Brevet FR2043610A1 — publié le 19710219

La présente invention concerne d'une manière -générale le forage "rotary" de "formations terrestres, au moyen de tiges de forage dont l'extrémité supérieure est mise en rotation par un émerillon à moteur et dont .l'extrémité inférieure porte un trépan destiné à 5 attaquer la formation terrestre' particulière qui est forée. Plus particulièrement y elle serapporte à une pince .destinée à être utilisée comme accessoire pour le forage Rotary et qui peut serrer la tige de forage par sa surface extérieure et la faire tourner, même lorsque la tige ell^-même" est vissée sans être serrée ou même n'est 10 pas vissée du tout sur l'émerillon à"moteur. Dans la technique du forage rotary il est en général souhaitable de rendre mécanique le plus-grand: nombre, d'opérations possibles afin de réduire l'importance du travail manuel nécessaire pour une -tâche particulière et augmenter-à : la fois, son rendement et-sa-rapidité. 15 La partie de l'opération de forage à laquelle se rapporte par ticulièrement l'invention est celle qui consiste à démonter les éléments des-'tigres de forage après avoir achëvé; de forer un trou de *- sondé' particulier.- D'une-'manière générale, les-opérations successives qui sont'nécessaires pour démonter une tige de forage consti-20 tuée d'éléments sont évidentes. L'émerillon à moteur qui d'habitude est à commande hydraulique et qui peut se déplacer verticalement le long d'une glissière ap'proprïeè est arrive a la fin du forage à un point donné de sa course verticale. En supposant que ce point se trouve à l'extrémité inférieure de sa course ou 'près de celle-ci» 25 l'opération de démontage des tiges le forage s'exécute en levant 1'émerillon jusqu'à un point correspondant au sommet de sa course ou proche de ce sommet, l'émerillon entraînant avec.-'lui toutes les tiges de forage, après quoi l'élément supérieur de la tige de fo-... rage es.t dévissé .à.,1a fois ,4e... 1 ' éjner i lion à moteur et- de- 1.'élément JO qui se trouv-e immédiatement, en-dessous. 11-faut un étau" po'ur serrer le second élément pendant que 1!élément supérieur est enlevé. Ensuite, l'émerillon descend •/»* vient prise avec le second élément (qui est alors l'élément supérieur') et lève à nouveau la totalité de la tige de forage jusqu'à ce qu'il -.tteigne le sommet îe sa 35 course. A ce moment, lr- troisième 1-r rient est serré dans l'étau et le second est dévissé de l'amerilien et du troisième élément. Ce processus se répète jusqu'à ce que la totalité des éléments de la tige de forage aient été démentes. La présente invention concerne un accessoire du mécanisme de -40- -!■'• émerill&n à -moteur- -permettant- de dévisser autQmafci-CB3e.ment .les ^ ' ' bad original 70 18504 2043610 éléments vissés et voisina. de la-tige de "forage, en évitant de le faire à la main. . . :En conséquence, la présente invention concerne un ensemble de pince serrant et relâchant sélectivement une tige de forage, 5 cet ensemble comprenant- : tin, élément de.montage- destiné à être disposé au voisinage d'une tige de forage sans venir -en contact avec celle-ci, au moins un élément pivotant^monté sur l'élément de montage et tournant autour d'un axe de pivotement, une partie de serrage de la tige de- l'élément pivotant étant espacé de l'axe de 10 pivotement et venant réïT contact... avec la. tige lorsque l'élément pivotant tourne dans"un premier sens '■'""D'autres avantages .et 'caractéristiques de la présente invention rës'sortiroiit:-au" cours de la de&eription détaillée qui va sui-* vrè faite en "regard" des dessins annexés qui donnent à titre expli-20 éatif mais' -nullement limitatif, une forme.- de réalisation conforme à l'invention. - ■ '• •-: ■. • -, .- , ' ' Sur' ces dessins, •• - • - - • . la f igure 1 est.