EP3735507B1 - Ensemble de forage et procédé de forage associé - Google Patents

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EP3735507B1
EP3735507B1 EP19700057.3A EP19700057A EP3735507B1 EP 3735507 B1 EP3735507 B1 EP 3735507B1 EP 19700057 A EP19700057 A EP 19700057A EP 3735507 B1 EP3735507 B1 EP 3735507B1
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EP
European Patent Office
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support
nozzle
boring
head
jet
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EP19700057.3A
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EP3735507A1 (fr
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Marc Lacroix
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Areva NP SAS
Original Assignee
Framatome SA
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Publication date
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Publication of EP3735507B1 publication Critical patent/EP3735507B1/fr
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18—Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/60—Drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/16—Applying separate balls or pellets by the pressure of the drill, so-called shot-drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/24—Drilling using vibrating or oscillating means, e.g. out-of-balance masses
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/06—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole
    • E21B21/063—Arrangements for treating drilling fluids outside the borehole by separating components
    • E21B21/065—Separating solids from drilling fluids

Definitions

  • a drilling assembly extending along a central axis is provided.
  • the invention also relates to a drilling method.
  • the invention relates to drilling in a civil engineering structure, in particular during the dismantling of nuclear power plants.
  • the system includes a drill head configured to deliver a high pressure water jet and another drill head configured to deliver an abrasive jet.
  • the aim of the invention is then to propose a drilling assembly making it possible to simplify its handling.
  • the invention relates to a drilling assembly according to claim 1.
  • Handling of the drilling assembly according to the invention is simpler. Indeed, drilling using the drilling assembly according to the invention does not require the alternating introduction of several drilling heads, as is the case for drilling systems of the state of the art, which leads to wasted time and drilling inaccuracies.
  • the drilling assembly comprises one or more of the characteristics of claims 2 to 8.
  • the invention also relates to a drilling method using a drilling assembly as described above according to claim 9.
  • the drilling method is according to claim 10.
  • a drilling assembly 10 is shown on the figure 1 .
  • the drilling assembly 10 is configured to drill a wall 12, in particular a wall 12 comprising mineral and metallic elements.
  • the wall 12 is made of reinforced concrete composed of concrete 14 and metallic elements 16.
  • the metallic elements 16 are, for example, iron or steel bars.
  • the drilling assembly 10 extends along a main axis A-A'.
  • the drilling assembly 10 comprises a drilling head 18 comprising at least one first nozzle 20 and at least one second nozzle 22, the or each second nozzle 22 being different from the or each first nozzle 20.
  • the drilling assembly 10 comprises in the example illustrated in the figures, a single first nozzle 20 and a single second nozzle 22.
  • the drilling head 18 is cylindrical in shape.
  • the drilling head 18 has a central head axis BB' extending along the main axis A-A'.
  • the drilling head 18 has a diameter greater than 200 mm.
  • the diameter has no upper limit.
  • the drilling head 18 has a diameter in particular between 200 mm and 1000 mm, for example 280 mm.
  • the drilling head 18 has a front face 24, the front face 24 being configured to be arranged facing the area of the wall 12 to be drilled.
  • the front face 24 is substantially orthogonal to the central axis of the head B-B'.
  • the or each first nozzle 20 is configured to provide a jet of fluid, in particular a jet of water without abrasive.
  • abrasive we mean a very hard material used to wear away other softer materials.
  • the abrasive material has a hardness above 6 mohs.
  • An abrasive material is also characterized by its particle size, advantageously between 30 and 80 mesh.
  • the or each second nozzle 22 is configured to provide a jet of fluid, in particular a jet comprising at least one abrasive material.
  • the abrasive material is, for example, composed of garnet or almond.
  • the fluid is water to which the abrasive material is added.
  • the drilling assembly 10 further comprises a first supply device 26 and a second supply device 28.
  • the first supply device 26 is configured to supply the abrasive-free water jet to the at least one first nozzle 20.
  • the first supply device 26 is configured to supply the water jet at very high pressure in order to allow drilling by demolition by bursting of the concrete 14.
  • the very high pressure of the water jet is between 2000 bar and 3000 bar.
  • the associated flow rate of the water jet is between 10 l.min -1 and 20 l.min -1 .
  • the drilling assembly 10 advantageously comprises at least a third nozzle, not shown in the figures.
  • the first supply device 26 is further configured to supply a jet of water without abrasive at low pressure to the at least one third nozzle in order to allow the evacuation of rubble from the area of the wall 12 to be drilled.
  • the low pressure of the water jet is between 2 bar and 10 bar.
  • the associated flow rate of the water jet is then between 20 l.min -1 and 100 l.min -1 .
  • the first supply device 26 advantageously comprises a reservoir comprising water, a pump and a conduit from the reservoir to the or each first nozzle 20, not shown.
  • the second supply device 28 is configured to supply the jet comprising at least one abrasive material to the at least one second nozzle 22.
  • the pressure of the abrasive jet is between 2000 and 3000 bars.
  • the associated flow rate of the abrasive jet is then between 200 and 500 g.min -1 .
  • the second supply device 28 advantageously comprises a reservoir comprising an abrasive material, a pump and a conduit from the reservoir to the or each second nozzle 22, not shown.
  • the drilling assembly 10 further comprises a frame 30 and a first drive 32.
  • the frame 30 is a support located away from the wall 12.
  • the frame 30 is fixed relative to the wall 12.
  • the first drive 32 is configured to rotate the drilling head 18 relative to the frame 30 around the central head axis B-B'.
  • the amplitude of the rotation permitted by the first drive 26 is 360°.
