Brevet FR2109014A1 — publié le 19720526

• La présente invention concerne un dispositif de manutention automatique prélevant dans un derrick des tiges de forage ou de groupes de tiges de forage en position verticale, les restituant en position horizontale à un moyen de transfert vers leur lieu de stockage et permettant dans les mêmes conditions ^ l'opération de transfert inverse. La présente invention, très utile lors d'un forage très profond, trouve cependant son plein emploi dans-tous les forages en mer exécutés à partir d'un navire ou d'une plateforme flottante soumise au moins partiellement à des mouvements d'oscillation provoqués par la houle. Dans ce cas si les tiges sont 10 stockées verticalement sur un râtelier vertical à-l'intérieur du derrick, elles sont susceptibles d'exercer sur ce dernier des contraintes latérales excessives dès que le support flottant est soumis à des oscillations présentant une certaine amplitude. En outre pour des raisons de rapidité de montage, les tiges sont en général stockées en triple longueur, de sorte que leur stockage vertical peut modifier sensiblement la position du centre de gravité de la masse flottante et diminuer par là la stabilité du navire. Il s'avère ainsi nécessaire de procéder, à chaque opération de remontée d'un train de tiges, à un stockage provisoire horizontal de ces tiges en dehors du flerrick. Pour éviter tout entassement même provisoire de tiges sur un râtelier vertical dans le derrick, il est évident que 20 le transfert des tiges doit s'effectuer à une cadence égale à la padence d'extraction des triples longueurs de tige par le moufle du derrick. Dans ce qui va suivre, nous désignerons sous le nom de plan horizontal un plan parallèle au pont du navire et la direction perpendiculaire à ce plan sera la verticale. 25 Le transfert des tiges de la position verticale à la position horizontale pourrait être exécuté très simplement en suspendant le train de trois tiges à un câble relié à un treuil, mais un tel moyen ne réalise qu'une liaison unilatérale entre le groupe triple et le bâti, il est donc inadapté à un transfert à bord d'un bâtiment soumis à des oscillations. Il à donc parù nécessaire à l'homme de l'art de lier ce groupe de trois tiges à une poutre relativement rigide , et de réaliser une liaison bilatérale entre le groupe triple et la poutre, elle-même soumise à un déplacement limité parfaitement défini. Les diverses solutions mises en oeuvre et connues de la Demanderesse ne donnent cependant pas entière satisfaction à l'utilisateur. En effet les solutions retenues se ramènent essen-35 tiellement à deux types : dans la première d'entre elles, le groupe des trois tiges mis en place verticalement dans un plan passant par l'axe du derrick à la périphérie de ce dernier est lié à une poutre basculante verticale qui pivote dans le plan médian du derrick autour d'un axe horizontal, de sorte que la poutre amène le groupe de trois tiges de la position verticale à la position horizontale et vice-versa par rotation autour de son axe horizontal inférieur. Un transfert 70 39317 2 2109014 par poutre basculante présente entre autres l'inconvénient d'exiger une grande ouverture (de la hauteur de la tige triple] dans le derrick ce qui l'affaiblit fâcheusement. Dans-le deuxième type de solution possible, on lie la tige triple à une * ® poutre munie de deux dispositifs de guidage, l'un d'entre eux essentiellement vertical amène la tête de la tige triple de sa position haute au niveau de la base du derrick par un déplacement vertical tandis que l'autre extrémité de la poutre décrit un chemin horizontal se terminant à proximité du derrick par une rampe. Un tel dispositif présente cependant de multiples inconvénients. Le premier ^ réside en De que le centre de gravité de l'ensemble suit un trajet très éloigné de la ligne droite. Il en résulte que le moteur d'entraînement de la poutre est amené à fourrïir un travail très irrégulier. Le transfert devant être effectué en des temps inférieurs à 30 secondes, la puissance maximale à exiger du moteur devient très impartante. Le second inconvénient réside dans le fait qu'un déplacement ^ de la poutre du genre décrit ci-dessus conduit une partie de la colonne triple de tige à passer dans le plan médian du derrick interrompant pendant un certain temps le travail du -moufle principal du derrick. Ce dernier inconvénient peut toutefois être évité en effectuant le transfert dans un plan s'écartant de façon notable de l'axe du derrick. Il est alors nécessaire de faire subir au train des trois 20 tiges verticales une opération supplémentaire de centrage. En outre, les deux solutions de transfert connues de laDemanderesse amènent l'extrémité des