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Title:
VERTICAL DRILLING SYSTEM OF THE AUGER TYPE PROVIDED WITH A TRAJECTORY CORRECTION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/002002
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system (10) for drilling a vertical well in the ground (S) along a substantially vertical theoretical drilling trajectory, comprising a drilling device (30) comprising a hollow core (32) having a longitudinal axis, the hollow core being provided with a drilling tool; a rotary guidance device (40) having an active state, in which the guidance device is oriented and held relative to the ground (S) in an angular correction position, and a passive state, in which the guidance device does not modify the movement trajectory of the drilling device; a device (80) for measuring deviation in the hollow core; a control device configured to pivot the guidance device when a deviation is measured, so as to bring it, in its active state, to an angular correction position determined so that, when considered in the horizontal plane, the trajectory correction direction associated with the angular correction position is opposite the deviation direction.

Inventors:
CARDONA, Gérard (280 Avenue Napoléon Bonaparte, RUEIL MALMAISON, 92500, FR)
Application Number:
EP2018/066108
Publication Date:
January 03, 2019
Filing Date:
June 18, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SOLETANCHE FREYSSINET (280 avenue Napoléon Bonaparte, RUEIL MALMAISON, 92500, FR)
International Classes:
E21B7/06; E02D5/44; E02D27/12; E21B7/10; E21B10/44
Foreign References:
US20120031677A12012-02-09
US20120080234A12012-04-05
FR2831205A12003-04-25
DE8511302U11986-07-24
US20070114068A12007-05-24
FR2566813A11986-01-03
FR2831205A12003-04-25
Attorney, Agent or Firm:
BALESTA, Pierre (CABINET BEAU DE LOMENIE, Immeuble Eurocentre179 Boulevard de Turin, LILLE, 59777, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Système de forage (10) d'un puits dans un sol (S) selon une trajectoire de forage théorique sensiblement verticale, caractérisé en ce qu'il comporte :

un dispositif de forage (30) comportant une âme creuse (32,32') ayant un axe longitudinal (L), l'âme creuse étant munie d'un outil de forage (33) ;

un premier dispositif de mise en rotation (28) pour mettre en rotation, autour de l'axe longitudinal, l'âme creuse (32,320 et l'outil de forage (33) ;

un élément de liaison (36) s'étendant à l'intérieur de l'âme creuse, l'élément de liaison comportant un tube plongeur qui présente une partie inférieure munie d'au moins un trou d'injection (65), le tube plongeur étant relié à une source d'alimentation en fluide (52) ;

un dispositif pilote (40,400 disposé à l'extrémité inférieure du tube plongeur ; le dispositif pilote présentant :

un état actif dans lequel le dispositif pilote est orienté et maintenu par rapport au sol (S) dans une position angulaire de correction, de façon à corriger la trajectoire de déplacement (T) du dispositif de forage (30, 300 selon une direction de correction de trajectoire (DCT) considérée dans un plan horizontal, et

un état passif dans lequel le dispositif pilote ne modifie pas la trajectoire de déplacement du dispositif de forage ; un dispositif (80) de mesure de déviation de l'âme creuse (32, 320 pour identifier une éventuelle déviation entre la trajectoire de déplacement du dispositif de forage et la trajectoire de forage théorique et déterminer une direction de déviation (DD) du dispositif de forage par rapport à la trajectoire de forage théorique (V), ladite direction de déviation étant considérée dans le plan horizontal (Q);

un dispositif de commande configuré pour, lorsqu'une déviation est mesurée, amener le dispositif pilote dans son état actif dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérées dans le plan horizontal (Q), la direction de correction de trajectoire (DCT) associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation.

2. Système de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande (100) comporte en outre un dispositif de calcul (102) pour calculer la position angulaire de correction à partir de la direction de déviation (DD) déterminée par le dispositif (80) de mesure. 3. Système de forage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif pilote (40, 400 est configuré pour tourner dans le même sens et à la même vitesse que l'âme creuse (32, 320, lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif.

4. Système de forage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de forage (30') comporte un dispositif de couplage (70) pour bloquer la rotation du dispositif pilote (400 par rapport à l'âme creuse (32') lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif.

5. Système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un deuxième dispositif de mise en rotation (50), relié à l'élément de liaison (36), pour mettre en rotation l'élément de liaison et le dispositif pilote autour de l'axe longitudinal (L), en ce que l'élément de liaison est apte à tourner par rapport à l'âme creuse, et en ce que le dispositif de commande est configuré pour actionner le deuxième dispositif de mise en rotation lorsqu'une déviation est mesurée afin d'amener le dispositif pilote dans son état actif dans ladite position angulaire de correction.

6. Système de forage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le deuxième dispositif de mise en rotation est configuré pour faire tourner le dispositif pilote (40, 400 dans le sens inverse du sens de rotation de l'âme creuse, lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif.

7. Système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif pilote (40') est mobile en translation par rapport à l'âme creuse (32'), en ce que le système de forage comporte en outre un dispositif de déplacement (43) pour déplacer en translation le dispositif pilote (400 par rapport à l'âme creuse (32') selon l'axe longitudinal (L), de sorte que le dispositif pilote (40') présente une position déployée et une position rétractée. 8. Système de forage selon la revendication 7, le dispositif de déplacement (43) est configuré pour déplacer le dispositif pilote (40') par rapport à l'âme creuse (320 par vérinage, battage ou vibrofonçage. 9. Système de forage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que, dans son état actif, le dispositif pilote est en position déployée, tandis que, dans son état passif, le dispositif pilote est en position rétractée. 10. Système de forage selon l'une quelconque des revendications 7 à

9, caractérisé en ce que le dispositif pilote présente en outre une position d'injection, dans laquelle le trou d'injection (65) se situe en-dessous de l'extrémité inférieure de l'âme creuse. 11. Système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (85) de mesure de déviation de l'âme creuse comporte un capteur d'inclinaison (82) disposé en partie inférieure de l'âme creuse. 12. Système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un organe de mesure de la profondeur atteinte par le dispositif de forage (30, 30'), en ce que le dispositif de mesure de déviation de l'âme creuse est configuré pour mesurer une distance de déviation (d) de l'âme creuse par rapport à une direction verticale, et en ce que dispositif de commande est configuré pour amener le dispositif pilote dans son état actif lorsque le rapport de la distance de déviation (d) sur la profondeur (H) atteinte par le dispositif de forage est supérieur ou égal à un seuil prédéterminé.