  • the first drive 32 is of any type suitable for enabling said rotation.
  • the first drive 32 is a gear motor.
  • the drilling assembly 10 also includes a body 34, a first support 36 and a second drive 38.
  • the body 34 is cylindrical in shape, having the head axis B-B' as the central axis and of the same diameter as the drilling head 18.
  • the front face of the body 34 is parallel and substantially at the same level as the front face 24 of the drilling head 18.
  • the first support 36 is cylindrical in shape, having a central axis of the first support C-C' different from the central axis of the head B-B'.
  • the central axis of first support C-C' is for example substantially parallel to the central axis of head B-B'.
  • the central axis of the first support C-C' makes a non-zero angle, in particular between 0° and 45°, with the central axis of the head B-B'.
  • the or each second nozzle 22 is configured to provide an orientable jet making an angle between 0° and 80° relative to an axis FF' passing through said second nozzle 22 and parallel to the axis of first support C-C'.
  • the first support 36 is inserted into the body 34.
  • the first support 36 is linked in rotation to the body 34 around the central axis of the first support C-C'.
  • the first support 36 opens onto the front face 24.
  • the front face of the first support 36 is for example parallel and substantially at the same level as the front face 24 of the drilling head 18.
  • the or each second nozzle 22 is arranged on the first support 36 and, in particular, on the front face of the first support 36.
  • the second drive 38 is configured to rotate the first support 36 relative to the body 34 around the central axis of the first support C-C'.
  • the amplitude of the rotation permitted by the second drive 28 is 180°.
  • the second drive 38 is of any type suitable to allow said rotation.
  • the second drive 38 is a gear motor.
  • the nozzles 20, 22 are able to follow any desired trajectory on the front face 24.
  • the drilling assembly 10 further comprises a second support 40 and a third drive 42.
  • the second support 40 is cylindrical in shape, having a central axis of the second support D-D' different from the central axis of the first support C-C'.
  • the central axis of second support D-D' is advantageously substantially parallel to the central axis of first support C-C'.
  • the central axis of the second support D-D' makes a non-zero angle with the axis of the first support C-C'.
  • the or each first nozzle 20 is configured to provide a jet making an angle between 0° and 45° relative to an axis EE' passing through said first nozzle 20 and parallel to the central axis of second support D-D' .
  • the second support 40 is inserted into the first support 36.
  • the second support 40 is linked in rotation to the first support 36 around the central axis of the second support D-D'.
  • the second support 40 opens onto the front face 24.
  • the front face of the second support 40 is parallel and substantially at the same level as the front face 24 of the drilling head 18.
  • the or each first nozzle 20 is advantageously arranged on the second support 40.
  • the or each first nozzle 20 is located on the front face of the second support 40.
  • the third drive 42 is configured to rotate the second support 40 relative to the first support 36 around the central axis of the second support D-D'.
  • the amplitude of the rotation permitted by the third drive 42 is 360°.
  • the third drive 42 is configured to allow continuous rotation of the second support 40, in particular at a rotation speed of between 100 and 600 rpm -1 , for example 500 rpm -1 .
  • the third drive 42 is of any type suitable to allow said rotation.
  • the third drive 42 is a gear motor.
  • the third drive 42 is configured to allow the rotation of the second support 40 by means of the flow of water circulating through the or each first nozzle 20.
  • the drilling assembly 10 comprises a suction mouth 44.
  • the suction mouth 44 is provided in the body 34 and the opening of the suction mouth 44 opens onto the front face 24.
  • the suction mouth 44 extends along the central axis of head B- B'.
  • the suction mouth 44 is configured to suck through the opening the rubble resulting from the drilling of the wall 12 as well as the fluids injected by the nozzles 20, 22 and to transport the rubble and the fluids from the front face 24 towards the outside of wall 12.
  • the suction mouth 44 is advantageously connected to a pump, not shown, configured to create a vacuum causing the suction and transport of rubble and fluids.
  • the drilling assembly 10 advantageously comprises a lighting device 46 and a camera 48.
  • the lighting device 46 is carried by the first support 36, in particular on the front face of the first support 36.
  • the lighting device 46 is configured to illuminate the area of the wall 12 to be drilled.
  • the lighting device 46 is advantageously composed of a plurality of lamps arranged regularly along a circle around the camera 48.
  • the camera 48 is carried by the first support 36, in particular on the front face of the first support 36.
  • the camera 48 is configured to record and transmit to a screen, not shown and located outside the wall 12, photographs or videos of the area of wall 12 to be drilled.
  • the camera 48 is configured to instantly transmit the images taken to the screen in order to allow better control of the drilling.
  • the lighting device 46 and the camera 48 are configured to go from a hidden configuration in which the lighting device 46 and the camera 48 are protected during drilling, to an active configuration in which the lighting device 46 and the camera 48 are able to illuminate and film the area of the wall 12 to be drilled.
  • the drilling assembly 10 comprises at least a fourth nozzle, not shown in the figures, configured to provide a jet of compressed air on the lighting device 46 and the camera 48 in order to clean them and/or protect them from dripping during viewing steps after drilling steps.
  • the drilling assembly 10 also includes a fourth drive 50.
  • the fourth drive 50 is configured to drive the drilling head 18 in translation along the central axis of the head B-B' relative to the chassis 30 and thus makes it possible to advance the drilling of the wall 12 as the reinforced concrete is drilled.
  • the fourth drive 50 is of any type suitable for enabling said translation.
  • the fourth drive 50 is a screw-nut system or a rack.
  • the drilling assembly 10 is away from the wall 12.
