Brevet FR2110189A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne un dispositif d'avance pas à pas d'un chariot porte-tiges de forage. Dans la technique des engins mobiles de forage, on connaît des dispositifs permettant de manipuler et de stocker les tiges employées pour allonger un train constitué par plusieurs tiges accouplées bout à bout. On connaît diverses formes de stockages mobiles de tiges de forage, en particulier les types tournants appelés parfois tourniquets et également un type dans lequel plusieurs tiges sont stockées les unes à côté des autres, latéralement par rapport à l'axe longitudinal du train de tiges. Avec les types connus de dispositifs de stockage latéral de tiges de forage, on éprouve des difficultés, en particulier pour faire avancer pas à pas ou mettre en position le dispositif dans l'alignement de l'axe du train de tiges lorsqu'on veut ajouter au train une tige ou l'en enlever» Avec les mâts de forage classiques, il est nécessaire que l'ouvrier foreur puisse se rendre compte à l'oeil de la position du dispositif de stockage lorsqu'il se prépare à ajouter une tige au tnain en l'alignant pour en accoupler une extrémité au moteur de forage. Dans la plupart des mats de forage, il est déjà difficile de procéder ainsi à l'oeil, étant donné que l'ouvrier est normalement assis sur la machine près de la surface du sol et que le moteur de forage, en position pour être accouplé à une tige peut se trouver à dix ou quinze mètres au-dessus du sol. En conséquence, il est souvent nécessaire de manoeuvrer plusieurs fois, en tatonnant, les commandes du dispositif De plus, lorsqu'on veut retirer des tiges du train, on risque si le dispositif de stockage est mal aligné par rapport à la tige qu'il doit recevoir, de voir cette tige tomber en dehors du dispositif de stockage. La présente invention concerne un dispositif d'avance pas à pas, permettant de positionner un dispositif de stockage mobile de tiges de forage du type dans lequel plusieurs tiges sont stockées les unes à côté des autres et latéralement par rapport à l'axe longitudinal d'un train de tiges de forage. On peut manoeuvrer le dispositif d'avance pas à pas de l'invention pour placer le dispositif de stockage ou chariot porte-tiges de façon qu'une tige qui y est stockée soit dans l'alignement du train en vue de l'allonger. En outre, on peut manoeuvrer le dispositif de l'invention pour 71 35532 2110189 placer le chariot porte-tiges de façon à aligner avec l'axe du train de tiges un logement situé sur le chariot pour y placer une tige que l'on retire du train. L'invention concerne également un dispositif d'avance pas à 5 pas pour chariot porte-tiges de stockage latéral qui fait avancer automatiquement le chariot mis en position pour en retirer une tige, à une position permettant d'en enlever la tige occupant la place suivante sur le chariot pour l'ajouter au train. Inversement, on peut manoeuvrer le dispositif d'avance de l'invention pour faire 10 avancer automatiquement le chariot porte-tiges, lorsqu'on veut y ranger ou loger une tige, de façon à mettre en position, prêt à recevoir une tige retirée du train, un logement vide porté par le chariot et adjacent à un logement contenant une tige. Le dispositif de l'invention se prête à la commande à distance et permet une ma-15 nipulation plus efficace et sûre des tiges de forage que cela n'était possible dans l'art antérieur. D'autres buts et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée suivante considérée en regard des dessins annexés représentant à.titre illustratif, mais 20 nullement limitatif, un mode de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 représente en élévation frontale un engin de forage mobile comportant un dispositif de stockage latéral de tiges conforme à l'invention ; 25 la figure 2 est une coupe transversale du râtelier inférieur du dispositif de stockage suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une vue latérale du râtelier inférieur du dispositif de stockage suivant la ligne 3-3 de la figure 1 ; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3 30 la figure 5 est line coupe d'un détail d'un des poussoirs d'avance pas à pas ; la figure 6 est une coupe du râtelier supérieur du dispositif de stockage suivant la ligne 6-6 de la figure 1 ; la figure 7 est un schéma de la commande du dispositif de 35 l'invention ; la figure 8 est une vue suivant la même ligne que celle de la figure 4 ; la figure 9 est une vue prise suivant la même ligne que celle de la figure 4. 40 La figure 1 en élévation frontale représente un engin mobile 71 35532 2110189 de forage désigné d'une manière générale par la référence 10. L'engin mobile de forage 10, qui est d'un modèle bien connu, se compose d'un châssis inférieur 12 supportant les trains rouleurs ou chenilles et sur lequel est monté un support allongé ou mât 14. Le mât 14 5 est représenté sur la figure 1 en position sensiblement verticale et est destiné à supporter un moteur de forage 16 qui peut se déplacer le long du mât. On peut actionner le moteur 16 pour le déplacer le long du mât 14 dans l'un et l'autre sens par un dispositif convenable non représenté. Le moteur 16 cor.