-une -vue schématique de neuf opérations successives effectuées pour*, enlever un. élément d'une tige de forage ; 25 '' la figuré -2 est une. vue latérale- de la pince suivant l'in vention ; ^ - •" *• la-figure 3' -est une .vu e. en -bout, de- la--pince de la figure 2, en régardâ-nt de--la-droite-vers la gauche j " là figure-'4-est une vue en coupe de_ la pince de la figure 2, 30 suivant là ligne 4-4 de - celle-ci.j et . . . " : la figure 5 éët une vuè en coupe partielle semblable à celle de"la figuré 4,' représentant l'un deseéléments de. cette figure à "~ "ttrië position"différente. - ■> 'r : ""La figuré l'représente d'une manière géagçflenles opérations "35" "successives- èiçéputees" pour enlever'un élépeat ,d,run^.,tig@ de fora-.... eruplusieurs. elements . " " gefi' Sur la"* f-igure- 1> " les positions-. sue&essiv^.. des elements sont u iiidiquëes 'par les lettres A-J, et - s ' exécutent dans l'ordre alpha- " bétïque. Sur la figure 1A la - .eo-l'ohne; 10 indique..,1a- glissière ou "J" "'' piste le-long d"ë -laquelle, peut se déplacer .verticalement un éme- 4o rillon 12 à 'moteur. La ligne-ifc représente une- tige, de forage bad original 70 18504 3 2043610 en plusieurs éléments et la partie-qui est visible sur la figure 1A est l'élément supérieur de la tige. L'élément supérieur de la tige de forage 14 descend dans trou foré 16 qui est en cours de forage sur la figure 1A. La ligne transversale 17 de la tige 14 5 indique le point où. elle est vissée sur un arbre rotatif 18 disposé en-dessous de l'émerillon 12. Un étau 20 est monté sur la colonne 10 et il est représenté par une enclume et une pointe, qui toutes les deux sont dessinées schématiquement. La pince selon l'invention est représentée en 22 et elle comporte un prolongement vertical 23. 10 Le prolongement vertical est vissé rigidement sur un arbre annulaire 24 qui descend de l1émerillon 12 et qui tourne avec l'arbre 18. La ligne transversale 25 indique le point où le prolongement vertical 23 est vissé sur l'arbre annulaire 24. La pince 22 comporte un dispositif de serrage qui a été repré-15 sente par deux flèches opposées sur la figure 1. Pendant"lropération de forage que lfon voit sur la figure 1A, les flèches qui se trouvent à l'intérieur de la pince 22 sont représentées espacées de la tige de forage 14, cette dernière étant entièrement libre et ne venant pas en contact avec la pince 22, à ce moment. Sur la fi-20 gure 1A, au-dessus de lrémerillon 12, la lettre R est entourée par line flèche tournante qui indique le sens de rotation de la pince, observé du dessus et en regardant vers le bas» C'est ainsi que sur la figure 1A, l'opération de forage implique une rotation continue dans le sens des aiguilles d'une montre de lrarbre 18, de la tige 25 14 et bien que cela n'ait pas d'importance à ce moment, de la pince 22. On suppose maintenant que l'opération de forage est achevée et que l'émerillon 12 a cessé de faire tourner- la tige 14. Sur la figure 1B, la tige 14 a cessé de tourner,-, et l'étau 20 serre fer->0 mement l'élément supérieur de celle-ci. Sur la figuré 1C, 1'émeri1-lon 12 à moteur tourne d'une fraction de tour en sens inverse des aiguilles d'une montre, et le mouvement rompt la liaison vissée serrée entre l'élément supérieur de la tige 14 et- l'arbre 18. La liaison vissée qui est desserrée mais qui existe encore entre l'élément 35 supérieur de la tige et l'arbre 18 est représenté sur la figure 1C par deux lignes transversales horizontales reliées par des crochets. 11 s'ensuit que bien qu'il soit possible de faire tourner l'arbre 18 par rapport à l'élément supérieur de la tige 14, les filets de ces éléments sont encore suffisamment en prise pour que lïélément 40 supérieur ne puisse être tiré verticalement à l'écart de 1'arbre 18. 70 18504 4 2043610 Au-dessus de l'émerillon 12 sur la figure K, le diagramme de rotation indique une fraction de tour qui commence au point de départ S et qui est arrêté en A. ■ Sur la figure 1D l'émerillon 12 ne tourne pas et l'étau 20 a 5 cessé d'être en prise avec la tige 14; Sur tout le reste de la figure 1 les références sont réduites- les plus—possible afin d'éviter toute confusion. Sur la figure 1E, l'émerillon 12 a été levé Jusqu'à l'extrémité supérieure de sa course ou près de celle-ci et il a tiré avec 10 lui toute la tige de forage 14,sur toute sa longueur, y compris tous.'