13. Système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de forage (30, 300 est une tarière.

14. Système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif pilote (400 comporte un pan (P) incliné par rapport à un axe (X) du dispositif pilote (400, et en ce que la direction de correction de la trajectoire est la direction correspondant à l'intersection entre le pan incliné et un plan vertical orthogonal au pan incliné. 15. Procédé de forage d'un puits dans un sol (S) selon une trajectoire de forage théorique (V), caractérisé en ce que :

on fournit un système de forage (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes ;

on introduit le dispositif de forage dans le sol (S) tout en mettant en rotation l'âme creuse (32), le dispositif pilote étant dans son état passif ;

on mesure la déviation de l'âme creuse afin de déterminer une direction de déviation du dispositif de forage par rapport à la trajectoire de forage théorique;

lorsqu'une déviation supérieure à un seuil prédéterminé est mesurée, on amène le dispositif pilote (40, 400 dans son état actif en l'orientant puis en le maintenant par rapport au sol (S) dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérées dans un plan horizontal (Q), la direction de correction de trajectoire (DCT) associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation (DD).

16. Procédé de forage selon la revendication 15, dans lequel on fournit un système de forage (100 selon la revendication 7, procédé dans lequel, lorsqu'une déviation est mesurée :

on amène le dispositif pilote (400 dans son état actif en orientant et en maintenant par rapport au sol le dispositif pilote dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérées dans un plan horizontal, la direction de correction de trajectoire (DCT) associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation (DD) ;

on amène le dispositif pilote dans sa position déployée ;

on déplace l'âme creuse par rapport au sol de sorte que le déplacement de l'âme creuse suit le déplacement du dispositif pilote.

17. Procédé de fabrication d'une colonne dans le sol mettant en œuvre le procédé de forage selon les revendications 15 ou 16, dans lequel on injecte un fluide dans le puits lors de la remontée du dispositif de forage afin de former la colonne dans le sol.

Description:
SYSTEME DE FORAGE VERTICAL DE TYPE TARIERE MUNI D'UN DISPOSITIF DE CORRECTION DE TRAJECTOIRE

Arrière-plan de l'invention

La présente invention concerne le domaine de la fabrication de fondations profondes dans un sol, et notamment le domaine du soutènement par colonnes, tels que des pieux. Elle concerne également la réalisation de pieux de fondation en arase basse, la fabrication d'écrans étanches réalisés à l'aide de pieux sécants, et plus généralement la réalisation de tout type de paroi en pieux sécants ou jointifs, quelle que soit la fonction de ladite paroi.

On entend par soutènement par colonnes ou pieux tous les types de soutènement pour lesquels des pieux sont installés dans le sol : paroi parisienne, paroi berlinoise, paroi en pieux sécants, paroi en pieux jointifs, etc..

Les pieux sont généralement constitués de béton ou de coulis. Ils peuvent également être obtenus par une technique de mélange de sol et d'un liant, généralement dénommée « soil-mixing ».

Les pieux peuvent être armés, par exemple grâce à l'utilisation d'une cage d'armature, d'un tube ou d'un profilé métallique.

Pour réaliser de tels pieux, il est connu d'utiliser un dispositif de forage dénommé tarière continue. Le dispositif de forage comporte une âme creuse comportant un outil de forage constituée d'une pale hélicoïdale. Avec ce type de dispositif de forage, le forage du puits s'effectue en une seule descente de la tarière jusqu'à la profondeur requise. Pour réaliser la colonne, on injecte le coulis ou béton depuis l'extrémité inférieure de la tarière pendant la remontée de la tarière.

Pour les ouvrages de soutènement, il est important de garantir la position des pieux quelle que soit leur profondeur afin de garantir la géométrie des espaces réalisés en sous-sol.

De même, pour des pieux de fondations dont le niveau supérieur est situé à une certaine profondeur de la plateforme de travail, la position réelle du pieu à cette profondeur doit être garantie.

Or, lors d'un forage réalisé à l'aide d'une tarière continue, la trajectoire de forage est souvent mal maîtrisée de sorte que l'on observe des déviations parfois importantes par rapport à la trajectoire théorique de forage, généralement verticale. Par déviation, on entend généralement la distance entre la position réelle de la tarière par rapport à sa position théorique, à une profondeur donnée. Elle est généralement définie comme la distance entre la position réelle et la position théorique divisée par la profondeur et exprimée en pourcentage, la distance étant généralement considérée dans un plan horizontal.

Certaines tarières continues présentent des déviations pouvant atteindre 5% alors que les tolérances de déviation pour les ouvrages de soutènement sont généralement inférieures à 0.5%.

Objet et résumé de l'invention

Un but de la présente invention est de proposer un système de forage d'un puits dans un sol permettant de diminuer le risque de déviation par rapport à la trajectoire théorique.

