Brevet FR2117753A1 — publié le 19720728

La présente invention se rappcrte è un ensemble translateur destins à la manipulation tiges de forage à l'intérieur d'un derrick monté à bord d'un bateau exécutant un "'-rage en mer. Il est évider.t a l'homme de l'art qu'il n'est pas possible de manipuler les r tiges de forage, et plus particulièi'ement les tiges triples, au sein d'un derrick installé à dora d'un bateau en cours de forage en mer dans les mêmes conditions que dans un derrick installé à poste -Fixe à terre ou sur une plateforme immobile liée au sol. L'influence bien connue du vent se conjugue ici aïs* mouvements de ro'ulis et de tangage imprimés par la i^Tblu et les vaguas pour entraîner tout élé-■jij ment triple de tiges de forae-; an cours de déplacement en dehors de la destination prévue. Il est donc évident à l'homme de l'art qu'un équipement conçu pour dépla--cer des éléments triples :ie tiges de forage au sein d'un derricK installé à bord d'un bateau ne peut pa^ se contenter soutenir ces tiges au bout d'un câble mais qu'il doit assurer une liaison oilatérale constante et rigide entre le derricK ■jg et l'élément en .Mauvemanl, Il est également évident que cette liaison bilatérale doit être assurée à partir du moment où l'élément triple est rendu libre jusqu'au moment où il est à nouveau assujetti si: ce quel que soit son déplacement, qu'il soit vertx^al ou horizontal. Enfin il est évident à l'homme de l'art que l'élément de tiges triple doit être tionu •'.rrr-t-ment au moins par deux points pour éviter tout 2Q mouvement île rotation intempestif, tînfin il est évident qu'un stockage vertical au sein d'un derrick en mer ne p-2uc être que purement exceptionnel (mer calme) ou accidentel {avarie au système de stockage horizontal). Un uquipemenc translateur doit donc être un mesure d'assurer pendant tout déplacement a'un élumem: de tiges triple, une .liaison bilatérale permanente per-25 mettant de prélever ou an déposer les tiges .u-aessua du train de sonde s.ur le tooi-joint ue ce dernier et ue déposer normalement las tiges au point d'où un chariot de transfei't Jes prélève pour les cioposur en position horizontale s accessoirement l'ensemble translateur doit permettre de déposer les. tiges en un point de reprise en vue d'un stockage vertical provisoire dans le derrick. 3Q !rri outre un tt;i dispositif doit être aussi léger que possible afin de ne paa surcharger la structure ou derricK. On voit un tiOriSEaquence uuo les conditions auxquelles doit répondre un tel RnseiiiL.le traiiSJoteuv suni coîitraai-A~>l\es : la rigidité dans la tenue d'un élément ÏoïiS gt. jnuici caimie uri jeu de trois tiges impliqua uns grande robustesse dans le 3$ transit .ciu" ut une structure massive, l'aptitude a exécuter aes opérations corn-pjFX.er-; hd cJf.r. poii:l"s éloignés les uns des autres implique un appareil présentant a.-i grar. j volume , ces deio- facteurs contredisent l'impératif de légèreté imposé â i'c-ppareil. Les inventeurs oni cependant cherché à concilier ces différents farceurs en ayant recours à des mouvements composés. 40 L*ofc.iet --js i'invention est Jonc un er'.cTible translateur- automatique pour de;r- BAD ORIGINAL 70 45175 2117753 rick construit à bcrd d'un bateau en vue du forage en mer permettant à l'intérieur du derricK le déplacement d'un élément multiple de tiges de forage maintenu dans une position sensiblement verticale, du puits vers un chariot de transfert ou vers un point de reprise en vue du stockage vertical éventuel et vice-versa, par des 5 mouvements successifs et enchaînés de montée ou de descente, de translation et de rotation au cours desqupls l'élément manipulé est maintenu en permanence par au moins deux pinces, comprenant trois translateurs disposés verticalement, le translateur inférieur, le translateur intermédiaire et le translateur supérieur, caractérisé en ce que les trois translateurs sont dotés chacun d'une tourelle de rota-1q. tion, en ce que dans le translateur intermédiaire et dans le translateur supérieur lesdites tourelles de rotation peuvent être entraînés en translation radiale par un chariot monté sur une charpente fixb liée au derrick et en ce que dans le translateur intermédiaire, la pince est supportée par un chariot coulissant verticalement le long d'un bras porté par le chariot de translation radiale. 