.ses éléments, ;par le fait que le vissage entre l'élément supérieur de la tige 14 et l'arbre 18, Mes-que-n'étant plus serré, est suffisant pour porter le poidé de la-tige 14* L'émerillon 12 est ainsi -levé jusqu'ù- une position où la liaison vissée entre 15 l'élément supérieur de la tige et l'élemént inférieur suivant se trouve disposé au-dessus de l'étau 20. . _ Comme on le voit sur la figure 1F l'étau 20 est ensuite serré sur le second élément, tandis que le restant de l'appareil reste immobile. 20 ' Sur la figure 1G, un mécanisme décrit plus loin fait tourner à grande vitesse, d'une fraction de touç,..-la .pince 22 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre-etr amène les éléments de serrage de la pince en contact'étroit avec l'élément supérieur de la tige.- Dans le diagramme de rotation situé au-dessus de l'émerillon 25 12 sur la figure 1G, la rotation fractionnelle"commence en S et se termine en A. . . r" Sur la figure 1H, le dispositif de serrage de la pince 20 est en contact avec l'élément supérieur de, la tige?- et la pince 22 en continuant à tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre, . 30 fait tourner l'élément supérieur de la tige .par rapport au second élément. L'étau 20 empêchant ce second-.élément- de tourner, la liai-r-soû vissée entre les deux éléments est desserrée. Il est souhaitable à ce stade de. dévisser* complètement l'élément supérieur de l'élément qui se trouve en dessous. 35 Sur la figure 1J, la pince 22 tourne à grande vitesse d'une fraction de tourr cette fois dans le. sens des aiguilles d'une montre, pour dégager le dispositif de serrage de l'élément supériéur de la tige 14. Lorsque le stade représenté sur- la figure 1J a été —1 atteint, l'élément supérieur-pettt être maintenu--à la main tandis 40 que l'émerillon 12 à moteur dévisse complètement l'arbre 18. 70 18504 5 2043610 Comme on le voit sur la figure 2, la. pinGe 22 est représentée en vue latérale et un arbre cylindrique et ■ concentrique 28 d'un compartiment cylindrique inférieur 27 est disposé à la droite (vers le haut lorsqu'il est en service) du compartiment 27. L'arbre 28 5 est de préférence d'une seule pièce et on voit qu'il comporte des filets extérieurs 30 à ;son extrémité supérieure et une partie médiane agrandie et moletée 32. Le compartiment cylindrique 27 est disposé, d'une manière générale, entre une première paroi annulaire qui est fixée rigidement à l'arbre 28 et une seconde paroi annu-10 lai^/qui est fixée rigidement à la. première paroi annulaire Jk- au moyen de trois colonnes internes 38 ;qui sont représentées en coupe sur la figure 4 et qui-sont disposées perpendiculairement entre les deux parois 3^ et 35. , La figure 4 représente une vue. en coupe des éléments internes 15 du compartiment 27.. Deux broches pivots 40, espacées d'intervalles de 120° et disposées approximativement au centre entre la périphérie extérieure .41,et de la périphérie intérieure 42 des parois annulaires-34 et 35 sont disposées entre celles-ci,. Les périphéries intérieures 42 des parois 3^ et 35 coïncident avec la circonférence 20 -intérieure de l'arbre 28 à l'endroit•où il. est réuni à la paroi annulaire Jb. . . Trois éléments pivotants 44 sont montés et tournent autour d'axes de pivotement formés par -les axes des broches-pivots 40. Les formes et les dimensions des trois éléments ^pivotants 40 sont iden-25 tiques, ils fonctionnent, de la même manière et pour cette raison on se reportera à l'élément pivotant supérieur de droite 44 sur la figuré 4 "pendant tout le restant de la présente description. La sec- • tion droite de l'élément 44 a été représentée comme étant circulaire et bien qu'il soit, icommode de réaliser les éléments 44 sous la 30 forme de disques on se rend compte .