Pour ce faire, l'invention porte sur un système de forage d'un puits dans un sol selon une trajectoire de forage théorique sensiblement verticale, caractérisé en ce qu'il comporte :

un dispositif de forage comportant une âme creuse ayant un axe longitudinal, l'âme creuse étant munie d'un outil de forage;

un premier dispositif de mise en rotation pour mettre en rotation, autour de l'axe longitudinal, l'âme creuse et l'outil de forage ;

un élément de liaison s'étendant à l'intérieur de l'âme creuse ; l'élément de liaison comportant un tube plongeur qui présente une partie inférieure munie d'au moins un trou d'injection, le tube plongeur étant relié à une source d'alimentation en fluide ;

un dispositif pilote disposé à l'extrémité inférieure du tube plongeur ; le dispositif pilote présentant :

un état actif dans lequel le dispositif pilote est orienté et maintenu par rapport au sol dans une position angulaire de correction, de façon à corriger la trajectoire de déplacement du dispositif de forage selon une direction de correction de trajectoire considérée dans un plan horizontal, et

un état passif dans lequel le dispositif pilote ne modifie pas la trajectoire de déplacement du dispositif de forage ;

un dispositif de mesure de déviation de l'âme creuse pour identifier une éventuelle déviation entre la trajectoire de déplacement du dispositif de forage et la trajectoire de forage théorique et déterminer une direction de déviation du dispositif de forage par rapport à la trajectoire de forage théorique, ladite direction de déviation étant considérée dans le plan horizontal ;

un dispositif de commande configuré pour, lorsqu'une déviation est mesurée, amener le dispositif pilote dans son état actif dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérées dans le plan horizontal, la direction de correction de trajectoire associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation.

Au sens de l'invention, par mise en rotation, on entend le fait de tourner ou de pivoter l'élément de liaison autour de l'axe longitudinal sur un ou plusieurs tours, ou bien encore sur une fraction de tour, dans un sens ou dans l'autre.

Par colonne, on entend tout élément de soutènement, et notamment un pieu moulé.

Par sensiblement vertical, on entend une direction de forage dont la déviation par rapport à la verticale est comprise entre 0° et 5°, de préférence entre 0° et 1°.

Au sens de l'invention, la trajectoire de forage théorique peut être prédéterminée avant l'opération de forage, ou bien déterminée en cours de forage par rapport à la géométrie ou l'orientation d'une colonne voisine préalablement construite dans le sol afin d'obtenir deux colonnes juxtaposées et sécantes selon leur longueur commune.

On comprend que le dispositif pilote, notamment dans son état passif, peut tourner par rapport à l'âme creuse, dans le même sens ou dans un sens opposé. Sans sortir du cadre de la présente invention, dans son état passif, le dispositif pilote peut également être bloqué en rotation par rapport à l'âme creuse.

On comprend également que le dispositif pilote, au moins dans son état actif, s'étend axialement à l'extérieur de l'âme creuse, au-delà de son extrémité inférieure.

Lorsqu'une déviation de la trajectoire de déplacement par rapport à la trajectoire de forage théorique est détectée par le dispositif de mesure de déviation, le dispositif pilote est amené dans son état actif afin de corriger la trajectoire du dispositif de forage. Pour ce faire, le dispositif pilote est orienté et maintenu par rapport au sol dans la position angulaire de correction, cette dernière étant déterminée de sorte que le dispositif pilote modifie la trajectoire de l'âme creuse lors de l'avancée du dispositif de forage, afin de réduire la déviation par rapport à la trajectoire de forage théorique. Par « maintien dans la position angulaire de correction », on entend un maintien angulaire de plus ou moins 10°, de préférence 5°, autour de ladite position.

De préférence, le maintien du dispositif pilote par rapport au sol est réalisé en bloquant en rotation le dispositif pilote par rapport au sol dans la position angulaire de correction.

La modification de la trajectoire de déplacement de l'âme creuse est obtenue par le fait que le dispositif pilote lors de son déplacement dans le sol dans son état actif, tend à se déplacer selon une direction inclinée par rapport à l'axe longitudinal de l'âme creuse, ce qui a pour effet de la faire pivoter dans un plan vertical.

Selon un mode de réalisation avantageux, le système de forage comporte en outre un deuxième dispositif de mise en rotation, relié à l'élément de liaison, pour mettre en rotation l'élément de liaison et le dispositif pilote autour de l'axe longitudinal, l'élément de liaison est apte à tourner par rapport à l'âme creuse, et le dispositif de commande est configuré pour actionner le deuxième dispositif de mise en rotation lorsqu'une déviation est mesurée afin d'amener le dispositif pilote dans son état actif dans ladite position angulaire de correction.

Dans ce mode de réalisation, l'orientation du dispositif pilote dans sa position angulaire de correction est donc réalisée par le deuxième dispositif de mise en rotation qui fait pivoter l'élément de liaison par rapport au sol. Le blocage en rotation par rapport au sol du dispositif pilote est préférentiellement réalisé par le deuxième dispositif de mise en rotation.

Une fois que la trajectoire a été corrigée, le dispositif pilote est ramené dans son état passif.

Par « opposée à la direction de déviation », on entend que la direction de correction de trajectoire est dirigée dans un sens opposé au sens de la déviation, sans que la direction de correction soit nécessairement parallèle à la direction de déviation. Avantageusement, le dispositif de commande comporte en outre un dispositif de calcul pour calculer la position angulaire de correction à partir de la direction de déviation déterminée par le dispositif de mesure.

De préférence, ledit plan horizontal dans lequel s'étend la direction de déviation présente un repère muni d'au moins un axe, et la position angulaire du dispositif pilote est déterminée à partir d'un angle entre ledit axe du repère et la direction de déviation.

Selon un premier exemple de réalisation, le dispositif pilote est configuré pour tourner dans le même sens et à la même vitesse que l'âme creuse, lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif.

Pour ce faire, le dispositif de forage comporte de préférence un dispositif de couplage pour bloquer la rotation du dispositif pilote par rapport à l'âme creuse lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif.