15 On conçoit aisément qu'avec un tel ensemble de translateurs il soit possible de saisir un élément triple cie tiges en tout point utile du derricK en utilisant des portées réduites et en limitant au minimum la longueur des trajets que vont effectuer les éléments transportés grSce à une combinaison judicieuse de mouvements de rotation et de translation. 20 On peut enfin donner au bras supportant la pince la possibilité de coulisser par rapport à sa tourelle de rotation. Pour simplifier les diverses manoeuvres et la construction des. translateurs, il a paru préférable dans certains cas de confier le poids de la charge de l'élé-ment triple de tiges à un seul translateur, les autres translateurs se contentant 25 dans ce cas d'interdire la rotation des éléments de tiges autour d'axes autres que l'axe de symétrie de celles-ci. Pour des raisons de simplicité, le translateur intermédiaire remplit souvent cette fonction, la pince peut alors saisir l'élément à la base d'un des deux tool-joints disponibles. Les mâchoires des pinces sont alors munies de galets de roulement. La tige inférieure de l'élément triple 30 peut alors être dévissée ou vissée sans inconvénient par rapport au dernier tool^ joint du train de sonde. Pour assurer au cours de ces opérations une commande ferme et précise, les • dispositifs mis en oeuvre sont de préférence des vérins à commande hydraulique, mais il est évidemment possible sans sortir du cadre de l'invention d'utiliser des 35 moteurs électriques ou tout autre moyen équivalent. L'invention sera mieux comprise si l'on se reporte à une réalisation citée à titre d'exemple, nullement limitatif dans laquelle i - la figure 1 indique l'implantation des translateurs, - la figure 2 est une coupe exécutée à la hauteur du translateur supérieur, 40 - la figure 3 est une élévation du chariot intermédiaire. 70 45175 2117753 - la figure 4 est une coupe partielle suivant BB du translateur intermédiaire, - la figure 5 est la coupe complète du même translateur suivant BB et, - la figure 6 est un schéma décrivant la manutention d'un éléments triple de tiges. Sur la figure 1 on voit le derricK 1 représenté par son contour extérieur et 5 .l'axe du puits 2, De haut en bas on distingue les trois translateurs, le translateur supérieur comprend une pince 10 au bout d'un bras horizontal 11 supporté par une tourelle 12 elle-même mobile sur un chariot horizontal 13 qui peut être entraîné en mouvement de translation par rapport à une charpente 14 liée au derricK. Le translateur intermédiaire comprend une pince 20 mobile suivant un axe 10 vertical par rapport à un bras 21, lui-même entraîné en translation horizontale par rapport à une tourelle 22. La tourelle peut tourner à droite et à gauche de plus 9G"1 par rapport à un chariot principal 23 mobile lui-même par rapport à la charpente 24 liée de façon fixe au derricK. Le translateur inférieur comprend une pince 30 au bout d'un bras horizontal 15. 31 supporté lui-même par une tourelle 32 pouvant tourner par rapport à un échaffau-dage 34. La figure 2 est une coupe de la figure 1 suivant M, On reconnaît en 10 la pince et le bras 11 ainsi que les glissières 15 du chariot 13 sur la charpente. 14. La figure 3 permet de se faire une idée plus précise du translateur intermé-20 diaire. On reconnaît les pinces 20 tenant un élément triple de tiges 25 en dessous du tool-joint 26. Les mâchoires de la pince s'ouvrent et ae ferment lors du déplacement d'un galet 27 à l'intérieur d'une came 28 sous l'action d'un vérin 29. La pince est entraînée en mouvement vertical par un chariot vertical 40 dont elle est solidaire j grâce à deux galets de roulement 41 et 42 ae déplaçant le 25 long d'un chemin de roulement 43 aménagé dans la partie verticale du bras 21, la pince 20 et le chariot 40 dont elle est solidaire, sont entraînés en mouvement sous l'action de la tige 44 d'un piston 45. Le bras 21 est une pièce coudée qui comporte une partie verticale qui vient d'être décrite et une partie horizontale 46. Un déplacement de la partie horizontale 46 du bras par rapport à la tourelle 22 en-30 traîne en mouvement l'élément triple soutenu par la pince 20 solidaire de la partie verticale du bras 21. Une telle translation s'effectue au moyen des galets de roulement du bras 48 et 49 par rapport à la tourelle 22. Ce mouvement étant guidé par le galet fixe 50 de guidage du bras. Cette translation est commandé par le vérin 51 lié au bras tandis que son piston 52 prend appui sur un point fixe 53 lié à la 35 tourelle 22. Enfin lors de son déplacement vers l'élément triple de tiges, le mouvement du bras est guidé par le centreur 47. La tourelle 