre part, il est évident que le tube 24 est entre- toisé de distance en distance à l'intérieur du conduit 10.
Comme dans les formes d'exécution'précédentes, la tige de burin 4-est maintenue à l'intérieur du trou de forage par des manchons de guidage 16. Ces manchons peuvent également être prévus à l'intérieur du tube 24, comme indiqué en 16' en fig. 7. Dans cette exécution, les saignées pour l'é- vacuation des débris de forage sont supprimées.
L'extérieur du conduit 10 est pourvu de taquets 15 et d'éperons 17,comme dans les formes d'exécution précédentes. Les éperons 17, situés à l'extrémité inférieure du conduit 10, peuvent affecter la forme de pointes de-métal dur,ou de diamants, réparties en couronnes, tant à la périphérie du conduit qu'à sa partie inférieure, en vue d'aléser le trou de forage et
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d'entamer la roche là où le taillant, pour une cause quelconque, n'aurait pas suffisamment mordu.
Le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant :
Lorsque, pour une raison quelconque, le taillant se coince dans le fond du trou de forage et pour vaincre ce coincement, les dents de scie du tube 24 entraînent la tige de burin 4 par les extrémités 30 des rochets 27 à la vitesse voulue en débloquant le taillant 5 qui peut reprendre sa vitesse normale de rotation, grâce à cet appoint de force fourni par le tube 24, suppléant ainsi au manque de puissance de la machine qui actionne la tige du burin.
Dans le cas où la tige de burin n'effectuerait qu'un mouvement de percussion, la rotation de la tige de burin s'opérerait uniquement par le tube 24 au moyen des rochets 27.
Outre l'action du déblocage, le tube intérieur 24 peut également aider à entraîner la tige sans l'aide d'autres moyens d'actionnement.
Pour éviter un effet de torsion de la tige de burin, on pourrait également installer à l'extrémité inférieure du tube un accouplement supplémentaire d'entraînement de la tige de burin.
Le dispositif décrit qui peut forer dans toutes les directions est destiné plus particulièrement aux forages dans lesquels la tige de burin avec son taillant agit par percussion et/ou par rotation. Avec ce système, il n'y a pas formation de carotte, de sorte que les débris de forage sont évacués au fur et à mesure sans qu'on soit obligé de sortir l'appareil de forage hors du trou aussi souvent qu'il est nécessaire de le faire dans le cas de forages avec formation de carotte. Ce dispositif permet donc de forer des tronçons beaucoup plus longs qu'avec les appareils à formation de carottes lesquelles doivent être prélevées assez fréquemment, de sorte qu'on peut forer sans interruption et sans ressortir l'appareil du trou de forage aussi longtemps que le taillant n'a pas subi une forte usure ou une avarie.