-que" cette forme n'est pas essen-'■ tiélle pour- la présente invention. L'élément 44-, supporte une mâchoire de serrage 46-en un ..point qui est-espacé de l'axe de pivote-: ment constitué par l'axe, de- la broche 40. Comme on le voit sur la figure 4j l'emplacement particulier de la mâchoire 46 par rapport 35 à la broche.40 est tel que la mâchoire 46 se rapproche de la tige • de forage 14 lorsque l'élément 44 tourne en-sens, inverse des aiguilles d'une montre'par rapport h-la paroi annulaire 355 et qu'elle"s'écarte de la. tige 14 lorsque l'élément 44 tourne dans le sens des aiguilles-d'une montre par rapport à la paroi 35- 40 tin élément cylindrique à inertie ou volant 48 dont la surface 70 18504 6 2043610 extérieure est visible sur la figure 2,et dont une vue en coupe est visible sur la figure 4, est monté par rapport aux deux parois 34 et 35 de-manière à se déplacer d'un mouvement libre et indépendant. L1élément 48 est pourvu de trois fentes allongées tangentiel-5 lement 50 disposées à trois emplacements espacés de 120"° les uns des-autres, et chaque élément pivotant 44 comporte une broche 52 dirigée vers l'extérieur qui traverse l'une des fentes 50 et dont la tête 53 de son extrémité éloignée présente des dmmensions l'empêchant.. de traverser la fente 50. Les relations mécaniques entre 10 la tête 53 et-la fente 5,0; sont, clairement visibles sur la figure 2. ■ L'élément 48 est très .lourd et sort inertie est utilisée pour déplacer ,les broches 52 dans un sens ou dans l'autre, de manière -à faire tourner les mâchoires 46 soit pour les serrer sur la tige -de' forage-14 soit pour les en dégager. 15 ' En se reportant particulièrement aux figures 4 et 5» la pince * . aU stade-représenté sur la figure 1G où les mâchoires 46 basculent '■vers l'intérieur et serrent étroitement la tige de forage 14, fonc-tienne-comme suit * Sur la figure 5* seul élément pivotant de la pince a été représenté.- La figure:5 représentera position de l'é-20 -■ lément 44- pendant tous les stades rëprésentés par les figures 1A ' à' 1F. II. convient d'observer que la mâchoire 46 n'est pas en contact avec la tige-l4. La rotation fractionnelle à grande vitesse ; effectuée par l'.émerillon 12 qu'on,voit au-dessus de la figure 1G ' fait-déplacer brusquement-la paroi. 35. dans la direction de la flè-25 che T sur* la -figure 5- Bien entendu, la broche 40 subit également ce mouvement rapide. Cependant la. tige 14 qui a ce moment est vissée -sans serrage sur l'arbre. .18, ne tourne pas. De plus, l'élément 48, ' du fait de son inertie élevée, ne tourne pas" initialement avec - -■ . la paroi 35 - à. moins , qu'il n1 occupe.déjà la position qu'on voit sur 30 la figure 5> dans; laquelle .le bord supérieur gauche de la fente 50 est en contact avec la broche.52 et cette dernière ne peut continuer à se déplacer vers la droite (dans le sens "des aiguilles d'une montré autour de la broche 40), la • tête 53 se coinçant contre les 'bords longitudinaux de la fente 50-. Si l'élément 48 n'occupe pas 35 là position représentée sur la--, figure ,5*.il reste immobile jusqu'à - ce qu'il-ait atteint la position de la figure 5 et à ce moment une '• forte impulsion dirigée- en sens inverse des aiguilles d'une montre : - ' est transmise à l' élément 48 qui commence à tourner dans le sens inverse dés aiguilles d'une montre à la. même vitesse que la paroi 40 35. La pince et par suite la paroi 35 sont alors arrêtées brusque- 70 18504 7 2043610 ment, d'où il s'ensuit que la broche 40 s'arrête également brusquement. L'élément à inertie ou volant 48, continue cependant à tour-nér en sens inverse des aiguilles d'une montre, comme représenté par lesflèchesP sur la figure 4, et ce mouvement de rotation qui se 5 poursuit amène rapidement les bords extérieurs des fentes 50 en contact avec les broches 52, les éléments pivotants 44 tournant à grande vitesse en sens inverse des aiguilles d'une montre et serrent les mâchoires 46 contre la