Procédé et appareil pour la traversée rapide de terrains inintéressants, au cours d'un forage de recherches minières

L'invention se rapporte à un procédé de traversée rapide des terrains réputés stériles au cours d'un forage de recherches minières, et tout particulièrement au cours d'un forage incliné, ainsi qu'à l'appareil ou carottier de mise en oeuvre du procédé précité.

On connaît déjà, ainsi qu'il est décrit dans le brevet français N^o 1 313 308, un procédé et un dispositif d'échantillonnage continu applicables aux forages. Ce dis- positif d'échantillonnage comporte, à l'extrémité du train de tiges, un ensemble vissé sur cette extrémité et contenant un tube-magasin. Ce tube-magasin est destiné à recevoir, au fur et à mesure de l'avancement du forage, des fragments de carotte qui proviennent d'une carotte continue formée dans un tube axial débouchant, à son extrémité inférieure, dans la partie centrale du trépan de forage. Ce dispositif qui est prévu pour des forages destructifs verticaux, est destiné seulement à des prélèvements épisodiques d'échantillons de zones géologiquement intéressantes. Pour permettre l'examen des carottes au jour, il est nécesssaire de remonter le dispositif par dévissage complet du train de tiges, ce qui constitue une opération longue et fastidieuse.

Par ailleurs, la paroi du tube-magasin est perçée de trous pour permettre la circulation permanente du fluide de forage qui s'élève à travers le tube axial dans lequel est formée la carotte , pénétre à l'intérieur du tube-magasin et s'échappe de celui-ci à travers les trous perçés dans la paroi latérale. Cette circulation du fluide de forage à travers le tube-magasin peut par conséquent entraîner une altération sensible de l'état superficiel des fragments de carotte qu'il contient.

En outre le dispositif précité assure uniquement le prélèvement de fragments de carotte à partir des terrains traversés et il ne permet pas d'effectuer des mesures in situ, c'est-à-dire pendant la formation de la carotte axiale.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un procédé et un appareil permettant de remonter des fragments de carotte sans avoir à dévisser le train de tiges et également d'analyser in situ la carotte pendant sa; montée dans le tube axial.

A cet effet, ce procédé de traversée rapide des terrains présumés stériles au cours d'un forage de recherches minières, et tout particulièrement dans le cas de forages inclinés, dans lequel on crée, à l'extrémité inférieure du train de tiges, une carotte axiale à l'intérieur d'un tube-magasin, est caractérisé en ce qu'en utilisant la technique du carottage au câble, on remonte le tube-magasin à l'intérieur du train de tiges, sans avoir à remonter et dévisser celui-ci.

Le procédé suivant l'invention permet de remonter une carotte axiale continue, formée dans la partie centrale du tube-magasin, accompagnée ou non de fragments de carotte provenant de la rupture de la carotte axiale, à sa partie supérieure, et tombant dans l'espace annulaire du tube-magasin.

La rupture de la carotte, de diamètre réduit, est provoquée, à son sommet, par déviation latérale au-dessus d'un espace annulaire et elle permet de recueillir alors en une seule passe une carotte et un ensemble de fractions de carotte correspondant aux terrains traversés sur une longueur de l'ordre de 7 à 8 fois supérieure à celle du carottier utilisé.

Le procédé permet de faciliter l'utilisation de carottiers de grande longueur sans risque de blocage de la partie de la carotte non encore fractionnée en donnant à l'espace de guidage axial de la carotte un diamètre suffisant pour éviter tout blocage par effet de coin par la réduction du diamètre de la carotte par rapport au diamètre de son tube de guidage axial.

On peut ainsi obtenir au moyen de carottiers de six mètres des traversées de terrains de l'ordre de plus de 45 mètres sans remontée du carottier.

L'invention a également pour objet un appareil pour la traversée rapide des terrains présumés stériles au cours d'un forage de recherche minière, tout particulièrement au cours d'un forage incliné, comportant, au-dessus de la couronne de forage, un tube-magasin annulaire dans la partie centrale duquel se trouve un tube de guidage axial de la carotte formée par la couronne de forage, et, à la partie supérieure du tube de guidage axial, un organe de déviation latérale de la carotte pour fragmenter celle-ci en fractions recueillies dans le tube-magasin annulaire, caractérisé en ce que le tube-magasin est monté mobile verticalement à l'intérieur du train de tiges et est relié à un câble permettant de le remonter sans avoir dévisser le train de tiges.

