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" Proo6dé et appareil de trnitement d'un fluide hydranlique pour le òrage "
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La présente invention concerne le forage ou le perçage de trous dans le sol et, en particulier, l'invention concerne un procède et un appareil pour traiter le fluide de forage utilisé avec un foret utilisant des jets hydrauliques.
Les dispositifs classiques pour percer des trous de mine profonds fonctionnent par contact physi- que des surfaces de taille d'une mèche de foret métal- lique et de la formation rocheuse, au fond du trou, de façon à entailler mécaniquement la roche. Ces mèches de foret connues telles que la mèche en queue de pois- ,son, là mèche à frottement, la mèche de sonde carottière, la mèche à molettes, la mèche à cônes, la mèche à disques, etc. fonctionnent toutes de façon à effectuer un trou par défonçage mécanique de la roche au fond du trou, d'où les éclats sont emmenés à la surface du sol par l'inter- méiaire d'un fluide circulatoire tel que de l'air, de la mousse ou de la boue de forage.
Lorsqu'on défonce mé- caniquement la roche, il est inévitable qu'une usure notable et qu'un certain nombre de ruptures se produisent également dans les éléments de taille d'une telle mèche de foret, si bien qu'éventuellement la mèche s'use et ne peut continuer à forer le trou. La tige de foret doit alors être enlevée du trou, la mèche remplacée et la tige de la mèche réintroduite dans le trou avec la nouvelle mèche. Lorsqu'on perce des formations de terrain
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dures, en effectuant un trou profond, le temps perdu à remplacer les mèches de foret classiques peut dépasser le temps de forage lui-même au fond, et cela a pour ré- sultat une perte d'efficacité, les frais de l'opération de forage étant augmentés très sensiblement.
Des jets hydrauliques ont été jusqu'à présent utilisés dans des mèches de foret classiques, mais ces jets avaient pour rôle de conserver les bords do taille de la mèche de foret, ou la surface de la roche à toil-
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1er, exempts de boue et d'éclats produits par la mèche, de façon à augmenter l'efficacité des surfaces de tail- le mécaniques de la mèche.
Cependant, ces jeta auxiliai-
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res, tels qu'ils sont utilisés 3\4C des mèchas de fo- ret classiques, n'ont aucune action de taille efficace, lorsqu'ils fonctionnent sous les pressions normalement utilisées pour la circulation du fluide dans des opéra- tions de forage mécanique classiques*
On a constaté que, lorsque des jota hydrauli- ques fonctionnent à des pressions très élevées, de telle
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sorte que le jut émergent it'r'e#:i4 ilt dus vitesse extrûlllo- ment élevées, le jt,t de fluide (.si tràs efficace dans lu forage à trous, même lorsqu'il :,tJit du rocht) durao.
En S'i:Jt3'.ti3nt sensiblement toutes lés àsuriac; coupantec r:,.M^ czniquos dans la mèche de fc'rt, on obtient unu n.;clri qui est sensiblement exempte d'usure xro,.ant4rzc ('U do pi=>- ne. En conséquence, lorsqu'on ut3.l,;:> une telle tr'O.Chp dans le trou, elle forera e'ficicei4,tît ps;nclant une période de te;.ps beaucoup plus longue ,-,'t'une tl1èchIJ
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qui possède des éléments de taille ou de coupe mécaniques.
De même, du fait que les jets défoncent la roche suivant de très petits fragments, les éclats sont plus facilement enlevés par le fluide circulatoire que ne le sont les éclats plus gros effectués par les méches de foret mécaniques clos- siques. En outre, du fait de la simplicité mécanique d'une telle mèche constituée uniquement de jets, ces mèches sont très robustes et sont également relativement peu onéreu- ses, si bien que l'on obtient une économie supplémentai- re des frais de forage. Qui plus est, lorsque ces mèches fonctionnent conformément à la présente invention, on cons- tate qu'elles effectuent un trou à une vitesse beaucoup plus rapide que les mèches classiques.
On a constaté, conformément à la présente inven-' tion que, lorsqu'une série de jets hydrauliques de vites- se extrêmement élevée tournent dans un trou de mine ou de sonde, on obtient une taille très efficace, Même lorsqu'il s'agit de roche dure. Conformément à la présente invention, la vitesse des courants de fluide dépasse la vitesse de taille minimale critique pour la matière terreuse que l'on doitforer. Il est à noter que, contrairement aux dis- positifs de forage de la technique antérieure, la mèche de foret de la présente invention ne réalise sensiblement aucun contact physique de l'outil utilisé. pour produire les jets hydrauliques de vitesse élevée avec les surfaces
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de la formation rocheuse à percer ou forer.
Ainsi, la mè.. che de foret de lrésente invention est sensible- ment à l'abri de toute usure ou de panne occasionnée par le contact physique des surfaces de mèche de la technique antérieure avec la formation rocheuse à forer.
Bien que, pour plus de commodité dans le présent mémoire, le terme "mèche" ait été utilisé pour décrire l'outil de forage ou de perçage de la présente invention, il apparaîtra aux spécialistes, en rappelant ce qui vient d'être mentionné et à la lumière de la description détaillée suivante, que le procédé et l'appareil de la présente invention sont entièrement différents de ceux de la technique anté- rieure.