  • the front face 24 of the drilling head 18 is placed facing the wall 12 by means of the fourth drive 50 which moves the drilling head 18 in translation along the central axis of the head B-B' relative to the chassis 30.
  • the first drive 32 and the second drive 38 place the drilling head 18 and the first support 36 in the desired position facing the area of the wall 12 to be drilled.
  • the drilling process then comprises a step of first supply by the first supply device 26 of a jet of water without abrasive at very high pressure to the or each first nozzle 20.
  • the concrete body 14 is then demolished by the abrasive-free water jet at very high pressure, as visible on the Figure 3 .
  • a thickness of concrete 14 of between 40 mm and 60 mm is demolished during the first supply stage.
  • the third drive 42 rotates the or each first nozzle 20 around the central axis of second support DD' relative to the first support 36.
  • the abrasive-free water jet then describes a cone around the axis central of second support D-D', as shown on the Figure 3 thus allowing easier demolition of concrete thickness 14.
  • the or each first nozzle 20 describes the desired trajectory and makes it possible to remove a layer of the wall 12 of concrete 14 following the diameter of the drilling.
  • the fourth drive 50 drives the drilling head 18 in translation in stages as the concrete zone 14 of the wall 12 is demolished.
  • the lighting device 46 and the camera 48 switch from the hidden configuration to the active configuration.
  • the lighting device 46 illuminates the area to be drilled and the camera 48 films and transmits the images of the area of the wall 12 to be drilled in order to control the drilling and identify any metal elements 16 that may have been removed, in particular steel or iron bars.
  • the step of first supplying the abrasive-free water jet at very high pressure stops.
  • the first supply device 26 supplies a jet of water without abrasive at low pressure to the or each third nozzle in order to remove the rubble present facing the front face 24.
  • the mouth suction 44 sucks up the water injected by the jet and the rubble and transports them outside the wall 12.
  • the lighting device 46 and the camera 48 make it possible to identify the position and shape of the metal element 16.
  • the first drive 32 and the second drive 38 place the drilling head 18 and the first support 36 in the desired position facing the metal element 16 to be destroyed.
  • the drilling method then comprises a step of second supply by the second supply device 28 of a jet comprising at least one abrasive material to the or each second nozzle 22.
  • the metal element 16 is then cut by the abrasive jet, as visible on the figures 4 And 5 .
  • the or each second nozzle 22 directs the abrasive jet according to the shape and orientation of the metal element 16.
  • the or each second nozzle 22 makes it possible to cut a metal element 16 oriented substantially in the same direction as the front face 24, as visible on the figure 4 .
  • the or each second nozzle 22 also makes it possible to cut a metal element 16 oriented substantially along the central axis of the head B-B', as visible on the figure 5 , with a different orientation of the abrasive jet.
  • the or each second nozzle 22 describes the desired trajectory and makes it possible to precisely destroy the metal element 16.
  • the first supply device 26 supplies a jet of water without abrasive at low pressure to the or each third nozzle in order to remove the rubble present facing the front face 24.
  • the mouth d The suction 44 sucks up the water injected by the jet and the pieces of iron and transports them outside the wall 12.
  • the suction is carried out during the demolition stages of the wall 12, in order to remove the concrete rubble 14 and the metal elements 16 cut continuously.
  • first supply and second supply are used as simple terminology but do not imply any temporal correlation relationship between the steps of the drilling process.
  • the first supply can thus be made before, during or after the second supply.
  • the drilling process subsequently alternately comprises first supply steps to demolish the concrete areas 14 of the wall 12 and second supply steps to destroy the metal elements 16 present in wall 12.
  • the drilling method therefore allows drilling in a wall 12 of reinforced concrete not requiring the alternating introduction of several drilling heads and thus allowing easier handling of the drilling assembly 10.
  • the absence of round trips is favorable for reducing the dispersion of rubble and effluent, which constitutes a sensitive point when working in contaminated environment.
  • the different drives 32, 38, 42, 50 and the orientation of the jets at the outlet of the nozzles 20, 22 make it possible to split the different elements 14 of the wall 12 into residual rubble small enough to be extracted and transported by the suction mouth 44 by means of the flow of water injected by the or each third nozzle.
  • the hydrodemolition permitted by the or each first nozzle 20 and the first supply device 26 makes it possible to split the concrete 14 into pieces whose size is given by the mineral elements, such as pebbles, entering into the composition of the concrete 14
  • the precise cutting of the metal elements 16 by means of the controlled trajectory of the or each second nozzle 22 makes it possible to split the metal elements 16, such as steel or iron bars, into small sections which can be easily transported by the suction mouth. 44.
  • the drilling assembly 10 also makes it possible to carry out inclined drilling without damaging the equipment located near the wall 12.
  • Inclined drilling means drilling carried out in a direction making a non-zero angle with the axis normal to the exit face, in particular an angle greater than 20° as visible according to the figure 1 .
  • Inclined drilling is particularly advantageously carried out in a direction going from top to bottom.
  • the metal elements 16 are usually found in a civil engineering structure at least 50 mm inside the wall 12.
  • the alternating use of the nozzles 20, 22 and the abrasive cuts can be made in a targeted manner on the metal sections, the end of the drilling can emerge outside the wall 12 without using the abrasive cutting jet.
  • the sole use of the jet without abrasive allows you not to cut any metal elements beyond drilling and in particular to pierce a possible metal wall to be preserved.
  • the alternating use of the two supply devices 22, 24 makes it possible to optimize the quantity of abrasives used, which allows a reduction in costs as well as the ecological impact of drilling.
  • the drilling assembly 10 makes it possible to reduce the reaction forces of the jets, typically less than 10 daN, which lightens the structure and the necessary weight of the drilling assembly 10, unlike drilling carried out with a jackhammer for example which leads to cracks in the structure.