Ce dispositif de couplage comporte par exemple une liaison crabot. Selon un deuxième exemple de réalisation, le deuxième dispositif de mise en rotation est configuré pour faire tourner le dispositif pilote dans le sens inverse du sens de rotation de l'âme creuse, lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif.

La rotation en sens inverse de l'âme creuse et du dispositif pilote a pour effet d'éviter de modifier la trajectoire de déplacement du dispositif de forage.

Selon un autre mode de réalisation de réalisation, le dispositif pilote est également mobile en translation par rapport à l'âme creuse, le système de forage comportant en outre un dispositif de déplacement pour déplacer en translation le dispositif pilote par rapport à l'âme creuse selon l'axe longitudinal, de sorte que le dispositif pilote présente une position déployée et une position rétractée.

Dans cet autre mode de réalisation, le système de forage peut comporter, ou pas, le deuxième dispositif de mise en rotation précité. Dans la variante dans laquelle le deuxième dispositif de mise en rotation est absent, on peut prévoir des moyens de couplage débrayables de type crabot afin de coupler en rotation l'âme creuse et le dispositif pilote. Dans ce cas, le dispositif pilote est amené dans la position angulaire de correction en actionnant le premier dispositif de mise en rotation, le dispositif pilote étant alors couplé en rotation avec l'âme creuse. Pour corriger la trajectoire, on amène le dispositif pilote en position déployée après avoir désactivé les moyens de couplage, puis on fait avancer l'âme creuse en l'entraînant en rotation grâce au premier dispositif de mise en rotation, jusqu'à amener le dispositif pilote en position rétractée. Dans ce cas, le dispositif pilote est maintenu dans sa position angulaire de correction, pendant le déploiement, par le dispositif de déplacement.

Lorsque le deuxième dispositif de mise en rotation est présent, le dispositif pilote est bloqué en rotation - pendant le déploiement du dispositif pilote - grâce au deuxième dispositif de mise en rotation.

De préférence, en position rétractée, le dispositif pilote s'étend légèrement au-delà de l'extrémité inférieure de l'âme creuse. En variante, le dispositif pilote peut être entièrement logé dans l'âme creuse.

Avantageusement, le dispositif de déplacement est configuré pour déplacer en translation le dispositif pilote par rapport à l'âme creuse par vérinage, battage ou vibrofonçage.

De préférence, dans son état actif, le dispositif pilote est en position déployée, tandis que, dans son état passif, le dispositif pilote est en position rétractée.

Selon l'invention, l'élément de liaison comporte un tube plongeur qui présente une partie inférieure munie d'au moins un trou d'injection, le tube plongeur étant relié à une source d'alimentation en fluide.

Un tel tube plongeur est notamment décrit dans FR 2 566 813 et FR 2 831 205. Il permet d'injecter du fluide dans le puits lors de la remontée du dispositif de forage, afin de fabriquer la colonne.

De préférence, le trou d'injection est disposé au-dessus de l'extrémité inférieure de l'âme creuse lorsque le dispositif pilote est en position déployée. Ce trou d'injection est donc également disposé au- dessus de l'extrémité inférieure de l'âme creuse lorsque le dispositif pilote est en position rétractée. Le dispositif pilote comporte par ailleurs une position d'injection dans laquelle le trou d'injection se trouve en-dessous de l'extrémité inférieure de l'âme creuse.

Le tube plongeur est de préférence amené en position d'injection grâce au dispositif de déplacement qui déplace en translation vers le bas le dispositif pilote afin de découvrir le trou d'injection.

Avantageusement, le dispositif de mesure comporte un capteur de déviation disposé en partie inférieure de l'âme creuse. Le capteur de déviation permet de mesurer une distance de déviation, considérée dans un plan horizontal, entre la position réelle de l'extrémité inférieure de l'âme creuse et la trajectoire théorique de forage, généralement verticale.

Avantageusement, le système de forage comporte en outre un organe de mesure de la profondeur atteinte par le dispositif de forage, le dispositif de mesure est configuré pour mesurer un angle de déviation de l'âme creuse par rapport à une direction verticale, et le dispositif de commande est configuré pour amener le dispositif pilote dans son état actif - par exemple en actionnant le deuxième dispositif de mise en rotation - lorsque le rapport de la distance de déviation sur la profondeur atteinte par le dispositif de forage est supérieur ou égal à un seuil prédéterminé, ce seuil pouvant dépendre de la profondeur

En outre, sans sortir du cadre de la présente invention, le dispositif de commande pourra être configuré pour fonctionne qu'à partir d'une certaine profondeur, par exemple 3 m.

A titre d'exemple, si le puits a une profondeur souhaitée de 20 m, le dispositif de commande pourra être configuré pour être actionné à partir de 3 m dans le cas où une distance de déviation supérieure à 2 cm est détectée. Puis, à partir d'une profondeur de forage de 15 m, le dispositif de commande pourra être configuré pour être actionné dans le cas où une distance de déviation supérieure à 3 cm est détectée.

Ainsi, la correction de déviation du dispositif de forage est réalisée de manière automatique et continue pendant l'opération de forage.

Avantageusement, le forage s'effectue en continu, avec une alternance de moments pendant lesquels le dispositif de forage se déplace avec une trajectoire jugée satisfaisante, et de moments pendant lesquels le dispositif pilote est bloqué en rotation dans une position angulaire définie lorsque la trajectoire doit être corrigée au motif que la déviation est supérieure à un seuil prédéterminée.

Avantageusement, le dispositif de forage est une tarière, par exemple une tarière telle que décrite dans FR 2 566 813 ou FR 2 831 205, ou tout autre type de tarière continue.

Avantageusement, le dispositif pilote comporte un pan incliné par rapport à un plan vertical, et la direction de correction de la trajectoire est la direction correspondant à l'intersection entre le pan incliné et un plan vertical orthogonal au pan incliné.