Une distinction est faite entre les mèches de foret de la technique antérieure qui sont du ty- pe mécanique, dans lequel la taille de la formation rocheuse résulte d'un contact physique des surfaces de la mèche métallique avec la formation rocheuse au fond du trou, et les mèches utilisant des jets de la présente invention, dans lesquels la taille de la òr- mation rocheuse résulte de l'action érosive d'un jet à vitesse élevée provenant d'un ajutage qui n'est pas en contact avec la formation rocheuse, et qui, comme cola de...
' viendra évident, fonctionne plas avantageusement,lors- que l'ajutage est situé à une distance déterminée (op- pelée distance d'écart) de la roche à percer.
Dans la présente invention, un foret utilisont des jets est utilisé pour creuser la terre de façon à effec- tuer un trou de mine ou de sonde. Dans le présent mémoire, on utilise l'expression "foret à base de jets",pour dési-
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gner un foret dont le fonctionnement, c'est-à-dire, la taille de la roche, .est effectué à peu près complète ment par une série de jets hydrauliques jaillissant de d'ajutages installés dans l'outil, à une vitesse qui dé- passe la vitesse de taille minimale critique.
La vites- se de taille minimale critique est la vitesse de fluide au-dessous de laquelle le jet ne peut effectuer sensi- blement aucune taille, tandis qu'au dessus de cette va- leur critique, la taille augmente rapidement au fur et à mesure qu'augmente la vitesse. La vitesse de taille minimale critique varie avec la matière à forer et éga- lement avec la nature du fluide jaillissant. Ce fluide de forage utilisé est pompé dans la mèche de foret sous une pression suffisamment élevée pour que le jet qui jail- lit de la mèche dépasse la vitesse de taille minimale cri- tique de la roche à forer.
La taille,, ou forage, d'un jet de vitesse élevée peut être accrue par l'utilisation d'un fluide qui con- tient une matière entraînée, par exemple, du sable. On a constaté, comme décrit dans la demande de brevet belge n
34239 qu'à des vitesses supérieures à la vitesse de taille minimale critique, la vitesse d'enlèvement de la matière perforée du jet varie avec la concentration en sa- ble. On a constaté qu'avec un type particulier de matière entraînée, la vitesse de taille est plus gronde pour un intervalle particulier de concentrations de la matière entraînde et que la vitesse de taille est inférieure pour des concentrations audessus et au dessous de cet intervalle.
Une explication possible de ce résultat est que, si il y a
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trop peu de matière entraînée, la vitesse de taille est augmentée par l'addition d'une plus grande quan- tité de matière jusqu'à ce qu'une concentration soit atteinte qui soit assez élevée pour qu'un nombre ap- préciable de particules entraînées heurte simplement le sommet d'un élément entraîné et ne heurte pas et ne taille pas la roche attaquée. Par suite, il est souhaitable de maintenir le fluide de forage dans un état tel qu'il transporte une concentration optimale de particules entraînées intéressantes.
On a constaté en outre que, lors du passage à travers la mèche de foret, à une vitesse dépassant la vitesse de taille minimale critique et lors du retour à la surface de la terre, une partie notable de la ma- tière entraînée dans le fluide de forage a une granulo- métrie réduite. Ainsi, le forage produit des fines aux dépens des particules entraînées de calibre intéressant.
Les fines sont défavorables au forage, du fait qu'elles augmentent l'énergie requise pour développer une vitesse de jet spécifiée et qu'elles se trouvent dans le chemin des particules utiles si bien qu'elles réduisent la tnil-
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le ou le 1\)1té.1:;e du fluide d'une ;:niôt'U dndisiro à l't>1- tet obtenu pair une concentration de pl.1.t),,ju\(J:j l"'1xc(H'!;hq Les ,11 intH' no "4.'(.llti'.3'ti4'nt en rien à hi 1,;Ô i 1 J !)1'1.'I1<:J,\I.\:,,) par 10 fluide de forage, pur :;\U1\'f:, il t'l'" ;crf.tb..3 d'enlvvor les fines du fluide de 1'(lrlJ?;' ;:<;;i;onm,4a e% d'ajouter des particules do tajine souhaitable peur .jl4'" borer la concentration en pariiculix d.;
taille souhaita- ble, avant que la fluide de forage soit de nouveau remis
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en circulation dans la mâche.
La présente invention procure un procédé et un appareil pour le forage par jets qui maintient des conditions optimales dans le système de forage.
La présente invention fournit également un procédé et un appareil pour le forage par jets qui évi- te une usure excessive des pompes et des autres équipe- ment$ nécessités.
En outre, la présente invention fournit un procédé de forage par jets, qui, dans une tonne de réa- lisation, évite l'utilisation de particules abrasives dans le fluide de forage.
D'autres objets de la présente invention sont réalises par le procédé et l'appareil décrits dans la description suivante, en se référant aux dessins ci-an-' nexés dans lesquels; - la figure 1 est une illustration schémati- que d'une tonne de forage par jette dans laquelleune ma- tière solide est entraînée dans la fluide do forage et à laquellela présente invention est applicable; - la figure 1A est uno représentation schéma... tique de l'équiperont do traitemnet qui peut être utili- sé dans la présente invention pour reconstituer le flui- de de forage contonant dos particules solides entraînées;
et - la figure 2 est une illustration achématique d'une forme de réalisation de 1'invention dans laquelle un liquide secondaire non miscible est entraîné dans le fluide de forait
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Conformément à la présente invention, une matière, solide ou liquide, d'une densité différente de celle du constituant principal du fluide d'entraînement est entraînéedans ce fluide.