De'préférence, le tube de guidage axial de la carotte porte, à sa partie extrême supérieure, l'organe de déviation latérale de la carotte . Cet organe de déviation latérale est de préférence amovible et est réalisé sous la forme de coins de pentes différentes suivant les types de terrains devant être traversés.

L'appareil suivant l'invention peut être également utilisé pour effectuer une*-analyse in situ de la carotte pendant sa montée dans le tube de guidage axial. A cet effet, le tube-magasin peut contenir des appareil de mesure des propriétés physiques de la carotte, ces appareils de mesure étant reliés à la surface par des conducteurs de liaison électriques.

Ainsi, quel que soit le type de la couronne de forage utilisée qui peut, selon les terrains traversés, être un outil au diamant, on réduit d'une façon considérable les temps de perte de remontée du carottier par simple remontée du tube-magasin comportant une carotte continue accompagnée ou non d'un nombre de fractions de carottes dont la longueur totale, de l'ordre de 7 à 8 fois la hauteur du carottier, peut correspondre à une traversée des terrains sur une longueur de plus de 45 mètres pour un carottier de 6 m.

On parvient, au moyen d'un tel appareil, à réaliser des forages inclinés sans remontée de l'appareil sur des longueurs de forage exceptionnellement grandes et au moyen de machines de sondage minier de type conventionnel alors que jusqu'à ce jour, et dans des conditions tout à fait exceptionnelles, on ne pouvait forer au delà de passes de 6 mètres. En outre et contrairement aux carottiers de 6 mètres, l'extraction de la carotte accompagnée des fractions de carotte s'effectue en un temps extrêmement court. La vitesse d'avancement des sondages est ainsi accrue de façon considérable, quel que soit le type des terrains rencontrés et sans avoir à modifier les machines de sondage déjà existantes.

On décrira ci-après,à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :

• La figure 1 est une vue en coupe axiale de l'appareil suivant l'invention.
• La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une forme d'exécution particulière de l'appareil pourvue de coins amovibles de déviation de la carotte.
• La figure 3 est une vue en élévation de la partie supérieure du tube de guidage de la carotte

Bien que la couronne de forage puisse être quelconque, à condition, évidemment, de ne pas réduire le gain de temps obtenu par le procédé par une attaque défectueuse des terrains, on choisit de préférence une couronne au diamant. Celle-ci a été représentée d'une façon purement schématique en 1. L'avantage d'un tel choix est d'éviter une usure prématurée de l'outil. Selon l'invention, le diamètre choisi est de l'ordre de 10 à 30 mm, pour un diamètre de forage de l'ordre de 70 à 140 mm. De ce fait la couronne 1 délimite un orifice central la, ayant un petit diamètre de 10 à 30 mm et servant à découper une carotte axiale 10.

La couronne est raccordée, par:tous moyens usuels, en 2 à un tube extérieur 3 constituant la partie extrême inférieure d'un train de tiges qui est entraîné en rotation par toute machine de surface appropriée permettant la remontée au câble de l'appareil ou carottier suivant l'invention.

L'appareil remonté au câble se présente sous la forme d'un tube-magasin 4 totalement étanche, à section droite de forme annulaire, et qui est logé dans le tube inférieur 3 du train de tiges. Cet appareil est formé d'une paroi externe tubulaire 5 voisine du tube extérieur 3 du train de tiges et qui est obturée, à sa partie terminale supérieure opposée à la couronne 1, par une paroi transversale 6. Le tube-magasin 4 comprend en outre un fond annulaire 7 prenant appui,sur la face interne supérieure 8 de la couronne de forage 1, ainsi qu'un tube de guidage axial 9 de la carotte 10 partant du centre du fond 7. Ce tube a un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre de la carotte 10 découpée par la partie centrale de la couronnede forage 1. Le tube de guidage axial 9 se termine , à son extrémité supérieure 11, à une certaine distance de la paroi terminale supérieure 6 et un élément de déviation 12 prolonge une partie du tube de guidage 9 de la carotte 10 jusqu'à la paroi terminale 6. Cet élément de déviation part d'une partie lla du bord circulaire supérieur 11 du tube et est incliné vers l'axe xy du tube 9 qu'il recoupe de préférence.

On peut, selon les'terrains rencontrés et le choix des matériels utilisés, prévoir un moyen usuel de rupture de la base de la carotte 10 schématisé en l3,et qui ne sera pas décrit, ce dispositif ne faisant pas partie en soi de l'invention et pouvant être de tout type connu.

