FR2862336A1

FR2862336A1 - Drilling machine for drilling hard surface, has nozzles mounted on supporting assembly and generating pressurized liquid jets towards working space between action zones of drilling tools for disintegrating transom in space

Info

Publication number: FR2862336A1
Application number: FR0313460A
Authority: FR
Inventors: Fabrice Mathieu
Original assignee: Compagnie du Sol SARL
Current assignee: Compagnie du Sol SARL
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-05-20
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: CA2487460A1; US20050121234A1; JP2005146843A; EP1533425A1; KR20050048505A; FR2862336B1

Abstract

The machine has a pair of rotating drilling tools rotating around a same rotation axis, and a supporting assembly (32) integrated with a chassis for supporting the tools and having an edge (32a) extending between the tools. Nozzles (54) mounted on the assembly generate pressurized liquid jets (56) towards a working space between action zones of the tools for disintegrating a transom formed in the space.

Description

La présente invention a pour objet une machine de forage du typeThe present invention relates to a drilling machine of the type

comprenant un châssis et au moins une paire d'outils rotatifs de forage montés sur ce châssis, ces outils rotatifs de forage représentant sensiblement le même axe de rotation. comprising a frame and at least one pair of rotary drilling tools mounted on said frame, said rotary drilling tools representing substantially the same axis of rotation.

En se référant aux figures annexées 1 à 3, on va décrire un exemple particulier de ce type de machine connue, le plus souvent appelée fraise, pour mieux faire comprendre les problèmes que peut soulever l'utilisation d'une telle machine. With reference to the appended figures 1 to 3, a particular example of this type of known machine, usually called a cutter, will be described to better understand the problems that the use of such a machine may raise.

Sur la figure 1, on a représenté un engin de forage 10 constitué principalement par une plate-forme 12 équipée d'une flèche 14 à l'extrémité supérieure 14a de laquelle est suspendue une machine de forage 16 par l'intermédiaire de câbles 18. La machine de forage 16 comporte un châssis 20 à l'extrémité inférieure duquel sont montées deux paires d'outils de forage rotatifs ou fraises 22 et 24. Chaque paire d'outils de forage 22 ou 24 est constituée par deux outils de forage par exemple 26 et 28 comme le montre mieux la figure 3, ces outils de forage étant montés rotatifs autour d'axes qui sont le plus souvent confondus, l'axe commun étant référencé 30. En outre, les deux paires d'outils ont des axes de rotation parallèles. Plus précisément, chaque paire d'outils est montée rotative dans une plaque de supportage 32 solidaire de l'extrémité inférieure 20a du châssis de la machine de forage. FIG. 1 shows a drilling apparatus 10 constituted mainly by a platform 12 equipped with an arrow 14 at the upper end 14a from which a drilling machine 16 is suspended by means of cables 18. The drilling machine 16 comprises a frame 20 at the lower end of which are mounted two pairs of rotary drilling tools or cutters 22 and 24. Each pair of drilling tools 22 or 24 consists of two drilling tools, for example 26 and 28 as best shown in Figure 3, these drilling tools being rotatably mounted about axes which are most often confused, the common axis being referenced 30. In addition, the two pairs of tools have axes of parallel rotation. More specifically, each pair of tools is rotatably mounted in a support plate 32 integral with the lower end 20a of the chassis of the drilling machine.

L'engin de forage comporte également un flexible souple 34 associé à des orifices d'aspiration 36 et à une pompe d'aspiration 38 pour provoquer la remontée des déblais résultant de l'action des outils de forage. La machine de forage comporte aussi des flexibles d'alimentation hydraulique des moteurs entraînant les paires d'outils rotatifs 22 et 24. The drilling machine also comprises a flexible hose 34 associated with suction ports 36 and a suction pump 38 to cause the recovery of cuttings resulting from the action of the drilling tools. The drilling machine also includes hydraulic supply hoses for the motors driving the pairs of rotary tools 22 and 24.