Lorsque le fluide contient des particules solides, le fluide de forage consent ou uti- lisé est tamisé pour enlever les éclats de roche impor-
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t;nts. tamisd une fois encore pour enlever des particu- les d'une taille intéressante et traité de façon à enle- ver les fines restantes. Le fluide de forage est alors reconstitué en ajoutant de nouvelles particules de cali- bre utilisable, pour restaurer la concentration jusqu'à une valeur souhaitée. L'invention fournit en outre un fluide de forage contenant un liquide secondaire non
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miscible dont les particules sont enur,51nu'oa dans le flui- de de forage sous la forme de gouttelettes d'un calibre notable.
Ce type de fluide de forage est traité après uti- lisation par tamisage pour éliminer les calait par sépa-
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ration 0 omplète des deux liquides, et pl,1' 1'(.lnjection ennuîte de l'un des liquides sous forme de gouttelettes de calibre désire dans l'autre liquide un phase continus.
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On se réfàre à présent à la i'i<;:+.< 1; on y a reprusenté schumatiqueMent un trou de lin,,) '-1.1. de sonde 10 pénétrant dans la fonction r(.I\1,I.:us(1 11 la terre, Le foret comprend une tige de Òl'::t c1:..c;;iquc 12 ayant, à on extruNitu supérieure, un pivot 13 citant supporté au en partie par un cilblc de lev,;é 11, de imniére classique. La partie zup6:riuc du trou 10 est habituel- lement rev3tuc cMM.e indiquu 1>ar la notation de 1é!'6:rence
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15. La tige de foret est mise en rotation de manière classique par 1'intermédiaire d'une table tournante 16 actionnée par une source d'énergie 17. Le fluide de forage sous une pression très élevée est amené au fo- ret 20 par la conduite 18.
Lorsque le foret est actionné, il est abaissé en abaissant le câble de levage 14 du treuil, La vitesse à laquelle le forage progresse est mesures par un enregistreur de la vitesse de forage
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classique 190 dont le mQOanilJhîG d f c.mregistrc:nant est relié au pivot 13 par le câble 24 d'une manière clas- sique.
Le fond de la tige de feret porte une mèche
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à jeta 20 indiquée sclduat.que:cnt, car à structure en elle-même ne fait pas parute e da la pr6sontu invention.
La mèche 20, peut, par exemple, être constituée par une mèche du type décrit dans les demandes de brevet
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belges n J Ir t j 1- ot, j Y 3 f . Le fluide de fa- rage sous une pression élevée est, pompe dans la lise
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de foret, con1I.C indiqua par les floches 21, et rail- lit dos ajutages de la :a.1cr. 20 sous la forsiC d'un jet de vitesse très é1evÚ La vit;we du jet jaillissant dé la Etdche 20 dupasse la vitesse de ti11e uininiale critique si bien que la taille ou forage peut avoir lieu.
.i. fluide de òr*;;1-i uilis6 r':;1j.:r<lrne ver:;; le haut à tra- vers l'espace annulaire qui entoure la tie de foret, COr.l:1:v indiqua nzir les ±léc?ius 22., et qui'c.t.1: lé puit.$ par la conduite de retour du fluide 23.
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'Le forage effectué par le jet hydraulique jail- lissant de la mèche 20 peut être augmenté en prévoyant une certaine quantité de matière solide entrainée dans le fluide de forage. On a constaté que le òrage ost maximal 'pour un intervalle particulier de concentration d'une ma- tière solide entraînée particulière.
A titre d'exemple,
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comme décrit dans la demande de brevet belge n j f .{ 5? lorsqu'on utilise du sable en,,.rainé dont le calibre par- ticulaire est de façon prédominante compris entra 0,84 et 0,42 mm, on obtient une vitesse de pénétration optima- le du foret, lorsque la concentration en sable est com- prise entre 5% et 15 % environ en volume, (en utilisant le processus A.P.I. pour mesurer la teneur on sable du fluide de forage).
On a comaté que, lorsque le .fluide de forage
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contenant une màtiéré entraxe frappe une xi-l1iàrJ à une vitesse suffisaient ,jour entailler la M'- tière, la metiêb-o H.T.tra2no <....."", u'ydc ft plua petits. Ainsi, lorsqu'on u'tili;.J\,; da#:= une .,\;cht) s1Üvunt. l'invention :,;::; pr\.icul(;:::, de sJ'Sl-e ù;iai; certain cali- bre, les due sable 1=;ii gilx,é:EL..:i-s pr le pro- CO:;ù3 do for",c\.:. ,;'t.,;t p'urquoi i;ce:;; i'sis qu'nn fluide de :"orn.:c :1 t,' J..li;J6 jri:=-o;:i u :.pj ci;:,j;=ra%iv,i ixnt courte lwi particules de r=i>1.: , i;cr-tr,1;:5 #i1=ac. plus léii<.
<--liàri o#pti;ial c lu caj:#cit.3 #'or<>i;.: *:1. fluide ost.