Le pan incliné agit donc comme une sorte de safran avant, afin de modifier la trajectoire de déplacement de l'âme creuse lors de la pénétration du dispositif de forage dans le sol.

L'invention porte également sur un procédé de forage d'un puits dans un sol selon une trajectoire de forage théorique, caractérisé en ce que :

on fournit un système de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes ;

on introduit le dispositif de forage dans le sol tout en mettant en rotation l'âme creuse, le dispositif pilote étant dans son état passif ;

on mesure la déviation de l'âme creuse afin de déterminer une direction de déviation du dispositif de forage par rapport à la trajectoire de forage théorique ;

lorsqu'une déviation supérieure à un seuil prédéterminé est mesurée, on amène le dispositif pilote dans son état actif en l'orientant et le maintenant par rapport au sol dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérées dans un plan horizontal, la direction de correction de trajectoire associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation.

On poursuit l'introduction du dispositif de forage dans le sol et le dispositif pilote, dans son état actif, a pour effet de faire pivoter l'âme creuse de manière à la faire revenir vers la trajectoire de forage théorique.

Si la déviation mesurée redevient inférieure au seuil prédéterminé, on ramène le dispositif pilote dans son état passif.

Avantageusement, lorsqu'une déviation est mesurée :

on amène le dispositif pilote dans son état actif en orientant et en maintenant par rapport au sol le dispositif pilote dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérées dans un plan horizontal, la direction de correction de trajectoire associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation ; on amène le dispositif pilote dans sa position déployée ;

on déplace l'âme creuse par rapport au sol de sorte que le déplacement de l'âme creuse suit le déplacement du dispositif pilote. Le déplacement en translation du dispositif pilote dans le sol a pour effet de modifier l'inclinaison de l'élément de liaison et de l'âme creuse. Lorsque l'âme creuse a rattrapé le dispositif pilote, ce dernier se trouvant alors en position rétractée, la trajectoire de déplacement de l'âme creuse est corrigée.

Là-encore, lorsque la déviation mesurée est inférieure au seuil prédéterminé, on ramène le dispositif pilote dans son état passif et en position rétractée. Brève description des dessins

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 est une vue d'ensemble d'un système de forage selon la présente invention ;

- la figure 2 est une vue de détail de la partie supérieure du système de forage de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue de détail montrant la partie inférieure du dispositif de forage et le dispositif pilote selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 4A est une vue de détail montrant la partie inférieure du dispositif de forage et le dispositif pilote selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif pilote étant en position rétractée ;

- la figure 4B est une vue de détail du dispositif de forage de la figure 4A, le dispositif pilote étant en position déployée ;

- la figure 4C illustre le tube plongeur en position d'injection ;

- la figure 5A illustre le système de forage selon un premier mode de réalisation de l'invention, en cours de forage, la trajectoire n'étant pas déviée ;

- la figure 5B est une projection dans le plan horizontal XY de l'extrémité inférieure du dispositif de forage de la figure 5A ;

- la figure 6A illustre le système de forage de la figure 5A, le dispositif de forage ayant dévié par rapport à la trajectoire théorique verticale, le dispositif pilote étant dans son état actif afin de corriger la déviation ; - la figure 6B est une projection dans le plan horizontal XY de l'extrémité inférieure du dispositif de forage de la figure 6A ;

- la figure 7A illustre le système de forage de la figure 6A après correction de la trajectoire ;

- la figure 7B est une projection dans le plan horizontal XY de l'extrémité inférieure du dispositif de forage de la figure 7A ;

- la figure 8 illustre une projection dans le plan horizontal XY de l'extrémité inférieure du dispositif de forage lorsque ce dernier a subi une déviation selon les axes X et Y ;

- les figures 9 à 12 illustrent un procédé de forage mis en œuvre par le système de forage selon le deuxième mode de réalisation, illustrant une correction de trajectoire après détection de déviation ;

- la figure 13 est une vue en perspective d'un dispositif pilote du système de forage selon l'invention ;

- la figure 14 est une vue de côté du dispositif pilote de la figure

13 ;

- la figure 15 est un diagramme illustrant la trajectoire réelle du système de forage de la figure 1 lors d'une opération de forage ; et

- la figure 16 est une variante du système de forage de la figure 2 dépourvue de deuxième dispositif de mise en rotation.

Description détaillée de l'invention

En se référant tout d'abord aux figures 1 et 2, on va décrire un système de forage 10 de puits 9 dans un sol S, conforme à la présente invention, pour la fabrication de colonnes, tels que des pieux moulés.

Le système de forage comprend une plateforme 20 sur laquelle est monté un mât de guidage 22 qui est sensiblement vertical en position d'utilisation. Sur ce mât est monté mobile en translation verticale un chariot 24 qui peut être déplacé par l'intermédiaire de câbles 26 associés à un moteur non représenté. Le chariot 24 porte un premier dispositif de mise en rotation 28 comprenant une tête de forage 29 permettant la mise en rotation d'un dispositif de forage 30 comportant une âme creuse 32 munie d'un outil de forage 33, en l'espèce une pale hélicoïdale s'étendant sensiblement sur toute la longueur de l'âme creuse 32. Dans cet exemple, le dispositif de forage 30 est donc une tarière verticale à âme creuse. On constate que l'âme creuse 32 s'étend selon un axe longitudinal L qui est sensiblement vertical.

A l'intérieur de l'âme creuse 32 du dispositif de forage 30 est monté libre un élément de liaison 36 qui est apte à tourner par rapport à l'âme creuse autour de l'axe longitudinal L.

Dans cet exemple, l'élément de liaison 36 présente la forme d'un tube creux dont l'extrémité inférieure est équipée d'un dispositif pilote 40, qui sera décrit plus en détail ci-après.