Au cours de la traversée des terrains dépourvus d'intérêt, on utilise l'appareil de carottage qui vient d'être décrit. La carotte 10 en formation ayant un diamètre légèrement inférieur au tube de guidage 9, celle-ci ne peut se casser en biseau pour former des coins de blocage à l'intérieur du tube de sorte que l'on est certain de pouvoir forer en une seule passe une hauteur égale à celle du tube 9. Lorsque le sommet de la carotte atteint l'extrémité supérieure du tube 9 et sort de ce tube, elle rencontre un organe de déviation latérale 12, qui la repousse latéralement, en la faisant pivoter autour de la partie llb du bord 11 du tube qui est opposée à l'élément de déviation 12 et qui peut être légèrement incurvée vers l'extérieur, comme il est représenté sur le dessin. Ceci provoque une rupture aisée de la carotte et ce d'autant plus que le diamètre de la carotte qui est de l'ordre de 10 à 30 mm, pour.un dia- mètre de forage de 70 à 140 mm, est bien inférieur à celui des carottes usuelles. Les fractions de carottes 14 ainsi détachées tombent dans l'espace annulaire compris entre les tubes 5 et 9 et s'entassent alors. au-dessus du fond annulaire 7. Connaisant la capacité moyenne du tube-magasin 4 en nombre de fractions de carotte 14, il suffit d'arrêter le forage et de procéder à la remontée de ce tube-magasin 4 soit après une longueur d'avancement prédéterminée soit lors du ralentissement de l'avancement de l'outil. Cette remontée s'effectue au câble, sans ayoir à démonter le train de tiges. L'examen de la carotte et des fractions permet de contrôler le passage des terrains sans intérêt tout en procédant à un forage rapide et précis.

Dans la variante d'exécution représentée sur les figures 2 et 3, l'appareil suivant l'invention comporte, à la partie supérieure du tube 9 de guidage de la carotte axiale 10, un organe 15 de déviation latérale de cette carotte qui est réalisé sous la forme d'un coin. Cet organe de déviation en forme de coin 15 est fixé, d'une manière amovible, sur la paroi du tube 9, à l'intérieur de celui-ci, au moyen de vis 16. En regard de l'organe 15 de déviation en forme de coin est ménagée,, dans la paroi du tube 9, une ouverture allongée 17 permettant la sortie des fractions de carotte et la chute de celles-ci à l'intérieur du tube-magasin. L'extrémité supérieure du tube 9 est maintenue en place par une pièce 18 en forme de cloche constituant la paroi supérieure du tube-magasin et qui est fixée à la paroi externe tubulaire 5 de ce tube-magasin.

Cette disposition permet de changer l'organe 15 en forme de coin, en fonction des terrains traversés. Plus ces terrains sont durs, plus l'angle a de l'organe 15 en forme de coin, c'est-à-dire l'angle que forme sa face inclinée tournée vers l'ouverture 17 par rapport à la verticale, est faible pour éviter le blocage de l'appareil. Au contraire, plus les terrains traversés sont tendres, plus cet angle a est important, ce qui permet de fracturer la carotte en beaucoup de petits morceaux.

Il est à noter que le tube-magasin de l'appareil suivant l'invention est complètement étanche et n'est pas, de ce fait, traverse par le fluide de forage. Il n'y a donc pas de risque de voir les fragments de carotte altérés en surface par suite d'un léchage continu par le fluide de forage.

L'appareil suivant l'invention qui vient d'être décrit et qui a été conçu plus particulièrement pour la remontée de carottes, peut être également utilisé pour l'analyse in situ de la carotte axiale 10 pendant sa montée dans le tube de guidage 9. A cet effet, le tube-magasin 4 peut contenir, dans son espace annulaire, un ou plusieurs appareils de mesure contrôlant les paramètres physiques de la carotte 10 pendant sa formation. Un tel appareil de mesure 19 est indiqué schématiquement en trait mixte sur la figure 1. Cet appareil est naturellement relié à la surface par des conducteurs de liaison électrique.

Bien que l'on n'ait décrit que d'une façon purement schématique le nouveau type de carottier mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention, il est clair que de nombreuses modifications et additions pourraient être apportées au dessin sans sortir du cadre de la présente invention. C'est ainsi que l'on pourrait utiliser des types différents de profil de la couronne diamantée. Le tube carottier pourra être de formes, longueurs et diamètres différents suivant le terrain foré.

Le dispositif de rupture de la carotte pourra être placé ailleurs qu'au sommet du tube et de principe et de forme différents de ceux présentés dans le schéma de principe.

Le système rupteur et extracteur de carottes, à la base du petit tube central 9, sera de principe et de forme différents suivant les types de terrains rencontrés.