;,L-ùré;. ie but de la :.::.:t. .t-.vuti'. >, ..i de fournir u:: àt'*iéaà 'C 'an ppar.:! peur ,,>iiixi;ni u ..'luide de o-' l'.3,:;U dans des conditions c i.>fiL±-ié oç,zi:,;al-,:=, on recons- tituant 1 ilu-éi..# OT ior i,;c <1,' L'Jgon :ju,1 e'j à;#rnii:1' ,-:on- i<:nc ur.. t.:1L-:'J de calibre <:t de co>icé;;o:';:zioiù optimaux.
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Dans le cas de l'exemple susmentionné, dans lequel une concentration en sable comprise entre 5 et 15 % environ est utilisa le calibre particulaire com- pris de façon prédominante entre 0,84 et 0,42 mm est
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deterc'ine par des techniques de tIT.isaGe classiques.
Les particules de calibre sup6rieur à 0,84 mm sont con- sidère comme non utilisables du fait qu'elles bouchent les ajutages, les valves des pompes, etc. On a constate que la présence de particules solides entraînées de ca-
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libre plus petit que 0,42 iimi n'a iinxiblom;
nt aucun effet bdn6fiquo sur le forage effectue par le ±luide,étant donné que ces particules de calibre plus petit gênent
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lo forage effectué par 1s particules plus 4rossés, de Manière similaire à 1''effet qui est produit par une con-
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centration excessive des particulest Les fines augmen- tent Ó8lomnt la densité du fluide de forage si bien qu'une éncrsie pluz grande est ncecsit6a pour obtenir la mu*.mc vitesse de sortie de l'ajutc.
Par ailleurs, la présence de particules très fines, on particulier de particules abrasives, réduit sensiblement la durée d'uti-
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lisation des pompos et des nuirez uquipcKttSnts utilisés, Par suite, dans la prt invction, lue fines sont c..Üevéc:;; du i'lui<.1c uo forage .àtill±é d; la mGr..e façon que aros do roche qui proviennent du forage Âui-;i,Gi,;é. L; fluide de foe-a-,,c- ejt ensuite reconstitua de façon à se trouver dans des conditions optimales, avant
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d'être injecté dgns la iiie du par la conduite 18.
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On se réfère à présent à la figure 1A; on y montre, de façon générale, une vue du dessus de l'équi- pement de traitement de la boue utilisé; le fluide de forage utilisé revenant du puits par la conduite 23 est conduit à un secoueur à schiste 25 à double tamis qui est entraîné par le moteur 26 de manière classique. Le secoueur à schiste 25 a deux tamis 27 et 28 superposés et espacés verticalement. Le tamis inférieur 28 a des ouvertures plus petites que le tamis supérieur 27 et il n'est que partiellement montré dans la figure, où le ta- mis supérieur est éclaté dans des buts d'illustration.
Le fluide de forage utilisé provenant de la conduite 23 est déchargé sur le tamis supérieur 27 qui retient 10-eu fragments de roche les plus gros, ces derniers étant dé- chargés dans une cuve 29. Ces fragments de roche peuvent
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être étudiés psr le ,t; Alt'3rl.ie, mais ils sont considérés COrty'T4r. du rebut pour ce qui est dit fori5-e en lui-même.
Le fluide de òrage transportant ùw.., ;;r3cu.ca pluu peti- tes passe à travers le t3I.7.û 27 1.:" '\:..01,.1>0 dana le tDU.is in-' férieur 2C1 qui a des ouvertures plus petites, èx parti- cules qui sont retcnuaô sur li 1,. '.,b 2: sont décharges 6ihl; unI". cuve 1 et énii,ilr-1;.<. -IX' la e:ilisf,dS:6â6; 32 pour ' t .e,'t,3 rut1lic;vd3 cva,,ù oj l t \:x;; 1.:. 1.].' . "',, ("Llr),> 1, ; 1.1.t du pré" b±Î,1 :..t'!..oir0t Le NnwlvAV1t45Y de 1'>.<i'i , ,:. saç^t^H ..J.p&pn.' 4hA.s.,a Fn.,.7n1/ '.'u14 3 âj,Llv put 5.t<':J que 10:.. 5,^.1:'u't. "e:Eu a.fi43 âts.i.a 20 pa D::'\;'.:1 i travers le tDI,do 28 d=i;;, une CUVI.; ]à, La figure 1A Montre un'3 vu.:! du ,h::JUIJ du àic<i;v; t5 à schista 25 pittsé au dessus "ur,..: t.;xtr{4uJ..tô du r s,: .sG;d $c,. à boue 33.
Le réservoir 33 POWti:u un ;.Gtrent do déviation de l'écoulement 34, près de l'extrémité de sortie du
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réservoir. L'élément de déviation 34 sert à séparer le fluido de forage emmagasiné de celui qui est mis en circulation, ce dernier étant contenu dans la section 47. Le fluide de forage qui passe à travers le tamis 28 tombe dans la cuve 36 et il est soumis à une opération de désablage. Le fluide qui passe à travers le tamis 28 contient des fines produites à la fois par suite de la taille de la roche forée et par suite de la pulvérisa- tion du sable abrasif entraîné initialement.
Le fluide de forage qui tombe dans la cuve 36 passe, par l'intermé- diaire de la conduite 37, dans une pompe centrifuge 39 et dans une batterie de désableuis 40, montrée de façon générale en élévation dans la figure lA. Les désableurs 40 peuvent être constitués par des cyclones à boue clas- siques ou par des désableurs spéciaux cousus pour enlever le sable et les éclats de la boue de forage, par exemple, le désableur BOWEN fabriqué par S.R. Bowen Co., Santa Fe Springs, California. Trois désableurs 40 sont montres, mais on peut utiliser n'importe quel nombre de désableurs nécessité pour enlever de façon efficace les fines du fluide amenées par la pompe. 39 à la tubulure d'entrée 41.