Comme le montre mieux la figure 3, la présence de la plaque 32 de supportage entre les outils de forage 26 et 28 d'une même paire crée un intervalle e entre les zones d'action des outils de forage sur le front de taille 40. Cet intervalle 39 laisse subsister dans le front de taille un redan 42. Par ailleurs, la plaque 32 présente un bord 32a le plus souvent de forme semi-circulaire semi-ovale ou polygonale. As best shown in FIG. 3, the presence of the support plate 32 between the drilling tools 26 and 28 of the same pair creates an interval e between the zones of action of the drilling tools on the face of size 40. This gap 39 leaves in the cutting edge a redan 42. In addition, the plate 32 has an edge 32a usually semicircular semi-oval or polygonal shape.

On comprend que lors de l'action des paires d'outils de forage, la formation du redan 42 s'oppose ou contrarie la progression de l'outil de forage surtout si le sol dans lequel le forage est réalisé est relativement dur. It is understood that during the action of pairs of drill tools, the formation of the redan 42 opposes or opposes the progress of the drill bit especially if the soil in which the drilling is performed is relatively hard.

2862336 2 Le redan 42 présente typiquement une hauteur de l'ordre de 250 mm et une épaisseur de l'ordre de 70 mm. Le bord inférieur 32a de la plaque 32, qui est une portion de surface cylindrique au sens large du terme dont les génératrices sont parallèles à l'axe de rotation des outils, exerce sur le sommet du redan un effort de compression. Du fait des soubresauts de la machine, des efforts parasites latéraux induisent des efforts de flexion et de cisaillement qui favorisent la rupture du redan. The ridge 42 typically has a height of the order of 250 mm and a thickness of about 70 mm. The lower edge 32a of the plate 32, which is a cylindrical surface portion in the broad sense of the term whose generatrices are parallel to the axis of rotation of the tools, exerts on the top of the redan a compressive force. Because of the jolts of the machine, lateral parasitic forces induce bending and shearing forces which promote the rupture of the redan.

Dans le cas de roches très dures, la réaction du redan sur la machine de forage peut reprendre une partie importante voire la totalité de l'effort de poussée exercée par le poids de la machine, ce qui limite d'autant l'efficacité des outils rotatifs de forage. In the case of very hard rocks, the reaction of the redan on the drilling machine can take up a large part or even all of the thrust force exerted by the weight of the machine, which limits all the efficiency of the tools rotary drilling.

Un objet de la présente invention est de fournir une machine de forage du type mentionné ci-dessus qui permette d'améliorer la désintégration progressive du redan afin d'améliorer l'efficacité globale de la machine de forage notamment dans le cas de forage en terrain dur. An object of the present invention is to provide a drilling machine of the type mentioned above which makes it possible to improve the progressive disintegration of the redan in order to improve the overall efficiency of the drilling machine, particularly in the case of field drilling. hard.

Pour atteindre ce but selon l'invention, la machine de forage comprend un châssis; au moins une paire d'outils rotatifs de forage ayant sensiblement le même axe de rotation; un ensemble de supportage solidaire du châssis pour supporter à rotation ladite paire d'outils, ledit ensemble de supportage présentant vers le front de taille un bord s'étendant entre les outils de ladite paire d'outils, ladite machine se caractérisant en ce qu'elle comprend en outre des moyens montés sur ledit ensemble de supportage pour créer au moins un jet de liquide à très haute pression dirigée vers le front de taille entre les zones d'action de ladite paire d'outils; par quoi ledit jet de liquide à très haute pression désagrège le redan qui se forme dans le front de taille entre les zones d'action de ladite paire d'outils rotatifs. To achieve this object according to the invention, the drilling machine comprises a frame; at least one pair of rotary drilling tools having substantially the same axis of rotation; a support assembly secured to the frame for rotatably supporting said pair of tools, said support assembly having towards the face an edge extending between the tools of said pair of tools, said machine being characterized in that it further comprises means mounted on said support assembly for creating at least one jet of very high pressure liquid directed towards the face of size between the zones of action of said pair of tools; whereby said jet of very high pressure liquid disintegrates the redan formed in the face between the zones of action of said pair of rotary tools.