22 peut tourner sur son pivot 54 grâce à deu* vérins de rotation 55 et 55'. Cette tourelle est suceptible d'être entraînée à son tour en mouvement par le déplacement du chariot 23 roulant grâce à des galets tels que 56 et 57 aur 40 un chemin de roulement 58 fixé sur la charpente 26 liée au derricK- En définitive 7045175 • 2117753 les divers mouvements possibles sont les suivants : - ouverture et fermeture de la mâchoire grâce au vérin 29, - montée et descente de la pince 20 le long de la partie verticale du bras grâce au vérin 45, 5 - translation horizontale du bras par rapport à la tourelle 22 au moyen du vérin 51, - rotation de la tourelle 22 par rapport au chariot horizontal 23 grâce aux vérins 55 et 55', - translation du chariot 23 sur le chemin de roulement 58 lié à la charpente 26 30. grâce à un moteur 59. Lorsque le translateur intermédiaire amène l'élément triple de tiges vers le chariot de transfert prélevant l'élément triple en position verticale pour le stocker en position horizontale, le déplacement final du translateur est guidé par un déflecteur 65 solidaire dudit chariot. Le translateur prend alors appui sur le dé-35. flecteur 65 par l'intermédaire de roulettes 47' et 47". La figure 4 représente une vue agrandie d'une coupe du chariot vertical suivant BB ainsi que de la partie verticale du brss. Elle fait mieux comprendre les deux mouvements essentiels d'ouverture de la pince et de la translation verticale du chariot vertical par rapport a la partie verticale du bras. 20 On reconnaît en 21 les flasques de la partie verticale du bras, en 29 la coupe du vérin de commande de la came d'ouverture et de fermeture des pinces, en 28 et 28' la came de déplacement des galets 27 et 27'. Lorsque les deux chemins de roulement des galets 27 ët 27' se rapprochent, les mâchoires 20 et 20' pivotent autour de l'axe 60 et s'écartent pour laisser libre l'élément triple 25. On voit 25 par ailleurs que les galets 61, 62, 63 et 64 permettent une rotation de l'élément triple autour de son axe longitudinal en vue d'autoriser le vissage et le dévis--sage de l'extrémité du tube sur le tool-joint du train de sonde. On reconnaît également sur la figure 4 une coupe du flasque du chariot vertical 40 et le galet 41 du chariot vertical. En face du centreur 47 et de son galet 30 47', on a représenté en tireté le déflecteur 65 du chariot opérant le transfert de l'élément triple de la position verticale a la position horizontale. Les galets 47' et 47" prennent contact avec la rampe du déflecteur 65 et amènent ainsi l'élément triple de tiges à sa position précise pour son chargement sur le chariot opérant le transfert. 35 La figure 5 représente la coupe complète suivant BB. En plus de la tige tri ple 25 tenue par la mâchoire 20, libre en rotation grâce aux galets tels que 61, des galets 27 permettant l'ouverture de cette mâchoire dans le chariot vertical 21, on reconnaît la tourelle 22, le chemin de roulement des galets 48, 48' 49, 49' du mouvement du bras par rapport à la tourelle 22. Pour simplifier le dessin 40 on n'a pas fait figurer le centreur 47 ni les galets 47' et 47" de ce centreur. On 70 45175 2117753 voit par contre le pivot 54 de la tourelle 22 ainsi que les vérins 55 et 55' commandant la rotation de la tourelle. Enfin on distingue le chariot horizontal principal 23 et son moteur 59. La figure 6 est un schéma représentant dans un plan horizontal les différen-5 tes positions qu'occupe la pince 20 au cours de la manipulation d'un élément triple de tiges entre le puits et le chariot de transfert chargé d'amener les tiges en dehors du derricK en position horizontale de stockage. Le point 72 est l'axe du puits et la position 75 est la position d'escamotage de la pince. La position 74 est la position de chargement de l'élément triple sur le chariot de transfert. 30 La figure 6 permet de mieux comprendre l'enchaînement, des opérations de manu tention d'un élément triple de tiges entre le puits et le chariot de transfert au moyen du translateur intermédiaire et du translateur supérieur. Le translateur inférieur n'intervient en effet que dans l'opération de transfert d'une masse tige entre le puits et un point de stockage vertical. 35 L'enchaînement des opérations peut être décomposé en seize opérations élémen taires enchaînées et même effectuées simultanément dans certains cas. Ces opération sont les suivantes : 1 ---Montée du train de sonde accroché à un élévateur [ne faisant pas l'objet de ce brevet). 