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Les désableurs 40 miraient Ic cb:
fin et 3.::a éclata qui sortent par lis ouvertures ee ùlo=1.==i,;jù du fond dt1; y.,,,y",:',ij,.friixu? 4isi, ii:ies sont;r:.1.;i ../ ,t 4,:k1,i4d f! L1 fluide ac fora 'o t.105... ul. ":,,t envoya à lu t;,n., lui"== 1.,..:. '-t ,; f ':(;,}111( par 2a rc;";1;1#z-i 43 jusque unù tur de r-1.>;,id= =<;,. i;t 44e Du tpnJ de la tour de 'r::id5".s:l:LSàf;i.:Ë.'ai'G, 1'" fluide de òrage est rec-uoilli par t,:l8 P(),.p\-) c4 : .,r: ,zc: 49 zut passe, par la conduite 46, dans la cuve 31. le fluide
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àésablê lava la cuve 31 et porte les particules do sa- ble utilisables de la cuve 31, par la conduite 32, dans
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l'extréniito 47 du réservoir à bou pour une réutilisa- tion.
De même, le fluide do forage désablé provenant de la tour de refroidissement peut s'écouler à travers la conduite 46, la cuve 31, et la conduite 32 sous 1'effet de la pesanteur, dans le réservoir 47. On voit donc que le fluide de forage est remis en circulation de façon continue à travers le désableur 40 et renvoyé vers le réservoir à boue de forage. La vitesse de circulation à travers la pompe 39 et le nombre de désableurs 40 sont ajustés relativement à la vitesse de circulation à tra- vers le puits 10, de telle sorte qule fluide do fora-
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ge, dans l' extrén.it de sortie 47 du réservoir à boue. 33, seulement une concentration en fines tolérable de peu d'importance.
Les matières solides arrêtées sur le ternis in- férieur 28 et qui sont décharges dans la cuve 31 men-
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tion;àé ur4cd4;i,:A:nt sont 3.,vw.::, pur lu fluide d(:::.;ablô provGnar.t..<;1 la 1v,'PJ 4-5 et cdâvtd.:: par li conduite 32 à .:. 'errti";.':j.,w,e da uortin 47 du ;t',::,;;,''voir t J4â'âe: Cea M"' G. ros solides ont un calibre paniaulairc que l'on Mit.
Être inié>.i:;#a>.;o '.* %.na 1).' lu<3 '.'2 i'+;%a,-i, <i>i;; le but dr<iuFri(aae'I' ;>a .,,,)i.Ci1..l de tu :.:.e.. p(U; .;\.., ,;, .\1:.1'1" 1<iz ;.>;- ti01"{.r'j .7t,Im,fF.ô.lve 'llivS'dtk6'w.. 4ilWm7 " 1\1; *e...l ir;.J :.:1J.. Jn >iat>1...> i,1 .... fl .'.ü.,l.e,lti.! \.4\.1.$..1'1: 1.:..'.1 a,d,aYî,tw'. '-I\,)' .l.4i,a:..E du à'vii,jsw ;';:1 47, r!"l'" .tp'3ài.4':$:iLLiJ.i,l.z.Â'4; d'un âl::.r-sé:IPplmiÂé j,) Ais.A.t;: lt9 i4ri; la vis tlqiJlP,i:tf.t: 51 est ;::i.;.;>î#,lé 1. un-.* i.6Ld'.i:.ifb conJI"n,,.1t...ü p-r un moteur : #f.ii,if v,ïri,:Ü.1,,- . '0. !,f: kF"a.4C.ik gaz .fç,..',\<\J
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qui est contenu dans le réservoir 47 peut être conservé bien mélangé par 1'intermédiaire d'une pompe de circula- tion non montrée.
La concentration de sable du fluide de forage du réservoir 47 peut être contrôlée périodique- mont en prônant un échantillon et en déterminant sa con- centration en sable par le processus nonnalisé A.P.I.
Le calibre des particules de sable du réservoir 47 est déterminé par les ouvertures des tamis 27 et 28 du se- coueur à schiste. Dans l'exemple mentionné précédemment, les ouvertures du tamis supérieur 27 sont de l'ordre de 0,84 mm et celles du tamis inférieur 28 sont de l'ordre de 0,42 mm.
Le fluide de forage, dans l'extrémité de sor- tie 47 du réservoir à boue, est donc reconstitué de fa- çon à apporter la quantité convenable de particules abra- sives solides d'un calibre tel qu'on obtienne une vitesse de forage optimal Le fluide de forage ainsi réconstitué est ensuite pompé du réservoir 47 par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs pompes à pression élevée 52 jusqu'à une tubulure 53 et, do là, jusque la conduite 18 Menant au pivot ou rotule 13 pour le mottre en circulation dans le puits en direction de la mèche 20. La conduite 18 est
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munie d'un indicateur du prs;;,orL 55.
Le fluide utilisa revenant au puits p.ir la conduite 23 retourne de nouveau dans l'appareil de t:raitl3nt de la fiur<) 1Â pour un trai- ;:i#vi:nt.r 8upplwc:n..airl,!.