On comprend que grâce à la présence du jet ou des jets de liquide à très haute pression qui est dirigé ou qui sont dirigés vers le redan, la désagrégation de celui-ci est très sensiblement améliorée par rapport à la seule action de compression du bord de l'ensemble de supportage des outils rotatifs. L'amélioration de la désagrégation du redan favorise l'amélioration de l'efficacité globale de l'outil. It will be understood that by virtue of the presence of the jet or jets of liquid at high pressure which is directed or which are directed towards the step, the disintegration thereof is very substantially improved with respect to the only compression action of the edge of the support assembly for rotary tools. Improving the disintegration of the redan enhances the overall efficiency of the tool.

De préférence, les moyens de création de jet comprennent au 35 moins une buse alimentée en liquide sous très haute pression débouchant dans ledit bord de l'ensemble de supportage. Preferably, the jet creating means comprise at least one nozzle supplied with liquid at very high pressure opening into said edge of the support assembly.

Selon un mode perfectionné de réalisation de l'invention, la machine de forage définie précédemment se caractérise en ce qu'au moins sur une partie de sa longueur, ledit bord présente une face non symétrique par rapport audit plan médian, par quoi ladite face dissymétrique exerce un effort de flexion sur le redan formé entre les zones d'action de ladite paire d'outils, pour provoquer la désagrégation dudit redan. According to an improved embodiment of the invention, the drilling machine defined above is characterized in that at least for part of its length, said edge has a non-symmetrical face with respect to said median plane, whereby said asymmetrical face exerts a bending force on the redan formed between the zones of action of said pair of tools, to cause the disintegration of said redan.

On comprend que du fait qu'au moins une portion du bord de l'ensemble de supportage présente une face non symétrique par rapport au plan médian de l'élément support, c'est-à-dire par rapport à la direction de forage en regard du redan qui tend à se former entre les outils rotatifs d'une même paire, une action mécanique de flexion est exercée sur le redan par cette face en raison de son orientation, ce qui en favorise la désintégration par rapport à une action de compression puisque, comme on l'a indiqué, le redan est plus sensible à une action de flexion qu'à une section de compression. It is understood that at least a portion of the edge of the support assembly has a non-symmetrical face relative to the median plane of the support element, that is to say with respect to the drilling direction in look of the redan that tends to form between the rotary tools of the same pair, a mechanical bending action is exerted on the redan by this face because of its orientation, which promotes the disintegration compared to a compression action since, as indicated, the redan is more sensitive to a bending action than to a compression section.

Par "face d'une portion du rebord" de l'élément support, il faut entendre aussi bien une surface plane qu'une surface gauche. By "face of a portion of the rim" of the support element, it is necessary to hear both a flat surface and a left surface.

On comprend également que dans ce mode de réalisation perfectionné, la désintégration du redan résulte de la combinaison de l'action des jets à très haute pression et de l'action mécanique de flexion sur le redan du bord incliné de l'ensemble de supportage. It is also understood that in this improved embodiment, the disintegration of the redan results from the combination of the action of the jets at very high pressure and the mechanical bending action on the redan of the inclined edge of the support assembly.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatifs. Other characteristics and advantages of the invention will appear better on reading the following description of several embodiments of the invention given by way of non-limiting example.