Une plaque mobile 42 est reliée à la tête de forage 29 par l'intermédiaire de vérins verticaux 44. Cette plaque 42, comme illustré en figure 2, reçoit l'extrémité supérieure 36a de l'élément de liaison 36. Dans ce mode de réalisation, le système de forage comporte en outre un deuxième dispositif de mise en rotation 50, qui est relié à l'élément de liaison 36, pour mettre en rotation l'élément de liaison 36 et le dispositif pilote 40 autour de l'axe longitudinal L.

Dans cet exemple, l'élément de liaison est un tube plongeur dont l'extrémité supérieure est raccordée à une conduite souple 52 d'alimentation du tube en béton ou en coulis.

Comme le montre la figure 2, le premier dispositif de mise en rotation 28 comporte un moteur 51 de mise en rotation de l'âme creuse 32. En outre, un joint tournant 60 assure la liaison à travers la plaque 42 entre l'extrémité supérieure de l'élément de liaison 36 et la conduite souple 52. On comprend que les vérins 44 permettent de modifier la position axiale de l'élément de liaison 36 par rapport à l'âme creuse 32. En outre, le câble 26 de déplacement vertical de la tête de forage 29 ou son moteur à entraînement est associé à un capteur de déplacement linéaire 62 qui permet de mesurer le déplacement vertical du dispositif de forage. Ce capteur de déplacement constitue un dispositif de mesure de la profondeur H atteinte par le dispositif de forage.

La figure 3 illustre l'extrémité inférieure 30b du système de forage

30 selon un premier mode de réalisation de l'invention.

Dans la phase courante de forage du puits 9, l'élément de liaison 36 et l'âme creuse 32 peuvent être solidaires en rotation, par exemple par un système à crabots, de sorte que le dispositif pilote 40 et le dispositif de forage 30 tournent ensemble dans le même sens, sans mouvement relatif de rotation entre l'élément de liaison 36 et l'âme creuse 32. Selon une autre variante, illustrée en figure 3, le dispositif pilote 40 peut être mis en rotation, par le deuxième dispositif de mise en rotation 50, selon un sens de rotation opposé au sens de rotation de l'âme creuse 32. Comme il sera expliqué plus en détail ci-dessous, le deuxième dispositif de mise en rotation 50 est également apte à bloquer la rotation de l'élément de liaison 36 par rapport au sol S.

Sur les figures 4A et 4B, on a illustré un deuxième mode de réalisation du système de forage selon l'invention. Ce deuxième mode de réalisation se distingue du premier par le fait que le dispositif de forage 30' comporte un dispositif de couplage 70, dans cet exemple un crabot, pour bloquer la rotation du dispositif pilote 40' par rapport à l'âme creuse 32'. On constate également que le dispositif pilote 40' est mobile en translation par rapport à l'âme creuse 32' selon l'axe longitudinal L. Le système de forage 10', les vérins 44 et la plaque 42 constituent un dispositif de déplacement 43 pour déplacer en translation le dispositif pilote 40' par rapport à l'âme creuse 32' selon l'axe longitudinal L, de sorte que le dispositif pilote 40' présente une position déployée, illustrée en figure 4B, et une position rétractée illustrée en figure 4A.

Aussi, lorsque les vérins 44 sont en position déployée, le dispositif pilote 40' est en position rétractée, tandis que lorsque les vérins 44 sont en position rentrée, le dispositif pilote 40' est en position déployée.

Le dispositif de déplacement 43 est par ailleurs configuré pour déplacer le dispositif pilote 40' par rapport au dispositif pilote 32' par vérinage, battage ou vibrofonçage.

Pour ce faire, le dispositif de déplacement 43 pourrait également être équipé d'une tête vibrante non illustrée ici.

Dans cet exemple, l'élément de liaison comprend un tube plongeur, qui est muni en sa partie inférieure, de trous d'injection 65 qui sont masqués par l'âme creuse 32' lorsque le dispositif pilote 40' est en position rétractée. De préférence, les trous d'injection 65 sont également masqués par l'âme creuse lorsque le dispositif pilote est en position déployée. Dans ce cas, le dispositif pilote peut aussi présenter une position d'injection ou de bétonnage, illustrée en figure 4C, dans laquelle le dispositif pilote est davantage déployé de sorte que les trous d'injections soient découverts afin de permettre le bétonnage. Pour ce faire, le dispositif pilote est déplacé en translation vers le bas grâce au dispositif de déplacement 43, de sorte que le trou d'injection 65 se trouve en-dessous de l'extrémité inférieure 32'b de l'âme creuse 32'. Dans cette position, on injecte du béton dans le forage, par exemple lors de la remontée du dispositif de forage 30.

Pour une explication plus précise de l'utilité des trous d'injection

65, on pourra se référer au document FR 2 831 205 qui décrit en détail le procédé de fabrication d'un pieu à l'aide d'une tarière continue.

Sur la figure 16, on a illustré une variante du deuxième mode de réalisation, dans laquelle le système de forage est dépourvu de deuxième dispositif de mise en rotation. Dans ce cas, la mise en rotation du dispositif pilote est réalisée par le premier dispositif de mise en rotation 51 après que l'élément de liaison est couplé en rotation par le dispositif de couplage 70 avec l'âme creuse.

Dans la présente invention, on s'intéresse principalement au contrôle de la trajectoire de forage du dispositif de forage.

A l'aide des figures 13 et 14, on va maintenant décrire de façon plus détaillée le dispositif pilote 40' du système de forage 10' selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention.