tiges en position horizontale à 1'intérieur du derrick, ce qui entrave le travail autour de la table tournante. Enfin, le stockage horizontal des tiges sous le derrick présente des difficultés en raison de l'existence d'une-25 infrastructure liée au derrick. Il est alors nécessaire de faire subir aux tiges horizontales une nouvelle translation pour les éloigner du pied du derrick, conduisant à une nouvelle perte de temps. La Demanderesse a- donc été conduite à rechercher une solution au problème du transfert d'un train de trois tiges mises en place en position verticalen on un point précis du derrick vers une position horizontale bien déterminée où le groupe de trois tiges est pris directement en charge^par un premier moyen de stockage. L'objet de l'invention est donc un dispositif de transfert automatique de tiges de forage ou de groupes de tiges de forage de la position verticale à 35 l'intérieur du derrick à la position horizontale à une certaine distance de celui-ci et vice-versa, comprenant un chariot sur lequel sont fixés les organes de préhension automatique desdits groupes de tiges de forage, des moyens de roulement liés aux deux extrémités du chariot, un ensemble de guidage constitué par une charpente reposant en deux points sur un plan dit "plan horizontal" lié à 40 la" base du derrick, raccordée à sa partie supérieur au derrick, supportant 70 39317 2109014 deux paires de rails guidant les moyens de roulement du chariot, une paire supérieure guidant l'extrémité haute du chariot et une paire inférieure guidant l'extrémité basse du chariot caractérisé en ce que la paire supérieure de rails de guidage se raccorde avec le plan horizontal par une portion rectiligne faisant 5 avec ledit plan horizontal un angle compris entre 30 et 45°. Dans la majeure partie des constructions réalisées par la Demanderesse, la paire de rails de guidage supérieure est constituée par deux portions de droite raccordées entre elles par une courbe à grand .rayon de courbure ; la portion de droite supérieure est sensiblement verticale. 10 La paire de rails inférieurs est en général contenue dans un plan horizontal Dans certains cas ces rails peuvent comporter cependant dans la partie la plus proche du derrick un élément de courbe à concavité tournée vers le haut, de courte longueur. Dans tous les cas selon l'invention on constate que la trajectoire du centre de gravité ne s'écarte que fort peu de la droite joignant les 15 positions qu'occupe le centre de gravité au départ et à l'arrivée. Il en résulte que la puissance que doit fournir le moteur d'entraînement du chariot garde une valeur sensiblement constante. Lorsque l'on étudie la trajectoire de la tête de la tige, triple, on voit qu'elle passe à une certaine distance du moufle central qu'elle ne perturbe pas 20 lors d'un fonctionnement en simultanéité ("dual speed" dans la littérature anglo-saxonne) . L'examen de la trajectoire de l'ensemble des tiges montre que l'entrée des tiges à l'intérieur du derrick ne nécessite qu'une ouverture d'assez petite dimen sion dans la face du derrick n'affaiblissant pratiquement pas cette dernière. 25 Enfin lorsque le chariot descend un groupe de trois tiges de forage, il est aisé de disposer un premier moyen de stockage tel qu'un ascenseur, chargé de prendre les tiges provenant des organes de préhension du chariot, sans être gêné par les infrastructures du derrick, l'extrémité du groupe de trois tiges étant au moment du déchargement à une distance du puits approximativement égale 30 à une longueur de tige. • Dans un dispositif conforme à la description ci-dessus dans lequel le trajet de la partie la plus éloignée du chariot est une droite située dans le plan horizontal, l'entraînement du chariot se fait de maniéré très simple par câbles ou par chaînes en-agissant uniquement sur l'extrémité inférieure du chariot. 35 Le chariot lui-même est constitué par une poutre en treillis. Il comprend à l'avant et à l'arrière deux boggies dont l'un comporte des galets de guidage. Le chariot supporte des pinces de préhension du groupe de trois tiges. Elles permettent de saisir le groupe de trois tiges lorsqu'il est en position verticale prédéterminée, de maintenir ces tiges liées au chariot pendant le transfert et 40 de libérer les tiges arrivées en position horizontale au-dessus du premier élë- 70 39317 2109014 ment de la chaîne de stockage et d'effectuer les opérations inverses. La manoeuvre de l'ouverture et de la fermeture des pinces aux deux positions extrêmes du chariot est commandée par la translation d'un coulisseau actionné par un jeu de vérins. • 5 D'àutres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins ci-jointdans lesquels : - la figure la est