  • the drilling assembly 10 is in particular advantageously used for the dismantling of damaged nuclear power plants such as the Fukushima power plant for example.
  • the drilling assembly 10 is also used to make openings in civil engineering structures when it is important to preserve the reinforcement at the edge of the opening in order to then be able to re-mesh the structure according to a new need.

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  • Earth Drilling (AREA)
  • Working Measures On Existing Buildindgs (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un ensemble de forage s'étendant le long d'un axe central. L'invention concerne également un procédé de forage.
  • En particulier, l'invention concerne le forage dans une structure de génie civil, notamment lors du démantèlement de centrales nucléaires.
  • On connait la technique de forage par carottage au moyen d'une couronne de forage de même diamètre que le trou à réaliser dans la structure.
  • On connait notamment de US 4 850 440 un tel système de forage.
  • Toutefois, cette technique ne permet pas de réaliser des forages inclinés de façon satisfaisante. En effet, en fin de forage, une partie de la couronne de forage perce encore la structure tandis que le reste de la couronne fait saillie hors de la structure et peut endommager un équipement situé à proximité de la structure.
  • On connait de US2868509 un appareil de forage pour le forage de trous dans le sol, en particulier pour le forage de puits de pétrole.
  • On connait également de US20120067184 , un système de forage pour effectuer de l'hydrodémolition de béton. Le système comprend une tête de forage configurée pour fournir un jet d'eau à haute pression et une autre tête de forage configurée pour fournir un jet abrasif.
  • Toutefois, la manutention d'un tel système est compliquée.
  • Le but de l'invention est alors de proposer un ensemble de forage permettant de simplifier sa manutention.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un ensemble de forage selon la revendication 1.
  • La manutention de l'ensemble de forage selon l'invention est plus simple. En effet, le forage au moyen de l'ensemble de forage selon l'invention ne nécessite pas l'introduction alternée de plusieurs têtes de forage, comme c'est le cas pour les systèmes de forage de l'état de la technique, qui entraine des pertes de temps et des imprécisions de forage.
  • Suivants d'autres aspects avantageux de l'invention, l'ensemble de forage comprend une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 8.
  • L'invention concerne également un procédé de forage au moyen d'un ensemble de forage tel que décrit ci-dessus selon la revendication 9.
  • Suivant un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé de forage est selon la revendication 10.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 est une représentation schématique, partiellement en coupe, d'un ensemble de forage selon l'invention et d'une coupe d'une paroi dans laquelle est introduit l'ensemble de forage ;
    • la figure 2 est une vue en perspective de la tête de forage de l'ensemble de forage de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue en perspective de la tête de forage de l'ensemble de forage de la figure 1 lors d'une étape de fourniture d'un jet d'eau sans abrasif ;
    • la figure 4 est une vue en perspective de la tête de forage de l'ensemble de forage de la figure 1 lors d'une étape de fourniture d'un jet abrasif;
    • la figure 5 est une vue en perspective de la tête de forage de l'ensemble de forage de la figure 1 lors d'une étape de fourniture d'un jet abrasif orienté différemment que sur la figure 4.
  • Un ensemble de forage 10 est représenté sur la figure 1.
  • L'ensemble de forage 10 est configuré pour forer une paroi 12, notamment une paroi 12 comportant des éléments minéraux et métalliques. En particulier, la paroi 12 est en béton armé composé de béton 14 et d'éléments métalliques 16. Les éléments métalliques 16 sont, par exemple, des barres de fer ou d'acier.
  • L'ensemble de forage 10 s'étend le long d'un axe principal A-A'.
  • L'ensemble de forage 10 comprend une tête de forage 18 comportant au moins une première buse 20 et au moins une deuxième buse 22, la ou chaque deuxième buse 22 étant différente de la ou chaque première buse 20.
  • Comme visible sur la figure 1, l'ensemble de forage 10 comprend dans l'exemple illustré sur les figures, une seule première buse 20 et une seule deuxième buse 22.
  • Comme visible sur la figure 2, la tête de forage 18 est de forme cylindrique. La tête de forage 18 présente un axe central de tête B-B' s'étendant selon l'axe principal A-A'.
  • Avantageusement, la tête de forage 18 possède un diamètre supérieur à 200 mm. En théorie, le diamètre n'a pas de limite supérieure. Pour les applications dans une structure de génie civil, la tête de forage 18 possède un diamètre notamment compris entre 200 mm et 1000 mm, par exemple 280 mm.
  • La tête de forage 18 présente une face avant 24, la face avant 24 étant configurée pour être disposée en regard de la zone de la paroi 12 à forer. La face avant 24 est sensiblement orthogonale à l'axe central de tête B-B'.
  • La ou chaque première buse 20 est configurée pour fournir un jet de fluide, notamment un jet d'eau sans abrasif.
  • Par abrasif, on entend un matériau très dur utilisé pour user d'autres matériaux plus tendres. En particulier, le matériau abrasif a une dureté supérieure à 6 mohs. Un matériau abrasif est également caractérisé par sa granulométrie, avantageusement, comprise entre 30 et 80 mesh.
  • La ou chaque deuxième buse 22 est configurée pour fournir un jet de fluide, notamment un jet comportant au moins un matériau abrasif. Le matériau abrasif est, par exemple, composé de grenat ou d'amandine. Avantageusement, le fluide est de l'eau dans lequel est ajouté le matériau abrasif.
  • L'ensemble de forage 10 comprend en outre un premier dispositif de fourniture 26 et un deuxième dispositif de fourniture 28.