surface extérieure de la tige 14. Une fois que les mâchoires 46 ont ainsi été bloquées contre la sur-10 face de la tige 14, l'émerillon 12 à moteur peut continuer à tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre, à ce moment avec une vitesse plus faible, jusqu'à ce qu'on ait obtenu le dévissage voulu (voir figure 1H). Comme indiqué plus haut, il est souhaitable que cette rotation lente en sens inverse des aiguilles d'une montre 15 se poursuive «jusqu'à ce que l'élément supérieur et l'élément inférieur suivant aient été complètement dévissés,» Après que le joint entre le premier et le second éléments a .été complètement dévissé, les mâchoires 46 peuvent être dégagées-de la surface extérieure de la tige 14 en utilisant l'inertie du. volant 48,- de la même manière 20 que précédemment, mais en sens opposé. Crest-à-dire que la pince tourne d'une fraction de tour dans le sens-.des aiguilles d'une mon-.tre, a une vitesse très élevée, (en entraînant" avec elle l'élément supérieur dè la tige 14), et en donnant une impulsion dirigée dans_ le sens des aiguilles d'une montre au volant 48. Lorsque la pince 25 cesse brusquement de tourner dans le sens des aiguilles d'une" montre, lé volant 48 continue à tourner et vient rapidement en contact avec les broches 52 ^ les éléments pivotants 44 tournant dans le sens des"aiguilles d'une montre et séparant les mâchoires 46 de la surface de la tige' 14. Cette dernière succession d'opérations n'a yo pas été représentée en détail car elle est évidente d'après la description du serrage des mâchoires 46 sur .la tige 14 qui est représenté sur la figure 1G. ■ Il est avantageux de prévoir un dispositif de poussée à bascule et "décentrement, maintenant les têtes- 53 à. l'une ou l'autre de 35 leurs positions limites et ce dispositif a été. représenté sur les figures 2 et 3. Un prolongement.55 de chacune des têtes 53 traverse la paroi 34 et porte un élément pivotant 56 auquel est fixée une première, extrémité d'un ressort de compression hélicoïdal 58. L'autre extremité de chaque ressort 58 est fixée à une saillie éO-m 40 tée sur la paroi 34. La fixation de ressort 58 sur la saillie 60 70 18504 8 2043610 est telle qu'elle permet au ressort d'osciller sur un arc limité lorsque la tête 53 se déplace d'un mouvement de va-et-vient entre ses deux positions limites représentées en trait plein et en pointillé sur.la figure 3. Chacune des saillies 60 est disposée, d'une 5 façon générale,entre sa tête 53 et un point 62 qui indique l'axe autour duquel tourne l'élément 44 qui porte la tête 53. En disposant la saillie 60 à des distances .approximativement égales des deux positions limites de-la tête 53, on obtient, un effet de bascule ou de décentrement analogue à celui d'un interrupteur"tumb 1er", 10 la longueur du ressort de compression 58 étant maximale lorsque la tête 53"se trouve à l'une ou l'autre de ses positions limites et sa longueur étant minimale lorsque la tête, 53 se trouve à mi-chemin entre ses deux positions limites. Il convient d'indiquer que bien que trois éléments pivotants 15 44 aient été prévus dans le mode de réalisation représenté sur les dessins, la présente invention pourrait" fonctionner s'il n'y avait -qu'un seul élémënt -pivotant munir d'.une^mâehoire, capable de serrer • ' la' surface de la tige de. forage ■ 14.. . : Il est évident., . de plus, que bien gué. l-/ on; ait,, représenté une 20 forme particulière d'élément à Inertie ou de volant 48, on pourrait imaginer un certain nombre1 d'autres constructions différentes en particulier pour cet élément.. Par exemple, on pourrait utiliser un élément à'inertie séparé pour ..chacun des éléments, pivotants 44. A -■ nouveau l'élément à inertie ou. volant 48, au lieu d'être monté à 25 l'extérieur des éléments 44 pourrait être monté à l'intérieur de ceux-ci. D'un tel modèle il s'•ensuivrait .que le: serrage des mâchoires-46 sur "là tige "14 entraînerait ung rotation -fractionnelle rapide de' la pince dans le sens opposé par rapport à celui représenté et' décrit plus haut. • .. 