La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles - la figure 1, déjà décrite, est une vue d'ensemble d'un engin de forage; - la figure 2 est une vue déjà décrite montrant la partie 30 inférieure de la machine de forage, une partie d'une paire d'outils de forage étant enlevée; - la figure 3 est une vue simplifiée de côté déjà décrite montrant une paire d'outils de forage et son action sur le front de taille; - la figure 4 est une vue de côté de l'ensemble de supportage 35 des outils de forage équipés de buses de réalisation de jets à haute pression; - la figure 4A est une vue de détail de la figure 4 montrant l'alimentation des buses de réalisation des jets; - la figure 4B est une vue de détail de la figure 4A montrant la structure d'une buse; la figure 5 montre en perspective le bord de l'ensemble de supportage conformément à un mode perfectionné de réalisation de l'invention; la figure 5A montre en vue de côté le bord de l'élément de supportage; la figure 6 montre en vue de dessous une variante de réalisation du bord de l'élément de supportage; et la figure 6A est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 6. The description refers to the appended figures in which - Figure 1, already described, is an overview of a drill rig; FIG. 2 is a view already described showing the bottom portion of the drilling machine with a portion of a pair of drill bits removed; - Figure 3 is a simplified side view already described showing a pair of drilling tools and its action on the face of size; FIG. 4 is a side view of the support assembly of the drilling tools equipped with nozzles for producing high pressure jets; FIG. 4A is a detailed view of FIG. 4 showing the supply of the nozzles for producing the jets; FIG. 4B is a detail view of FIG. 4A showing the structure of a nozzle; Figure 5 shows in perspective the edge of the support assembly according to an improved embodiment of the invention; Figure 5A shows in side view the edge of the support member; Figure 6 shows in bottom view an alternative embodiment of the edge of the support member; and FIG. 6A is a sectional view along the line A-A of FIG. 6.

En se référant tout d'abord aux figures 4, 4A et 4B on va décrire un mode préféré de réalisation de l'invention. Referring first to Figures 4, 4A and 4B will be described a preferred embodiment of the invention.

Sur la figure 4, on a représenté la plaque 32 fixée à l'extrémité inférieure du châssis 20a de la machine de forage et qui sert au montage et au supportage de la paire d'outils 26, 28. Cette plaque comporte un évidement central 50 pour le montage des moteurs et des tambours portant les éléments de forage. Sur cette figure, on a représenté les canalisations 52 d'alimentation en liquide sous pression des moteurs d'entraînement des outils de forage. Sur la figure 4, on a représenté de façon simplifiée, des buses telles que 54 de création de jets de liquide à très haute pression qui sont ménagées dans le bord 32a de la plaque 32 tournée vers le front de taille 40 et plus précisément vers le redan 42. Ces buses produisent donc des jets de liquide sous pression 56 dirigés vers le redan sur toute sa largeur, c'est-à-dire selon la direction perpendiculaire au plan de la figure 3. In Figure 4, there is shown the plate 32 attached to the lower end of the chassis 20a of the drilling machine and which is used for mounting and supporting the pair of tools 26, 28. This plate has a central recess 50 for mounting motors and drums carrying the drilling elements. In this figure, there is shown the pipes 52 for supplying liquid under pressure of the drive motors of the drilling tools. FIG. 4 is a simplified representation of nozzles such as 54 for creating very high pressure liquid jets which are formed in the edge 32a of the plate 32 facing towards the face of size 40 and more precisely towards the redan 42. These nozzles thus produce jets of pressurized liquid 56 directed towards the redan over its entire width, that is to say in the direction perpendicular to the plane of FIG. 3.

Comme le montre la figure 4A, de préférence, les buses 54 sont alimentées par des canalisations telles que 56 percées dans l'épaisseur de la plaque 32. Ces canalisations d'alimentation des buses 56 sont reliées à des flexibles d'alimentation hydraulique 58 montés en parallèles avec les flexibles principaux d'alimentation des moteurs hydrauliques. As shown in FIG. 4A, the nozzles 54 are preferably fed by lines 56 drilled in the thickness of the plate 32. These nozzle supply lines 56 are connected to hydraulic supply hoses 58 mounted in parallel with the main hoses supplying the hydraulic motors.

Comme le montre mieux la figure 4B, les buses 54 sont montées à l'intérieur de la plaque 32 de telle manière que leur sortie 54a soit en retrait par rapport aux bords inférieurs 32a de la plaque 32. Dans ce but, des alésages 58 sont percés dans le bord de la plaque 32 pour permettre la sortie des jets haute pression délivrés par les buses 54. As best shown in FIG. 4B, the nozzles 54 are mounted inside the plate 32 in such a way that their outlet 54a is set back with respect to the lower edges 32a of the plate 32. For this purpose, bores 58 are pierced in the edge of the plate 32 to allow the outlet of the high pressure jets delivered by the nozzles 54.