  • Le premier dispositif de fourniture 26 est configuré pour fournir le jet d'eau sans abrasif à l'au moins une première buse 20.
  • En particulier, le premier dispositif de fourniture 26 est configuré pour fournir le jet d'eau à très haute pression afin de permettre le forage par démolition par éclatement du béton 14. La très haute pression du jet d'eau est comprise entre 2000 bar et 3000 bar. Le débit associé du jet d'eau est compris entre 10 l.min-1 et 20 l.min-1.
  • L'ensemble de forage 10 comprend avantageusement au moins une troisième buse, non représentée sur les figures.
  • Le premier dispositif de fourniture 26 est, en outre, configuré pour fournir un jet d'eau sans abrasif à basse pression à l'au moins une troisième buse afin de permettre l'évacuation des gravats de la zone de la paroi 12 à forer. En particulier, la basse pression du jet d'eau est comprise entre 2 bar et 10 bar. Le débit associé du jet d'eau est alors compris entre 20 l.min-1 et 100 l.min-1.
  • Le premier dispositif de fourniture 26 comporte avantageusement un réservoir comprenant de l'eau, une pompe et un conduit du réservoir à la ou chaque première buse 20, non représentés.
  • Le deuxième dispositif de fourniture 28 est configuré pour fournir le jet comportant au moins un matériau abrasif à l'au moins une deuxième buse 22. La pression du jet abrasif est comprise entre 2000 et 3000 bars. Le débit associé du jet abrasif est alors compris entre 200 et 500 g.min-1.
  • Le deuxième dispositif de fourniture 28 comporte avantageusement un réservoir comprenant un matériau abrasif, une pompe et un conduit du réservoir à la ou chaque deuxième buse 22, non représentés.
  • Selon l'invention, l'ensemble de forage 10 comprend en outre un châssis 30 et un premier entrainement 32.
  • Le châssis 30 est un support situé à l'écart de la paroi 12. Le châssis 30 est fixe par rapport à la paroi 12.
  • Le premier entrainement 32 est configuré pour entrainer en rotation la tête de forage 18 par rapport au châssis 30 autour de l'axe central de tête B-B'. Avantageusement, l'amplitude de la rotation permise par le premier entrainement 26 est de 360°.
  • Le premier entrainement 32 est de tout type approprié pour permettre ladite rotation. Par exemple, le premier entrainement 32 est un motoréducteur.
  • L'ensemble de forage 10 comprend également un corps 34, un premier support 36 et un deuxième entrainement 38.
  • Le corps 34 est de forme cylindrique, ayant l'axe de tête B-B' comme axe central et de même diamètre que la tête de forage 18. La face avant du corps 34 est parallèle et sensiblement au même niveau que la face avant 24 de la tête de forage 18.
  • Le premier support 36 est de forme cylindrique, ayant un axe central de premier support C-C' différent de l'axe central de tête B-B'. L'axe central de premier support C-C' est par exemple sensiblement parallèle à l'axe central de tête B-B'. En variante, l'axe central de premier support C-C' fait un angle non nul, en particulier compris entre 0° et 45° avec l'axe central de tête B-B'.
  • Comme visible sur les figures 4 et 5, la ou chaque deuxième buse 22 est configurée pour fournir un jet orientable faisant un angle entre 0° et 80° par rapport à un axe F-F' passant par ladite deuxième buse 22 et parallèle à l'axe de premier support C-C'.
  • Comme visible sur la figure 2, le premier support 36 est inséré dans le corps 34.
  • Selon l'invention, le premier support 36 est lié en rotation au corps 34 autour de l'axe central de premier support C-C'. Le premier support 36 débouche sur la face avant 24. La face avant du premier support 36 est par exemple parallèle et sensiblement au même niveau que la face avant 24 de la tête de forage 18.
  • La ou chaque deuxième buse 22 est disposée sur le premier support 36 et, en particulier, sur la face avant du premier support 36.
  • Le deuxième entrainement 38 est configuré pour entrainer en rotation le premier support 36 par rapport au corps 34 autour de l'axe central de premier support C-C'. Avantageusement, l'amplitude de la rotation permise par le deuxième entrainement 28 est de 180°.
  • Le deuxième entrainement 38 est de tout type approprié pour permettre ladite rotation. Par exemple, le deuxième entrainement 38 est un motoréducteur.
  • Par combinaison entre la rotation permise par le premier entrainement 32 et la rotation permise par le deuxième entrainement 38, les buses 20, 22 sont aptes à suivre une trajectoire quelconque souhaitée sur la face avant 24.
  • Dans un mode de réalisation avantageux, l'ensemble de forage 10 comprend en outre un deuxième support 40 et un troisième entrainement 42.
  • Le deuxième support 40 est de forme cylindrique, présentant un axe central de deuxième support D-D' différent de l'axe central de premier support C-C'. L'axe central de deuxième support D-D' est avantageusement sensiblement parallèle à l'axe central de premier support C-C'. En variante, l'axe central de deuxième support D-D' fait un angle non nul avec l'axe de premier support C-C'.
  • Comme visible sur la figure 3, la ou chaque première buse 20 est configurée pour fournir un jet faisant un angle compris entre 0° et 45° par rapport à un axe E-E' passant par ladite première buse 20 et parallèle à l'axe central de deuxième support D-D'. Comme visible sur la figure 2, le deuxième support 40 est inséré dans le premier support 36. Avantageusement, le deuxième support 40 est lié en rotation au premier support 36 autour de l'axe central de deuxième support D-D'. Le deuxième support 40 débouche sur la face avant 24. La face avant du deuxième support 40 est parallèle et sensiblement au même niveau que la face avant 24 de la tête de forage 18.