Le dispositif pilote 40' présente une forme cylindrique comprenant une première extrémité 40'a munie d'une portion de fixation à l'élément de liaison 36, et une seconde partie d'extrémité 40'b, opposée à la première partie d'extrémité 40'a. La deuxième partie d'extrémité 40'b comprend une face frontale munie de dents de coupe D qui forment des renflements. Le dispositif pilote 40' comporte par ailleurs un pan P qui est incliné par rapport à un plan passant par l'axe A du dispositif pilote 40'. L'angle d'inclinaison entre le pan P et l'axe A du dispositif pilote 40' est référencé a sur la figure 14. Le dispositif pilote 40' comporte par ailleurs des carrés C en saillie qui font partie du système à crabot 70 décrit ci- dessus. Dans ce mode de réalisation, l'angle a présente une valeur comprise de préférence entre 15° et 25°.

La fonction de cette forme spécifique du dispositif pilote 40' sera explicitée ci-dessous.

On précise que le dispositif pilote 40 selon le premier mode de réalisation présente une forme similaire à celle du dispositif pilote 40' selon le deuxième mode de réalisation. Il s'en distingue notamment par le fait qu'il est dépourvu de carrés C. Quel que soit le mode de réalisation considéré, le système de forage comporte un dispositif 80 de mesure de déviation de l'âme creuse 32, 32' pour identifier une éventuelle déviation entre la trajectoire de déplacement du dispositif de forage et la trajectoire de forage théorique. Dans cet exemple, la trajectoire de forage théorique est une trajectoire verticale, la trajectoire de déplacement dudit dispositif de forage étant la trajectoire réelle du dispositif de forage.

Le dispositif 80 de mesure de déviation de l'âme creuse comporte par ailleurs un capteur de déviation 82 qui est disposé en partie inférieure de l'âme creuse.

Le dispositif 80 de mesure de déviation est par ailleurs configuré pour déterminer une éventuelle direction de déviation DD du dispositif de forage par rapport à la trajectoire de forage théorique, la direction de déviation étant considérée dans un plan horizontal Q qui est défini par le repère XY.

Par ailleurs, conformément à l'invention, le dispositif pilote 40,40' présente un état actif dans lequel le dispositif pilote 40, 40' est orienté et maintenu par rapport au sol, en étant de préférence bloqué en rotation par rapport audit sol S, dans une position angulaire de correction de façon à corriger la direction de déplacement T du dispositif de forage 30, 30' selon une direction de correction de trajectoire DCT considérée dans le plan horizontal Q. L'orientation angulaire et le blocage en rotation par rapport au sol du dispositif pilote 40,40' sont opérées par le deuxième dispositif de mise en rotation 50.

Comme illustré en figure 4B, la direction de correction de trajectoire DCT correspond à l'intersection entre le pan incliné P et un plan P' qui est vertical et perpendiculaire au pan P. Comme expliqué ci-dessus, on s'intéresse à la projection dans le plan horizontal Q de cette direction de correction de trajectoire.

En se référant à la figure 4B, on conçoit que la conformation du dispositif pilote 40' (de même que pour le dispositif pilote 40) a pour effet que, dans son état actif, le dispositif pilote 40' a tendance, lorsqu'il est enfoncé dans le sol S, à se déplacer en translation selon la correction de trajectoire DCT illustrée sur la figure 4B, ce qui a pour effet de modifier l'orientation de l'élément de liaison et de l'âme creuse. On comprend également que, selon la position angulaire de correction, considérée dans un plan horizontal, il est possible de modifier la direction de correction de trajectoire DCT.

Lorsque ledit dispositif pilote est dans son état passif, il est configuré pour tourner dans le même sens et à la même vitesse que l'âme creuse, comme mentionné précédemment, de sorte qu'il ne modifie pas la trajectoire de déplacement du dispositif de forage.

En variante, lorsque ledit dispositif pilote est dans l'état passif, le deuxième dispositif de mise en rotation est configuré pour faire tourner le dispositif pilote 40, 40' dans le sens inverse du sens de rotation de l'âme creuse 32'.

Selon l'une ou l'autre de ces variantes, le dispositif pilote 40, 40' en cours d'utilisation du dispositif de forage ne modifie pas la trajectoire de déplacement de l'âme creuse, raison pour laquelle on dit que le dispositif pilote est dans son état passif.

Le dispositif pilote 40, 40' est amené dans son état actif en bloquant son mouvement de rotation relatif par rapport au sol après l'avoir orienté, grâce à l'action du deuxième dispositif de mise en rotation, dans la position angulaire permettant d'obtenir la direction de correction de trajectoire souhaitée. Lors de la poursuite de l'introduction du dispositif de forage, l'élément de liaison et l'âme creuse pivote dans un plan vertical passant par la direction de correction de trajectoire DCT, ce qui a pour effet de ramener l'axe longitudinal L de l'âme creuse 32, 32' selon la trajectoire de forage théorique V.

Le système de forage 10, 10' comporte, en outre, un dispositif de commande 100 qui est configuré pour actionner le deuxième dispositif de mise en rotation 50 lorsqu'une déviation est mesurée par le dispositif 80, afin d'amener le dispositif pilote 40, 40' dans son état actif en le bloquant en rotation par rapport au sol dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte que, considérée dans le plan horizontal Q, la direction de correction de trajectoire DCT associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation.

Dans la variante du deuxième mode de réalisation, illustrée en figure 16, dans laquelle le deuxième dispositif de mise en rotation 50 est absent, le dispositif de commande 100 est configuré pour amener le dispositif pilote dans son état actif en actionnant le premier dispositif de mise en rotation après avoir actionné le dispositif de couplage 70. Le dispositif de commande 100 comporte, en outre, un dispositif de calcul 102 pour calculer la position angulaire de correction à partir de la direction de déviation DD déterminée par le dispositif de mesure. La position angulaire de correction est déterminée de sorte que la direction de correction de trajectoire DCT soit opposée à la direction de déviation. Le dispositif de commande pilote le deuxième dispositif de mise en rotation afin d'amener le dispositif pilote dans la position angulaire de correction souhaitée.