De préférence, la pression du liquide servant à créer les jets est de l'ordre de 100 à 200 MPa. Preferably, the pressure of the liquid used to create the jets is of the order of 100 to 200 MPa.

On comprend ainsi que grâce à la présence des jets créés par les buses 54, il est possible de provoquer la désintégration du redan 42 au fur et à mesure de sa constitution, notamment si le sol dans lequel le forage est réalisé, est dur. It is thus understood that by virtue of the presence of the jets created by the nozzles 54, it is possible to cause the disintegration of the redan 42 as it is formed, especially if the soil in which the drilling is made is hard.

En se référant maintenant aux figures 5 et 5A, on va décrire un mode perfectionné de réalisation de la machine de forage. Dans ce mode de réalisation perfectionné, pour obtenir la désagrégation du redan, on ajoute à des jets haute pression un effet mécanique de flexion sur ce redan. Referring now to FIGS. 5 and 5A, an improved embodiment of the drilling machine will be described. In this improved embodiment, to obtain the disintegration of the redan is added to high pressure jets a mechanical bending effect on the redan.

Pour atteindre ce résultat, le bord inférieur 32a de la plaque 32 n'est plus constitué par une surface cylindrique dont les génératrices sont perpendiculaires à la direction de forage mais par une succession, de préférence alternée, de faces non symétriques par rapport au plan médian pp' de la plaque 32. Ces faces peuvent consister en des surfaces planes ou des surfaces gauches. Pour cela, de préférence, on fixe sur le bord proprement dit 32a de la plaque 32, des éléments en forme de prisme tels que 60 qui présentent une face active 62 qui fait avec la direction F de forage un angle compris entre 30 et 60 degrés et de préférence égal à 45 degrés. De préférence également, ces éléments prismatiques 60 sont alternés par rapport au plan médian P, P' de la plaque 32 de telle manière que les faces actives 62 soient alternativement d'un côté et de l'autre du plan médian P, P'. Ces pièces prismatiques, grâce à l'inclinaison de leurs faces 62 exercent sur le redan un effort qui n'est pas perpendiculaire au sommet du redan mais incliné par rapport à celui- ci, ce qui permet d'appliquer au redan un effort de flexion favorisant sa désintégration. To achieve this result, the lower edge 32a of the plate 32 is no longer constituted by a cylindrical surface whose generatrices are perpendicular to the direction of drilling but by a succession, preferably alternately, unsymmetrical faces relative to the median plane These faces may consist of flat surfaces or left surfaces. For this purpose, it is preferable to fix, on the actual edge 32a of the plate 32, prism-shaped elements such as 60 which have an active face 62 which makes an angle of between 30 and 60 degrees with the drilling direction F. and preferably equal to 45 degrees. Also preferably, these prismatic elements 60 are alternated with respect to the median plane P, P 'of the plate 32 so that the active faces 62 are alternately on one side and the other of the median plane P, P'. These prismatic pieces, thanks to the inclination of their faces 62 exert on the redan a force which is not perpendicular to the top of the step but inclined relative thereto, which makes it possible to apply to the redan a bending force promoting its disintegration.

On comprend ainsi que la désagrégation du redan résulte de la combinaison de l'action hydraulique des jets créés par les buses 54 et de l'action mécanique des faces inclinées 62 des pièces prismatiques 60 montées sur le bord 32a de la plaque 32. On obtient ainsi encore une amélioration de l'effet de désagrégation du redan apparaissant dans le front de taille et donc une amélioration globale de l'efficacité de la machine de forage en particulier dans le cas de terrains très durs. It is thus understood that the disintegration of the redan results from the combination of the hydraulic action of the jets created by the nozzles 54 and the mechanical action of the inclined faces 62 of the prismatic parts 60 mounted on the edge 32a of the plate 32. thus still an improvement of the disintegrating effect of the redan appearing in the face of the face and thus an overall improvement of the efficiency of the drilling machine, in particular in the case of very hard ground.