  • La ou chaque première buse 20 est disposée avantageusement sur le deuxième support 40. En particulier, la ou chaque première buse 20 est située sur la face avant du deuxième support 40.
  • Le troisième entrainement 42 est configuré pour entrainer en rotation le deuxième support 40 par rapport au premier support 36 autour de l'axe central de deuxième support D-D'. Avantageusement, l'amplitude de la rotation permise par le troisième entrainement 42 est de 360°. En particulier, le troisième entrainement 42 est configuré pour permettre une rotation continue du deuxième support 40, notamment à une vitesse de rotation comprise entre 100 et 600 tours.min-1, par exemple 500 tours.min-1.
  • Le troisième entrainement 42 est de tout type approprié pour permettre ladite rotation. Par exemple, le troisième entrainement 42 est un motoréducteur.
  • En variante, le troisième entrainement 42 est configuré pour permettre la rotation du deuxième support 40 au moyen du débit d'eau circulant à travers la ou chaque première buse 20.
  • Avantageusement, l'ensemble de forage 10 comprend une bouche d'aspiration 44.
  • La bouche d'aspiration 44 est ménagée dans le corps 34 et l'ouverture de la bouche d'aspiration 44 débouche sur la face avant 24. La bouche d'aspiration 44 s'étend le long de l'axe central de tête B-B'.
  • La bouche d'aspiration 44 est configurée pour aspirer à travers l'ouverture des gravats issus du forage de la paroi 12 ainsi que les fluides injectés par les buses 20, 22 et pour transporter les gravats et les fluides de la face avant 24 vers l'extérieur de la paroi 12.
  • La bouche d'aspiration 44 est raccordée avantageusement à une pompe, non représentée, configurée pour créer une dépression entrainant l'aspiration et le transport des gravats et des fluides.
  • L'ensemble de forage 10 comprend avantageusement un dispositif d'éclairage 46 et une caméra 48.
  • Le dispositif d'éclairage 46 est porté par le premier support 36, en particulier sur la face avant du premier support 36. Le dispositif d'éclairage 46 est configuré pour éclairer la zone de la paroi 12 à forer. Le dispositif d'éclairage 46 est avantageusement composé d'une pluralité de lampes disposées régulièrement le long d'un cercle autour de la caméra 48.
  • La caméra 48 est portée par le premier support 36, en particulier sur la face avant du premier support 36. La caméra 48 est configurée pour enregistrer et transmettre à un écran, non représenté et situé à l'extérieur de la paroi 12, des photographies ou des vidéos de la zone de la paroi 12 à forer. Avantageusement, la caméra 48 est configurée pour transmettre instantanément les images prises à l'écran afin de permettre un meilleur contrôle du forage.
  • Avantageusement, le dispositif d'éclairage 46 et la caméra 48 sont configurés pour passer d'une configuration masquée dans laquelle le dispositif d'éclairage 46 et la caméra 48 sont protégés pendant le forage, à une configuration active dans laquelle le dispositif d'éclairage 46 et la caméra 48 sont aptes à éclairer et filmer la zone de la paroi 12 à forer.
  • Avantageusement, l'ensemble de forage 10 comprend au moins une quatrième buse, non représentée sur les figures, configurée pour fournir un jet d'air comprimé sur le dispositif d'éclairage 46 et la caméra 48 afin de les nettoyer et/ou protéger des égouttures lors des étapes de visionnage après les étapes de perçage.
  • L'ensemble de forage 10 comprend également un quatrième entrainement 50.
  • Le quatrième entrainement 50 est configuré pour entrainer la tête de forage 18 en translation le long de l'axe central de tête B-B' par rapport au châssis 30 et ainsi permet d'avancer le forage de la paroi 12 au fur et à mesure que le béton armé est percé.
  • Le quatrième entrainement 50 est de tout type approprié pour permettre ladite translation. Par exemple, le quatrième entrainement 50 est un système vis-écrou ou une crémaillère.
  • Un procédé de forage au moyen de l'ensemble de forage 10 va maintenant être décrit.
  • Initialement, l'ensemble de forage 10 est à l'écart de la paroi 12.
  • La face avant 24 de la tête de forage 18 est placée en regard de la paroi 12 au moyen du quatrième entrainement 50 qui déplace la tête de forage 18 en translation le long de l'axe central de tête B-B' par rapport au châssis 30.
  • Le premier entrainement 32 et le deuxième entrainement 38 placent la tête de forage 18 et le premier support 36 dans la position souhaitée en regard de la zone de la paroi 12 à forer.
  • Si la zone de la paroi 12 à forer est constituée de béton 14, le procédé de forage comprend alors une étape de première fourniture par le premier dispositif de fourniture 26 d'un jet d'eau sans abrasif à très haute pression à la ou chaque première buse 20. Le corps en béton 14 est alors démoli par le jet d'eau sans abrasif à très haute pression, comme visible sur la figure 3. Avantageusement, une épaisseur de béton 14 comprise entre 40 mm et 60 mm est démolie lors de l'étape de première fourniture.
  • En particulier, le troisième entrainement 42 entraine en rotation la ou chaque première buse 20 autour de l'axe central de deuxième support D-D' par rapport au premier support 36. Le jet d'eau sans abrasif décrit alors un cône autour de l'axe central de deuxième support D-D', comme représenté sur la figure 3 permettant ainsi une démolition facilitée d'une épaisseur de béton 14.