une vue en élévation latérale d'un derrick de forage comprenant un dispositif conforme à l'invention dans lequel le jeu de trois tiges est en 10 position verticale ; - la figure 1b est une vue en élévation de face de la même installation, faisant apparaître l'ouverture du derrick à gauche et la charpente dudit derrick à droite ; - la figure 2a est une vue en élévation latérale du même derrick dans lequel le jeu de trois tiges et le chariot support sont en position basse ; 15 ~ la figure 2b est une coupe partielle de la figure 2 faisant apparaître l'opération de déchargement ; - la figure 3a est une vue latérale faisant apparaître les moyens de roulement du chariot ; - la figure 3b est une vue de dessus faisant ressortir les galets de guidage la-20 téral. La figure la fait apparaître en 1 un groupe de trois tiges de forage disposé verticalement au sein d'un derrick représenté schématiquement par son contour extérieur 2 et par son axe médian 3 l'ensemble étant disposé à bord d'un navire. Le groupe de trois tiges 1 est disposé à une certaine distance de l'axe médian 3 de 25 façon à permettre les opérations en simultanéité ("dual speed"). Le chariot 4 repose à sa partie inférieure sur des rails horizontaux 5 et à sa partie supérieure sur les rails supérieurs 6. Comme on le voit ces rails partent de l'horizontale sous un angle de 30° environ .suivant une partie rectiligne qui se raccorde à une ■ partie sensiblement verticale par un arc à grand rayon de courbure. Le groupe de 30 trois tiges est relié fermement au chariot par les quatre pinces 7, 8, 9 et 10. La figure 1b permet de mieux saisir tout le contreventement 6' nécessaire pour assurer à la charpente des rails de guidage, une rigidité suffisante pour que le chariot 4 ne soit pas soumis à des oscillations intempestives en cas de houle. On voit également que l'ouverture 2' du derrick est de hauteur nettement plus 35 faible que la tige triple 1 et que le derrick est alors plus solide que dans le cas ou la poutre bascule autour d'un axe horizontal. La figure 2a représente le chariot 4 et le train de trois tiges 1 qu'il supporte, en position horizontale. Le train de trois tiges se trouve alors au-dessus du premier élément de la chaîne de stockage représenté schématiquement par un as-40 censeur en forme de goulotte 11. La coupe suivant CC représentée à la figure 2b 5 10 15 20 25 30 l 35 40 70 39317 2109014 montre la pince 7 ouverte et le train de tiges 1 libéré, repose sur la goulotte 11 de l'ascenseur. La figure 3a décrit le chariot 4 d'une façon plus détaillée. Dans cette vue en élévation on voit apparaître l'un des rails horizontaux 5 ainsi que l'amorce du rail ascendant 6. Le chariot est suspendu par l'intermédiaire des boggies complexes 12 et 13, respectivement au rail 5 et 6. Le chariot comprend une poutre en treillis 14 terminée par une poutre 15 articulée en 16 par rapport au boggie 12. La poutre en treillis 14 est reliée au boggie 13 par l'intermédiaire d'une poutre 17 articulée en 18.'La poutre est solidaire des pinces 7, 9 et 10 qui permettent dè maintenir en place la tige triple 1. Le boggie 12 comprend quatre galets de roulement 19, 20, 19' et 20' et deux contre-galets tels que 21. Le boggie 17 comprend également quatre galets de roulement 22, 23, 22' et' 23' ainsi que quatre contre-galets tels que 24 et 25. Dans la vue de dessus 3b on retrouve la structure en treillis de la poutre 14 ainsi que les poutresinférieure 15 et supérieure 17. L'axe d'articulation 16 de la poutre 15 autour du boggie 12 apparaît plus clairement. De plus si l'on voit toujours les galets de roulement tels que 19-et 20 de ce boggie 12 on voit également apparaître les galets de roulement 19' et 20' correspondant au deuxième rail. Enfin on note que le rail de gauche (en se tournant vers le derrick) est lié de façon bilatérale au boggie par un jeu de quatre galets 26j 27, 28 et 29 alors que le côté droit est laissé, libre. Il peut en effet arrriver que par suite d'une oscillation particulièrement importante imposée par la houle au navire, les rails soient soumis à une contrainte très élevée entraînant une très légère déformation relative des deux rails. Il faut éviter que cette contrainte se transmette au chariot et plus particulièrement en entrave le mouvement. La vue du dessus 3* montre que le boggie supérieur 13 comprend en plus des galets de roulement 22 et 23, un train de quatre galets de guidage latéral 30, 31, 32 et 33. Comme pour le boggie 12, le boggie 13 ne comprend de l'autre côté que deux galets de roulement 22' et 23*. Cette dernière disposition donne à l'ensemble du dispositif la souplesse nécessitée par le fait que la rampe ,6 est liée à la structure du derrick sollicitée fortement lors des oscillations provoquées par la houle. L'ensemble du groupement de quatre pinces rattachées au chariot a fait l'objet de la'demande de brevet n° 70 39 013 déposée le 29 Octobre 1970. On y décrit notamment le fonctionnement bistable de chacune des pinces sous l'action de deux vérins. A chaque position d'arrêt du chariot (position verticale et position horizontale) il existe un jeu de deux vérins en face de chaque pince au niveau des cou-lisseaux. Les mâchoires peuvent recevoir deux jeux de mors permettant la manutention de tiges de 12,7 cm (5 pouces) et de 8,9 cm (3,5 pouces). 