La précité ,rwïlß.f.i1 prjvoit donc l'enlèvement au fluide de forage utilisa Ùf; particules qui sont nui- iibies ou défavorable .. 'lX o;'<,FoLLs is O:;"tÍ,è Les ouver- turcs du t:.u:i u;r:uz X7 <,?iL un calibre 1 qu'il retient
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les particules qui sont plus grandes que celles désirées, ces dernières étant habituellement des rognures ou de gros éclats de la roche perforée. Les ouvertures du ta- mis inférieur 28 ont un calibre tel que ce tamis retient des particules de calibre intéressant et laisse passer les fines.
Ainsi, les particules, dont le calibre est tel qu'elles sont intéressantes pour le fluide de forage, sont amenées par le secoueur à schiste 25 jusqu'à la cuve 31 et ces particules sont réutilisées en les combinant au flui- de de forage dans l'extrémité de sortie 47 du réservoir à boue. Les pompas 52 fournissent un fluide de forage re-
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constitué au foret une pression auffissMnent élevée pour que la différence de pression dans les ajutages de la mèche soit suffisante pour produire uno vitesse à la sortie de l'ajutage qui dépasse la vitesse de taille mi-
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ni.ma.e critique, Cela est i'acilemen'f:Áéterminab1e par lire- termédiaire d'un enregistreur de la vitesse de forage 19.
Lorsqu'on fore une roche donnée, on constate que, lors-
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qu'on austérité Craduellewient la pression (donnée par .f ,r dicateur 550, la vitesse de forage est pratiquement nul- le pour des pressions basses, et lorsque la pression atteint la pression de taille minimale critiqua la vites-
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se de fO".l3e au.liIi."!nte ',3lufi?üvLii::aL.ti;. et i'sTJ,Ltéa.'r3iT:; aveo une u;..:htation surpltn:n4ß J' pression, lorsque la pr6iQn de taille minimale critique e.z dépasse. On pr- fore opérer à une pre:io:r; 1,1:1 ': :..c p.:. r l'indicateur 55, qui dépasse 260 kj/cm2 :>zv.,.¯ ",':Li.lLar On a constata oie 1, r :;i,:G ce taille mini- male critique v;'ie'" avec le Mlds;L:ç..taÛ w.;...on du sable.
Soux une pression donnée qui dupause la valvui, critique, la
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vitesse de forage sera maximale pour une certaine va- leur de concentration du sable entraîna ou d'autres particules abrasives. Comme l'opérateur ne connait pas toujours la nature de la roche dans laquelle la mèche 20 effectue le forage, la concentration optima- le est trouvée par simple essai* Le débit auquel le sable, par exemple, est ajouté par l'intermédiaire du mélangeur de sable 49 est ajusté en réglant la vites- se à laquelle la vis d'amenée du sable 51 est entrai- née de façon à maintenir une vitesse de òrage maxima- le, indiquée sur l'enregistreur de la vitesse de fo- rage 19. A titre d'exemple,
une concentration comprise entre et 15 % environ de sable dont les particules ont un calibre qui est, de façon prédominente, compris entre Ot84 et 0,42 mm, peut être utilisée, mais dans la présente invention, n'importe quelle concentration dé- sirée de sable de n'importe quel calibre désiré peut être maintenu pendant le forage.
Au lieu d'utiliser des particules abrasives solides telles que du sable entraîné dans un fluide de forage à jet, un liquide secondaire de densité sensible- ment différente de celle de la partie principale du ±lui- de de forage et qui est non miscible à ce dernier paut également être utilisé cornue additif au fluide de forage pour augmenter son effet de perçage. Ainsi, par exemple, 10 il' en volume environ de tétrachlorure de car- bone (poids spécifique; 1,6 g/cm3) peuvent être ajoutas à un fluide de forage aqueux pour augmenter sensiblement la vitesse de forage du mélange.
Le liquide secondaire
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-&at ,diepare4 dans le .J:l11.ide de ..forage sous 1'Qme. dune mï.3.on I=on4i-&tante .ou sougtorme de gcuttltts de Jtiamàx#,e ,n.otaJilE;, e,ne doit -pas être sous la "l'orme àfiwnh ..cn, ;anda.an9 . 'Les gouttelettes e.n1i'X'G1nées ee 'l:i'flJJiide so-eonclaire snront sengiblomurnt Jphàri¯quo s 'en ;t'a:is:o-n .d-e !le 1:i.en5ion suparti'Oiollo... -Les on- ;:\ntJ:.a <ont -.de .pr'tU:é.ren-a:e un d.smEtro qui est sanaibla" .ment ,égail,AU 'diamt1t1i' Inoerna duo sju,tagl3s tâ,,is. dans lR ,mùnhe :2Q, par .,exoenplq, 3.2 mm.
Ces partioules conserv&- lTQnt leur aalibne 'pmd3nt â. sss;o dans la .xi¯5e du ;1I'At;, Ett.l1'suront sensiblement aucune tond3nco,b, so iras- :m<:tteranr'&s.p&u tondame à àtaiiéjlow-ror, de Íuçon à .ja;:tll:i '-dûs-ajutof!ea .do ,1.'.\ mcec.2 acus 'fonro dr4l4- :jsen't:s'di#Mrninus intsntart6a dans le jets Aprs avoir lrçppé la roche au.ònd du trou 4 Yite:J\) iL..v;1.>, cirçn- Jiarm, las gouttolettae vn1,;. d:snt;a; ;;'11 :Qutt.1J1t\.J: .(i'Lllü,1 plus i'lnu# et da.ns c\::r1m::; 'f".'ß.is, ,,il.".'',rs11i.";:ity pr..u.