Le capteur de déviation 82 est configuré pour mesurer une distance d de déviation de l'âme creuse 32, 32' par rapport à une direction verticale. Cette distance est considérée dans un plan horizontal passant par le capteur de déviation. Par ailleurs, le dispositif de commande est configuré pour actionner le deuxième dispositif de mise en rotation lorsque le rapport de la distance de déviation d sur la profondeur H atteinte par le dispositif de forage est supérieur ou égal à un seuil qui peut dépendre de la profondeur atteinte. A titre d'exemple, ce seuil peut être de 0.3%.

Ceci va être expliqué plus en détail à l'aide des figures 5A à 8 qui décrivent un procédé de forage d'un puits dans le sol S selon une trajectoire de forage théorique V, en l'espèce vertical, à l'aide du système de forage selon le premier mode de réalisation de l'invention.

Sur la figure 5A, on a illustré le dispositif de forage 30. En cours de forage, l'axe longitudinal L de l'âme creuse étant parallèle à la direction de forage théorique V, celles-ci sont donc toutes les deux verticales. Le dispositif pilote 40 est dans son état passif et le dispositif pilote est mis en rotation par le deuxième dispositif de mise en rotation 50 dans le sens inverse du sens de rotation de l'âme creuse 32.

Le dispositif de forage 10 est donc introduit dans le sol tout en mettant en rotation l'âme creuse 32.

On mesure la déviation éventuelle de l'âme creuse 32 à l'aide du dispositif 80 de mesure de déviation de l'âme creuse afin de déterminer une direction de déviation DD du dispositif de forage par rapport à la trajectoire de forage théorique V.

En figure 5A, aucune déviation n'est détectée. Aussi, considéré dans le plan horizontal Q, le dispositif pilote 40 se trouve dans le centre du repère XY illustré en figure 5B. En cours de forage, comme illustré de façon schématique en figure 6A, une déviation illustrée par une distance de déviation d est mesurée. Cette distance de déviation d, mesurée à la profondeur H, par exemple 5m, étant supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple 2 cm, soit 0.4 %, le dispositif de commande pilote le deuxième dispositif de mise rotation de façon à amener le dispositif pilote 40 dans son état actif en l'orientant puis en le bloquant en rotation par rapport au sol S dans une position angulaire de correction déterminée de telle sorte, que considérée dans le plan horizontal Q, la direction de correction de trajectoire DCT associée à la position angulaire de correction soit opposée à la direction de déviation DD. On comprend que la déviation illustrée en figure 6A est schématique et exagérée pour faciliter la compréhension de l'invention.

Sans sortir du cadre de la présente invention, d'autres valeurs de seuils pourront être choisies par l'homme du métier en fonction de la précision de forage souhaitée.

Dans l'exemple de la figure 6B, afin de faciliter la compréhension, la direction de déviation DD ainsi que la direction de correction de trajectoire DCT s'étendent selon l'axe X. Ces deux directions pourraient toutefois être non parallèles.

Enfin, sur la figure 7A, on a illustré la position de l'âme creuse 32 après que celle-ci est à nouveau alignée avec la trajectoire de forage théorique V. Le dispositif pilote est alors ramené dans son état passif, par exemple en le faisant tourner dans le sens inverse du sens de rotation de l'âme creuse 32. Le forage se poursuit donc jusqu'à ce qu'une déviation supérieure à un seuil prédéterminé soit, à nouveau, mesurée.

Sur la figure 8, on a illustré un cas où la direction de déviation s'étend selon une direction non parallèle aux axes X et Y. Le principe de fonctionnement est identique. Le dispositif pilote est mis dans son état actif en l'orientant et en le bloquant par rapport au sol, de sorte que la direction de correction de trajectoire soit opposée à la direction de déviation détectée. La direction de correction de trajectoire DCT est déterminée de façon à corriger la verticalité de l'âme creuse lors de l'enfoncement du dispositif de forage dans le sol.

Sur les figures 9 à 12, on a illustré un procédé de forage d'un puits selon un deuxième mode de mise en œuvre, à l'aide du système de forage selon le deuxième mode de réalisation illustré aux figures 4A et 4B. Ce deuxième mode de mise en œuvre diffère du premier par le fait que, lorsqu'une déviation supérieure à un seuil prédéterminé est mesurée, on amène le dispositif pilote 40' dans son état actif et dans sa position déployée, illustrée en figure 11, par exemple par translation et vibrofonçage. Puis, on déplace l'âme creuse par rapport au sol de sorte que le déplacement de l'âme creuse suive le déplacement du dispositif pilote, par quoi on corrige la verticalité de la trajectoire de l'âme creuse, tel qu'illustré en figure 12.

Les procédés de forage des puits selon les premier et second modes de mise en œuvre, peuvent avantageusement être utilisés dans le cadre d'un procédé de fabrication d'une colonne, tel qu'un pieu, procédé dans lequel on injecte un fluide dans le puits au moment de la remontée du dispositif de forage afin de former la colonne dans le sol.

Enfin, sur la figure 14, on a illustré les courbes de déviation de l'outil de forage en fonction de la profondeur de forage. La courbe GX illustre la déviation selon l'axe X tandis que la courbe GY illustre la déviation selon l'axe Y, et la courbe GT illustre la déviation totale du dispositif de forage.

On comprend que le dispositif pilote est dans son état passif jusqu'à une profondeur d'environ 8 mètres, après quoi il est mis dans son état actif jusqu'à environ une profondeur de 12 mètres, où il revient dans son état passif. On constate donc que la distance de déviation maximale est d'environ 3 cm pour une profondeur comprise entre 8 et 10 mètres. Autrement dit, lors de l'opération de forage, la déviation exprimée en pourcentage est au maximum de 0,375 %, et donc inférieure à la limite critique de 0,5 %.