30 " ' Il "va de soi que la présente invention n' a été décrite et représentée qu'à titre explicatif--mais nullement. limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes ;sa"ns sortir de son cadre. 70 18504 REVENDICATIONS 1. Pince serrant et relâchant sélectivement une tige de forage, caractérisée en ce qurelle comprend un élément de montage destiné à être disposé au voisinage avec une tige de forage sans ve-5 nir en contact avec celle-ci, au moins un élément pivotant monté sur lîélément de montage et tournant autour d'un axe de pivotement, une partie de serrage de la tige de l'élément pivotant étant espacée de l'axe de pivotement et se rapprochant pour venir en contact avec la tige de forage lorsque lrélément pivotant tourne dans un premier 10 sens par rapport à l'élément de montage et s'écartant de la tige de forage lorsque l'élément pivotant tourne dans l'autre sens, un élément à inertie pouvant se déplacer par rapport à î'Taxe de pivotement et faisant déplacer tangentiellement une partie de l1élément pivotant autour de îraxe de pivotement. 15 2. Pince suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de montage est annulaire et comporte une ouverture centrale dans laquelle se loge la tige de forage sans venir en contact avec celle-ci, l'élément pivotant étant monté de manière à tourner dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tige, lîélément à iner-20 tie étant annulaire et étant disposé "de manière à' enfermer la tige de forage et l'élément pivotant, ladite partie. de' l'élément pivotant s'écartant d'une manière générale de la tige de forage en traversant une ouverture de"1*élément à inertie, une variation brusque de la vitesse de' rotation de lrélément de montage annulaire 25 se traduisant par une rotation relative entre lrélément de montage et l'élément à inertie faisant déplacer tangentie1lement ladite partie de l'élément pivotant autour de lTaxe de pivotement. 3. Pince suivant la revendication 2, caractérisée en ce quf elle comporte / éléments pivotants espacés d'intervalles de 120° autour 30 de l'élément de montage, chaque élément comportant une partie traversant une ouverture correspondante de l'élément à inertie. 4. Pince" suivant la revendication 3, caractérisée ea ce qu'un arbre coaxial'prolongeant l'élément de montage annulaire est destiné â être fixé, en le vissant, sur un émerillon à.moteur d'un appa- 35 reil de forage, la pince comprenant de plus un second élément de montage annulaire espacé du premier, sur son côté qui est éloigné de l'arbre coaxial, un dispositif fixant rigidement le second élément de montage sur le premier, l'élément à inertie étant maintenu librement entre- les éléments de montage annulaires et les éléments 40 pivotants étant montés entre ceux-ci. "fil 2043610 5. Pince suivant la revendication 2? caractérisée en ee qu'elle comporte un dispositif de poussée, à 'bascule et à décentrage, qui est destiné à pousser ladite partie de l'élément pivotant soit dans un premier sens pour maintenir la partie de serrage en contact avec 5 la tige de forage soit dans l'autre sens pour maintenir la partie de serrage à l'écart de la tige de forage. 6. Pince suivant la revendication 5, caractérisée en ce qvJuîi arbre coaxial prolongeant l'élément de montage annulaire est destiné à être fixé en le vissant' sur un émerillon à moteur d5un appa- 0 reil de forage, la pince comprenant de plus un second éléaient de montage annulaire sur son côté qui est éloigné de l'arbre eoaxial, , un dispositif fixant rigidement le second élément de montage annulaire sur le premier, l'élément à inertie étant siaintenu librement antre les.éléments de montage annulaires et trois éléments pive-- 5 tants espacés d'intervalles de 120e' étant disposés entre les éléments de montage annulairej une partie de chaque élément pivotant traversant une ouverture correspondante de l'élément à inertie.