,vont Le fluide da J'.ï*,1*û=i..'..;ât: ou s.3fz :r =rcorr.: '1 surface où il o-à:: .récDni:%1%u.< #=t t..à-1.nj>me/-+ @té dans -la 'Gi..' du 'Í01\1t pour 'lIa 't3':.I"<" ::.m?p:'(.r.cr,tl.1i,N.
On srt Arx"':'c .<4 prl:-5c:tt. la ;">i '',..::1'.: 4i ça ",: à> 1-lu#t.:<l. cch# 'â'..J:.lüGiv:â3ifie ...un ,.s.Y.1.tl':me CÎsW : s7a.s'.;, \.:.:1":':';;±;'''\j.. in ±:Lui d d,' .l'or:.t,N qui s er^.ei..':: û un lic:..l\: \; ;.:..j v;ij'.,',1} ,in j=1;;;;ii 4r'w, aAt nUt: daus 1}1u1 jo{ rrA..t )Gï ât..,.. ,1#." aYr&'3'sen> ii ..<:: '!ho-'H\"\ di'm" ra, i:w4p, "'4w". ouult't.i.'.'.j fl1 1 1 . : à 1 1 ..i :: , i , -- a J :,;. - a y.5 ;it, u.
.(.'St..s.HV CA; iJJ..\'lJ1t di11'àl"u '.'w<, ..: u¯"' H '\w. ! P%'IIl,lih :r&pàl en, th: p1'':J''Ó1'Qr.\:u \1';';;1<: <1,n>=; ç,:.:"se. :si4f,.t,t, D:1: 1.:J. r1U4ftJ.i .las 4:.Ci:.c:::.: t.)4":J;:- 1:; lr"."H5>.' HJV"i".:.:icrtJ di 1"t.a'.i tw,' 'roc 4et, ont lu il.:,,,' 1\1rlCt.ic;. qu<. 1.:'.. ûL:..",t'lt...u di.. lu s.JLçi,n4'é 1 d";'C1t 3*44G.aruG i'.ny -Le i'l1li.. ÙD fort.t :prù= tre p\.l&é
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dans la mâche 20 rétame à la jsurfass A tx'a'vrs 1*.!t- pace annulaire, comma indiqué par les flèches Z2 ,et. 6.s'& -dé- chargé par la conduira 23, :La tl1iicle Mtilisë ou -Si&n.sont- m4 est amené à un secoueur 1 schiste enirainé pé/:1' le 11' teur classique, 4'e5b4-dire, '(U.f'J. ;a:>;paeil lie 't.a.rrJ..s.ae18 61 qui enlève les iraznents de rz-che &=né± 1 la snrizioe par le fluide de f=ge. 1.",ppatN:
il dé n&mi-aae '6l ;pBMt avoir une série de 'talli1S;t dont le d.x¯xax' en SuJ.'l'i.JU1;m- mons fin pour que 1\f;appa.r.e11 ys'ti'Ëjme -& peu ynié1- 1;;oUt<U les partielles solides. De l''.<.ppsr9il ;de 1Hffiat:e &1 le tlu1de, maintenant t peu F',!1 entPt .de ,JU:1.ilèl'es ac3 des.. mais comprenant -deux l:Lq1.lià'i.s tous forme sons'iblems'st émulsiiiée, passe par la .xadai' 63 dans un dprs3' pour séparer l'as deux 11,q),).5.d.es.. Ni j.n\prt>e quel dis-po;tt1!:f efficace de s6par.at1(.n peut &%r* utilisu, pkt' exempts., un -dispositif c#n%rL54z continu" in dis positif de ,préci- citation êle'Ctriq1J.-e -ou axzalo as;. D& tOt:, le-$ .tAmi5 fa pétilla mailles qui sont ur,3:di.. .par .le liquide prit cipal (phase continue) msis .q\1.iJ.Ú ,$,)]1'J:. gaz crrau.l3tSa test le liquida s'ecorniaire 1<)el.wnt;. "tre uti'li!j panr ocpur<#T les liquides.
Do même. un produit hlmiq.u0 .xk:;..: de rompre l'émulsion pem : u au ltluï<n de inz.age (imul:t5,):1t.J par l'int,,';rr..ÓG1i>.lir'l,; cl'u.n ïâs..' ::e .h.b1'.i..i'i- cation 6* !1prè quoi en ld",;(: lu !'luidi;: 6t' dpr :,v'U.$ :tact;on de la "W ,t,13' 4;gr4 '1.:.h r.rviï' de :;x'vw t:t de â.be'r.a,4w!:a,.rai;étin 05. D.:..r. le ,i'tdwÂ"v.Jv#â N6 s,,tiNr ### ,............,... \'l'5 le Cw'Iy'tSr"hv9,x1x.7,Cir le plu:;; :':'1.:.:'';': r..,(j (:.':;p.o5.r., dans le fond es:ll "L.:,"b'â.,'.â C'3 vC5 et. 1 c.cni1,...\;.....:t. le plu'S léger précipit0ra tl4i, ;s(i.ustéG:':. s"'Yl 07...