20 2 - (Opération simultanée). Les deux pinces des translateurs supérieurs et inter-> médiaire vont de la position d'escamotage 75 à la position d'attente 71. 3 - Pose sur cales de l'élément triple en laissant une tension résiduelle en vue de garder l'élément triple en extension. 4 - Les pinces avancent à grande vitesse de la position d'attente 71 à la position 25 72 au moyen du chariot 23. Le bras 21 continue le mouvement à petite vitesse jusqu'au moment où le triple est engagé dans la pince. 5 - Fermeture des pinces [opération très rapide). 6 - La pince revient en position 72. Cette course de faible amplitude s'effectue par un retrait du bras en un temps très court. 30 7 - Uuverture de l'élévateur - L'élément triple n'est désormais guidé que par le translateur intermédiaire. 8 - Retrait et descente du moufle - L'exécution de cette mesure n'entrave pas les deux opérations suivantes qui sont le plus souvent exécutées simultanément- 9 - Dévissage de la garniture après mise en place des bras guide inférieurs empê-35 chant le tool-joint de se déporter immédiatement après le dévissage. 10 - Mise en contact des pinces 20 avec le tool-joint. Les pinces du translateur intermédiaire effectuent ce mouvement de montée en deux temps : 101 - montée à vitesse élevée jusqu'à détection du tool-joint, 102 - montée à vitesse lente pour prise en charge de l'élément triple entrai-40 nant le dégagement et le soulèvement de l'élément triple- 70 45175 2117753 11 - Rotation du bras de 72 en 73 - Cette opération est exécutée par la rotation de la tourelle entraînée par les vérins 55 et 55'. 12 - Avance des bras de 73 "en 74 - Cette avance comporte une première partie à pleine puissance jusqu'au moment où l'un des galets 47' ou 47" entre en contact g evec la rampe du déflecteur 65 du chariot de transfert. Une diminution de la pression d'huile sur les vérins commandant la rotation et le vérin commandant le mouvement du bras limite l'effort exercé sur le chariot. On amène ainsi l'élément triple en position précise par rapport au chariot en éliminant l'influence des jeux et des déformations produits par l'effet de la houle sur tous les éléments en présence. 13 - Fermeture des pinces du chariot après dépose de l'élément triple sur le chariot„ 14 - Ouverture des pinces du translateur. 15 - Retrait des pinces de 74 en 73 par coulissement du bras. 16 - Mise de l'ensemble translateur en position d'escamotage 75 pour dégager le passage de l'élément triple lié au chariot de transfert au cours de son mouvement descendant de la position verticale à la position horizontale. On conçoit clairement-sans qu'il soit nécessaire de les décrire les opérations inverses effectuées par les translateurs lors du transport des tiges triple de 20 leur lieu de stockage vers le puits de sondage. 70 45175 2117753 REVENDICATIONS 1/ - Ensemble translateur automatique pour derricK construit à bord d'un bateau en vue du forage en mer permettant le déplacement à l'int&rieur du derricK, d'un élément multiple de tiges de forage, maintenu dans une position sensiblement verticale, du puits vers un chariot ae transfert ou vers un point de reprise en vue 5 du stocKage vertical éventuel et vice-versa par des mouvements successifs et en-chaînés .de montée et de descente, de translation et de rotation au cours desquels l'élément manipulé est maintenu en permanence par au moins^deux pince:, comprenant trois translateurs disposés verticalement, le translateur inférieur, le translateur intermédiaire et le translateur supérieur, caractérisé en ce que les trois 10-translateurs sont dotés chacun d'une tourelle de rotation» en re que dans le translateur intermédiaire et dans le translateur supérieur lesdite 2/ - Ensemble translateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pince de chaque translateur est supportée par un bras horizontal qui peut coulisser, par rapport à la tourelle correspondante. 3/ -- Ensemble translateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que 20 le bras vertical et le bras horizontal du translateur intermédiaire sent solidaires. 4/ - Ensemble selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la pince du translateur intermédiaire est dotée d'un élément centreur permettant une préhension plus précise de l'élément multiple de tiges. 5/ - Ensemble selon les revendications 2, 3 et 4 caractérisé en ce que l'élément 25 centreur porte à son extrémité des galets destinés à entrer en contact avec un élément de guidage du chariot de transfert.