  • Par combinaison entre la rotation effectuée par le premier entrainement 32 et la rotation effectuée par le deuxième entrainement 38, la ou chaque première buse 20 décrit la trajectoire souhaitée et permet de retirer une couche de la paroi 12 en béton 14 suivant le diamètre du forage.
  • De plus, le quatrième entrainement 50 entraine la tête de forage 18 en translation par paliers au fur et à mesure que la zone en béton 14 de la paroi 12 est démolie.
  • Entre chaque palier de démolition du béton 14, le dispositif d'éclairage 46 et la caméra 48 passent de la configuration masquée à la configuration active.. Le dispositif d'éclairage 46 éclaire la zone à forer et la caméra 48 filme et transmet les images de la zone de la paroi 12 à forer afin de contrôler le forage et de repérer les éléments métalliques 16 éventuellement déchaussés, notamment les barres d'aciers ou de fer.
  • Lorsque la face avant 24 est en regard d'un élément métallique 16, l'étape de première fourniture du jet d'eau sans abrasif à très haute pression s'arrête.
  • Lorsque la zone en béton 14 à forer a été démolie, le premier dispositif de fourniture 26 fournit un jet d'eau sans abrasif à basse pression à la ou chaque troisième buse afin de retirer les gravats présents en regard de la face avant 24. La bouche d'aspiration 44 aspire l'eau injectée par le jet et les gravats et les transporte à l'extérieur de la paroi 12.
  • Le dispositif d'éclairage 46 et la caméra 48 permettent de repérer la position et la forme de l'élément métallique 16.
  • Le premier entrainement 32 et le deuxième entrainement 38 placent la tête de forage 18 et le premier support 36 dans la position souhaitée en regard de l'élément métallique 16 à détruire.
  • Le procédé de forage comprend alors une étape de deuxième fourniture par le deuxième dispositif de fourniture 28 d'un jet comportant au moins un matériau abrasif à la ou chaque deuxième buse 22.
  • L'élément métallique 16 est alors coupé par le jet abrasif, comme visible sur les figures 4 et 5.
  • La ou chaque deuxième buse 22 oriente le jet abrasif en fonction de la forme et de l'orientation de l'élément métallique 16.
  • En particulier, la ou chaque deuxième buse 22 permet de couper un élément métallique 16 orienté sensiblement dans la même direction que la face avant 24, comme visible sur la figure 4.
  • La ou chaque deuxième buse 22 permet également de couper un élément métallique 16 orienté sensiblement selon l'axe central de tête B-B', comme visible sur la figure 5, avec une orientation du jet abrasif différente.
  • Par combinaison entre la rotation effectuée par le premier entrainement 32 et la rotation effectuée par le deuxième entrainement 38, la ou chaque deuxième buse 22 décrit la trajectoire souhaitée et permet de détruire de manière précise l'élément métallique 16.
  • Lorsque l'élément métallique 16 a été démoli, le premier dispositif de fourniture 26 fournit un jet d'eau sans abrasif à basse pression à la ou chaque troisième buse afin de retirer les gravats présents en regard de la face avant 24. La bouche d'aspiration 44 aspire l'eau injectée par le jet et les morceaux de fer et les transporte à l'extérieur de la paroi 12.
  • En variante, l'aspiration est effectuée pendant les étapes de démolition de la paroi 12, afin de retirer les gravats de béton 14 et les éléments métalliques 16 découpés de façon continue.
  • Les termes « première fourniture » et « deuxième fourniture » sont utilisés comme simple terminologie mais n'impliquent aucune relation de corrélation temporelle entre les étapes du procédé de forage. La première fourniture peut être ainsi réalisée avant, pendant ou après la deuxième fourniture.
  • De manière similaire à ce qui a été décrit ci-dessus, le procédé de forage comprend par la suite alternativement des étapes de première fourniture pour démolir les zones en béton 14 de la paroi 12 et des étapes de deuxième fourniture pour détruire les éléments métalliques 16 présents dans la paroi 12.
  • Le procédé de forage permet donc un forage dans une paroi 12 de béton armé ne nécessitant pas l'introduction alternée de plusieurs têtes de forage et permettant ainsi une manutention de l'ensemble de forage 10 plus aisée. En plus du gain de temps permis par le maintien en place de la machine, l'absence d'aller-retour est favorable à la réduction de la dispersion des gravats et des effluents, ce qui constitue un point sensible lorsque l'on travaille en milieu contaminé.
  • De plus, les différents entrainements 32, 38, 42, 50 et l'orientation des jets à la sortie des buses 20, 22 permettent de fractionner les différents éléments 14 de la paroi 12 en gravats résiduels suffisamment petits pour être extraits et transportés par la bouche d'aspiration 44 au moyen du flux d'eau injecté par la ou chaque troisième buse. En particulier, l'hydrodémolition permise par la ou chaque première buse 20 et le premier dispositif de fourniture 26 permet de fractionner le béton 14 en morceaux dont la taille est donnée par les éléments minéraux, tels des cailloux, entrant dans la composition du béton 14. La découpe précise des éléments métalliques 16 au moyen de la trajectoire contrôlée de la ou chaque deuxième buse 22 permet de fractionner les éléments métalliques 16, tels des barres d'acier ou de fer, en petits tronçons transportables facilement par la bouche d'aspiration 44.
  • L'ensemble de forage 10 permet également d'effectuer un forage incliné sans endommager les équipements situés à proximité de la paroi 12.
  • Par forage incliné, on entend un forage mis en oeuvre, selon une direction faisant un angle non nul avec l'axe normal à la face de sortie, en particulier un angle supérieur à 20° comme visible selon la figure 1. Le forage incliné est notamment avantageusement réalisé selon une direction allant de haut en bas.