2862336 6 Dans la description précédente, on a considéré le cas d'une machine de forage appelée habituellement fraise. L'invention pourrait très bien s'appliquer à d'autres machines, dès lors que cette machine comprend au moins une paire d'outils rotatifs dont l'action sur le front de taille laisse subsister un redan. In the foregoing description, the case of a drilling machine, usually called milling cutter, was considered. The invention could very well apply to other machines, since this machine comprises at least one pair of rotary tools whose action on the face of the size leaves a redan.

Sur les figures 6 et 6A, on a représenté une variante de réalisation des pièces permettant d'appliquer l'effort de flexion au redan 42. FIGS. 6 and 6A show an alternative embodiment of the parts making it possible to apply the bending force to the step 42.

Dans ce mode de réalisation, les pièces prismatiques 70 fixées 10 sur le bord 32a de la plaque 32 ont en section droite la forme d'un trapèze dont la petite base active 72 a une dimension réduite. In this embodiment, the prismatic pieces 70 fixed to the edge 32a of the plate 32 have a cross section in the form of a trapezium whose small active base 72 has a reduced dimension.

Les axes longitudinaux x, x' des pièces 70 font un angle b avec le plan médian P, P' de la plaque 32. L'angle b est, par exemple, de l'ordre de 30 à 60 degrés. The longitudinal axes x, x 'of the parts 70 make an angle b with the median plane P, P' of the plate 32. The angle b is, for example, of the order of 30 to 60 degrees.

Dans la description précédente, on a considéré le cas d'une machine de forage appelée habituellement fraise. L'invention pourrait très bien s'appliquer à d'autres machines, dès lors que cette machine comprend au moins une paire d'outils rotatifs dont l'action sur le front de taille laisse subsister un redan. In the foregoing description, the case of a drilling machine, usually called milling cutter, was considered. The invention could very well apply to other machines, since this machine comprises at least one pair of rotary tools whose action on the face of the size leaves a redan.

Claims

A drilling machine comprising: - a frame (20); at least one pair of rotary drilling tools (22, 24) having substantially the same axis of rotation; a support assembly (32) integral with the frame for rotatably supporting said pair of tools, said support assembly presenting the cutting edge having an edge extending between the tools of said pair of tools, said machine being characterized in that it further comprises: means (54) mounted on said support assembly (32) for creating at at least one jet of liquid at very high pressure directed towards the face of size between the zones of action of said pair of tools; whereby said jet of very high pressure liquid disintegrates the redan formed in the face between the zones of action of said pair of rotary tools.

2. Drilling machine according to claim 1, characterized in that the jet creating means comprising at least one nozzle (54) supplied with liquid under very high pressure open into said edge (32a) of the support assembly (32). ).

3. Drilling machine according to claim 2, characterized in that the supply means of said nozzle (54) comprise at least one feed channel (56) drilled in said support assembly (32).

4. Drilling machine according to claim 3, characterized in that it comprises a plurality of nozzles (54) and a plurality of supply channels (56).

5. Drilling machine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least a part of its length, said edge (32a) has a non-symmetrical face (62) relative to the median plane of said support assembly whereby said asymmetrical face exerts a bending force on the step formed between the action zones of said pair of tools, to cause the disintegration of said redan.

6. Drilling machine according to claim 5, characterized in that said face (62) occupies substantially the entire thickness of said edge (32a) and makes an angle of between 30 and 60 degrees with the direction of drilling.

7. Drilling machine according to any one of claims 5 and 6, characterized in that said edge (32a) comprises a plurality of asymmetrical faces (62).

8. Drilling machine according to claim 7, characterized in that said faces (62) are alternately inclined in one direction and the other with respect to the drilling direction.

9. Drilling machine according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the or each face (62) is constituted by a piece (60) in the form of a prism fixed on the edge of the support assembly.