70 39317 6 2109014 • Le fonctionnement de l'ensemble du dispositif se comprend aisément : au moment du démontage d'un train de tiges, chaque élément de trois tiges est amené dans le derrick en un point prédéterminé de telle façon que ledit élément ne gêne pas le travail du moufle. A partir de cet instant une suite d'opérations automa-5 tiques amènent le train de trois tiges en position horizontale de pose sur le premier élément de la chaîne de stockage. En effet sous l'action des vérins, les mors des pinces 7, 8, 9, 10 se saisissent de l'élément triple qui est alors rendu solidaire du chariot 4. Ce dernier entraîné par un câble tracteur se met en mouvement de telle façon que la partie supérieure descend la rampe 6 tandis 10 que la partie inférieure s.e déplacë le long des rails 5. L'opération est contrôlée par un câble tendant à freiner la descente et qui sert de câble tracteur lors de 1'opération de transfert inverse. Lorsque le chariot occupe exactement la position de déchargement, un contact commande l'action des vérins qui ouvrent les mors des pinces 7, 0, 9 et 10 et libèrent l'élément de tige triple. 15 L'opération de remontage, d'un train de tige entraîne les opérations de trans fert inverse. Au cours de son mouvement, le centre de gravité ne s'est pas écarté de plus d'un mètre de la droite joignant les positions extrêmes du centre de gravité de l'ensemble formé par les tiges triples et le chariot. L'opération s'effectue 20 donc bien dans tous les cas avec une dépense de puissance sensiblement constante exigeant un moteur de puissance minimale. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux pour la mise en oeuvre de l'invention dans une situation technique particulière, on comprendra que diverses modifications portant notamment sur la forme du chemin 25 de roulement inférieur qui peut être horizontal sur une grande partie de son trajet et se terminer par une courbe ascendante, ainsi que sur le raccordement du chemin de roulement supérieur avec sa position haute, peuvent être apportées sans sortir du cadre de celle-ci,- certains de ses éléments pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer une fonction technique équivalente. 70 39317 7 2109014 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de transfert automatique de tiges de forage ou de groupes de tiges de forage de la position verticale à l'intérieur du derrick à la position horizontale à une certaine distance de celui-ci et vice versa comprenant un chariot 5 sur lequel sont fixés les organes de préhension automatique desdits groupes de tiges de forage, des moyens de roulement liés aux deux extrémités du chariot, un ensemble de guidage constitué par une charpente reposant en deux points sur un plan dit "plan horizontal" lié à la base du derrick, raccordée à sa partie supérieure au derrick, supportant deux paires de rails guidant les moyens de roule-10 ment du chariot, une paire supérieure guidant l'extrémité haute du chariot et une paire inférieure guidant l'extrémité basse du chariot caractérisé en ce que la paire supérieure de rails de guidage se raccorde avec le plan horizontal par une portion rectiligne faisant avec ledit plan horizontal un angle compris entre 30° et 45°. 15 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paire inférieure de rails de guidage est contenue dans un plan horizontal. 3/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de roulement sont constitués par deux boggies prenant appui sur les deux paires de rails par l'intermédiaire de galets de roulement, caractérisé en ce que la liaison entre le 20 chariot et chaque boggie s'effectue par l'intermédiaire d'axes de rotation disposés aux extrémités du chariot. 4/ Dispositif selon la revendication 3, dans lequel chacun des deux boggies supportant le chariot comprend des contre-galets dont l'axe est parallèle à celui des galets porteurs et des galets de maintien situés de part et d'autre du rail 25 et dont les axes sont perpendiculaires aux précédents, caractérisé en ce que seul l'un des cfltés de chacun des boggies, le même pour les deux boggies est doté de galets de maintien.