  • En effet, les éléments métalliques 16 se trouvent usuellement dans une structure de génie civil à au moins 50 mm à l'intérieur de la paroi 12. L'utilisation alternée des buses 20, 22 et les coupes abrasives pouvant être faites de façon ciblée sur les sections métalliques, la fin du forage peut déboucher hors de la paroi 12 sans utiliser le jet abrasif de découpe. La seule utilisation du jet sans abrasif permet de ne pas couper d'éventuels éléments métalliques au-delà du forage et notamment percer une éventuelle paroi métallique à préserver.
  • De plus, l'utilisation alternée des deux dispositifs de fourniture 22, 24 permet d'optimiser la quantité d'abrasifs utilisée ce qui permet une réduction de coûts ainsi que de l'impact écologique du forage.
  • Enfin, l'ensemble de forage 10 permet de réduire les efforts de réactions des jets, typiquement inférieurs à 10 daN, ce qui allège la structure et le poids nécessaire de l'ensemble de forage 10, au contraire d'un perçage effectué avec un marteau-piqueur par exemple qui conduit à des fissures dans la structure.
  • L'ensemble de forage 10 est en particulier avantageusement utilisé pour le démantèlement de centrales nucléaires accidentées telle la centrale de Fukushima par exemple.
  • L'ensemble de forage 10 est également utilisé pour pratiquer des ouvertures dans des structures de génie civil lorsqu'il est important de préserver le ferraillage en bordure d'ouverture pour pouvoir remailler ensuite la structure suivant un nouveau besoin.

Claims (10)

  1. Ensemble de forage (10) s'étendant le long d'un axe principal (A-A') et comprenant :
    - une tête de forage (18) comportant :
    + au moins une première buse (20) ;
    + au moins une deuxième buse (22), la ou chaque deuxième buse (22) étant différente de la ou chaque première buse (20) ;
    - un premier dispositif de fourniture (26) configuré pour fournir un jet d'eau sans abrasif à une pression comprise entre 2000 bar et 4000 bar à l'au moins une première buse (20) ;
    - un deuxième dispositif de fourniture (28) configuré pour fournir un jet comportant au moins un matériau abrasif à une pression comprise entre 2000 bar et 6000 bar à l'au moins une deuxième buse (22),
    dans lequel la tête de forage (18) est de forme cylindrique, et présente un axe central de tête (B-B') s'étendant selon l'axe principal (A-A'), l'ensemble de forage (10) comprenant
    - un châssis (30),
    - un premier entraînement (32) en rotation de la tête de forage (18) par rapport au châssis (30) autour de l'axe central de tête (B-B'),
    - un corps (34),
    - un premier support (36) de forme cylindrique ayant un axe central de premier support (C-C') différent de l'axe central de tête (B-B'),
    - un deuxième entraînement (38) en rotation du premier support (36) par rapport au corps (34) autour de l'axe central de premier support (C-C'), l'au moins une deuxième buse (22) étant disposée sur le premier support (36), et le premier support (36) étant lié en rotation au corps (34) autour de l'axe central de premier support (C-C') ;
    dans lequel :
    * l'au moins une première buse (20) est disposée sur le premier support (36) ; ou
    * l'ensemble de forage (10) comprend un deuxième support (40) de forme cylindrique présentant un axe central de deuxième support (D-D') différent de l'axe central de premier support (C-C'), le deuxième support (40) étant inséré dans le premier support (36), l'au moins une première buse (20) étant disposée sur le deuxième support (40).
  2. Ensemble de forage (10) selon la revendication 1, dans lequel la tête de forage (18) possède un diamètre compris entre 200 mm et 1000 mm.
  3. Ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant- un troisième entraînement (42) en rotation du deuxième support (40) par rapport au premier support (36) autour de l'axe central de deuxième support (D-D'), le deuxième support (40) étant lié en rotation au premier support (36) autour de l'axe central de deuxième support (D-D').
  4. Ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins une deuxième buse (22) est configurée pour fournir un jet orientable faisant un angle entre 0° et 45° par rapport à un axe (F-F') passant par la deuxième buse (22) et parallèle à l'axe principal (A-A').
  5. Ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une bouche d'aspiration (44) de gravats, de préférence ménagée dans le corps (34) et s'étendant le long de l'axe principal (A-A').
  6. Ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tête de forage (18) comprend un dispositif d'éclairage (46) et une caméra (48), de préférence portées par le premier support (36).
  7. Ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 3, comprenant un quatrième entrainement (50) de la tête de forage en translation le long de l'axe principal (A-A') par rapport au châssis (30).
  8. Ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tête de forage (18) présente une face avant (24) sensiblement orthogonale à l'axe principal (A-A'), la première buse (20) et la deuxième buse (22) débouchant sur la face avant (24).
  9. Procédé de forage au moyen d'un ensemble de forage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant les étapes suivantes :
    - première fourniture par le premier dispositif de fourniture (26) d'un jet d'eau sans abrasif à une pression comprise entre 2000 bar et 4000 bar à l'au moins une première buse (20) ;
    - deuxième fourniture par le deuxième dispositif de fourniture (28) d'un jet comportant au moins un matériau abrasif à une pression comprise entre 2000 bar et 6000 bar à l'au moins une deuxième buse (22) ;
    la première fourniture ayant lieu avant, pendant et/ou après la deuxième fourniture.
  10. Procédé de forage selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes :
    - démolition d'un corps en béton (14) par le jet d'eau sans abrasif fourni lors de la première fourniture,
    - découpe d'un élément métallique (16) par le jet comportant au moins un matériau abrasif fourni lors de la deuxième fourniture.
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