Lis deux .liquides sn;t
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ensuite évacués séparément par les conduites 68 et 69, respectivement. Le plus léger dès deux'liquides, à se- voir le liquide 67, forme la partie principale la plus grande du fluide de forage et ce fluide est pompé par l'intermédiaire d'une pompe 71 dans un injecteur à à-coups entraîné par un moteur 62. Le liquide le plus lourd, c'est-à-dire le liquide secondaire 66, est pom- pé par l'intermédiaire d'une pompe 70 dans la conduite d'écoulement interrompu de l'injecteur à à-coups .62.
L'injecteur 62 injecte des gouttelettes de calibre à peu près uniforme constituées par le liquide secondaire 66 dans le courant constitué par le composant principal 67, les gouttelettes étant d'un calibre qui produit une vitesse de forage maximale. L'injecteur 62 est de préfé- rence entraîné par un moteur à une vitesse commandée de telle sorte que le pourcentage convenable de liquide se- condaire puisse être introduit. Dans sa forme la plus simple, l'injecteur 62 interrompt uniquement l'écoulement du liquide provenant de la pompe 70 lorsqu'il entre dans le courant plus grand de liquide prevenant de la pompe 71, la fréquence des interruptions étant en relation avec
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la vitesse d'6coulcmnt, pour produira d gouttelettes du calibre désiré. De même, le liquisd ,:ùccnduire pet,1:.
Ctre pulvérisé danz un courant, du liquida :3.ïrex.xa. (le.. Jeux liquides étant saus pression ôll3vcj C'-' 3;çan ¯ pro- duire les gouttelettes de calibre désiré. On préfère que les pompes 70 et 71 développent la prussien d' injection
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finale pour éviter d'envoyer lu fluide de for13e recoito- titu4 dans la conduite 18 par une pompô ûupp.ûs.enta3re,
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du fait qu'une pompe a tendance à réduire le calibre des gouttelettes. Cependant, une pompe supplémentai- re (non montrée) peut être utilisée dans la conduite 18 pour élever la pression si cela est nécessaire,, Du tuyau 18, le fluide de òrage reconstitué sous pres- sion est renvoyé à la tige de foret via la rotule 13.
L'utilisation d'un liquide secondaire en- traîné non,miscible de densité différente, au lieu des particules abrasives solides entrainées, est avantageux en ce sens que l'usure des pompes est sensiblement éli- minée. Par ailleurs, on a constaté que l'utilisation d'un liquide secondaire évite également l'@érosion des ajutages dans la mèche 20, étant donné que les particu- les solides entraînées produisent une certaine usure des ajutages et des autres conduits d'écoulement. En outre, .le liquide secondaire n'est pas détruit mais est récu- péré et à peu près complètement réutilisé, en rédui- sant ainsi le coût du forage.
A titre d'exemple de liquides qui peuvent être utilisés, mais sans aucun désir de limiter, le liquide principal peut être constitué d'une huile telle que de l'huile brute, de l'huile diesel ou analogues,et le li- quide secondaire peut être une solution aqueuse d'un sel inorganique à concentration suffisamment élevée pour pro- duire une densité élevée. Ainsi, par exemple, le liquide secondaire peut être constitué d t une solution à 70% de chlorure de zinc ayant un poids spécifique de 1,96 g/cm3, ou une solution à 40% de chlorure de calcium ayant un poids spécifique de 1,40 g/cm3. Ces solutions sont rela- tivement peu onéreuses et fournissent une différence de
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densité notable vis-à-vis du liquide principal (huile).
Lorsqu'on utilise un liquide principal aqueux, d'autres liquides secondaires satisfaisants sont constitués par les diphényls chlorés liquides, par exemple, l'Aroclor 1248 fabriqué par la Monsanto Chemical Company, qui a un poids spécifique de 1,45 g/cm3.
Bien que l'on préfère utiliser des gouttelet- tes de liquide secondaire qui aient sensiblement le même diamètre que les ouvertures des ajutages de la mèche de foret utilisée, dans la présente invention, le fluide de forage peut avoir une concentration et/ou un calibre de gouttelettes qui produise une vitesse de forage optimale.
En observant l'enregistreur de la vit'esse de forage 19 et en ajustant la vitesse d'injection du liquide secon- daire ainsi que le calibre des gouttelettes injectées, l'opérateur peut'maintenir une vitesse de forage maxima- le pour la roche à perforer.
Certains aspects de la présente invention dé- crite dans le présent mémoire sont décrits dans les de.
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mandes de brevet belge n j 1 X 3 f et . tif.
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r<EV E:n T. ct. TT 0 NS .
If- rrocêdé de forage de trous de mine ou de sonde dans le sol, dans lequel une série de jfto hydrau- liques jaillissant d'ajutages d'un outil Ci.^, .t'(',t'ü;a Gvnt. utilia6a pour tailler la i"7a' t forer u r-t,u p:ro cntiè- roi;,in%, rïâLkir4ir.k,;Jsâ on ce qu'on ppura w fluide du 1'<- rage crtarmt un premior liquide dlJn; 1('1111':1 soni >ai;- traeknèca dos particules di5tinciJx d'unv x<:cu>:;1< it::3tï.é:ï"- dont le poids spécifique diffère de cúlu:i. du s,.:r,â.a 't.î.... quido, on injsete le fluide de forage du;:i. la ti!o du iori%
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