îporte une tige tournante 10 18 munie d'un raccord approprié permettant d'y connecter de façon amovible un élément allongé constitué par une tige de forage 20. La tige 20 présente classiquement à ses extrémités opposées 22 et 24 des parties filetées intérieurement et extérieurement respectivement de façon qu'on puisse accoupler bout à bout plusieurs tiges 15 pour former un train de tiges permettant de forer un forage 26. Sur la figure 1 on a représenté la tige 20 découplée d'une deuxième tige 28 représentant le train de tiges de forage J>0. La deuxième tige 28 est représentée supportée par,un dispositif 32 ou étau de pied actionné par de l'énergie et permettant le découplage des tronçons. 20 La référence 34 désigne l'axe longitudinal du forage 26 qui se confond pratiquement avec l'axe autour duquel tourne le moteur 16 entraînant axialement le train de tiges pour forer le forage. L'engin de forage 10 comporte en outre un poste de commande à partir duquel on peut faire fonctionner l'engin et ses accessoires associés. 25 On voit sur les figures 1, 2, 3 et 6 que l'engin 10 comporte également un dispositif de stockage ou chariot porte-tiges monté sur le mât 14 et désigné d'une manière générale par la référence 38. Le chariot 38 comprend des râteliers supérieur et inférieur 40 et 42 respectivement qui sont supportés par des éléments 44 et 46 fixés 30 sur le mât 14. Les éléments 44 et 46 comprennent chacun une série de galets 48 à double collerette agencés de façon à guider et à supporter les râteliers 40 et 42. Les râteliers 40 et 42 sont reliés par un arbre allongé 50 supporté de^manière à tourner sur l'élément 46 au moyen de paliers 35 52, figure 3> et d'une manière analogue sur l'élément 44 par des paliers 54 dont l'un est représenté sur la figure 6. Sur le râtelier supérieur 40, figure 6, est fixée une crémaillère 56 engrenant avec un pignon 58 monté sur l'extrémité supérieure de l'arbre 50. Le râtelier inférieur 42 comporte une crémaillère analogue 60 engrenant 40 sur un pignon 62 également monté sur l'arbre 50* L'arbre 50 est 71 35532 ' 2110189 destiné à être entraîné en rotation dans un sens et dans l'autre par le moteur 64 actionné par fluide, au moyen d'un accouplement 65, figure 3, de telle façon que les râteliers 40 et 42 peuvent se déplacer à l'unisson, latéralement par rapport à l'axe longi-5 tudinal 34 et au mât 14. En se reportant à la figure 6, on voit que le râtelier supérieur 40 comprend une partie 64 présentant une série d'ouvertures 66 reliées par une fente 68. Les ouvertures 66 servent à maintenir une extrémité des tiges de forage 20, 21 et 23, dans les positions 10 respectives représentées. Comme on peut le déduire de la figure 1, les extrémités supérieures des tiges présentent des parties 70 de diamètre réduit qui lorsqu'elles sont convenablement alignées permettent de faire passer les tiges au travers de la fente 68. En se reportant aux figures 2, 3» 4 et 5, on voit que le râ-15 telier inférieur 42 présente une partie 72 comportant des logements de tiges constitués par des douilles en forme de cuvette 74, j6, 78 et 80, montées sur la partie 72 et également espacées et destinées à être alignées avec les ouvertures 66 portées par l'élément 40. Une clavette rectangulaire 82 s'étend transversalement en tra-20 vers du fond de chaque douille et s'ajuste dans une rainure coopérante 84 ménagée dans l'extrémité de chacune des tiges (figure 3)> pour empêcher que les tiges ne tournent lorsqu'elles sont logées dans leurs douilles respectives. Chacune des douilles présente une ouverture 86 à travers laquelle passe un dispositif d'avance pas à 25 pas constitué par un galet de manoeuvre 88 monté à l'extrémité d'une biellette articulée 90. Les biellettes 90 sont articulées sur les parties 72 du râtelier inférieur et sont reliées chacune à un piston ou poussoir cylindrique 92, figure 5, par une biellette intermédiaire 94. Chacun des poussoirs 92 peut coulisser en étant 30 retenu dans un boîtier cylindrique 96 fixé de manière appropriée sur le râtelier inférieur 42. En se reportant à la figure 5 représentant à titre d'exemple un des quatre ensembles de poussoirs, chacun des poussoirs 92 comporte un épaulement 98 sur lequel s'appuie un ressort à boudin 100 disposé à l'intérieur du boîtier 96, 35 et poussant le poussoir dans la position effacée indiquée par le trait plein. Lorsqu'une tige de forage est disposée dans une douille, l'ensemble de galet et de biellettes attaque l'extrémité de la tige comme le représente la figure 3, et déploie le poussoir jusqu'à la position représentée en traits pointillés/sur la figure 5« 40 En plus des quatre poussoirs mobiles 92 montés à distances égales 71 35532 5 . 2110189 le long du râtelier inférieur 42, une broche fixe 102 est également montée sur le râtelier 42 et alignée avec les pistons mobiles au même écartement que ceux-ci. Le râtelier inférieur 42 est constitué par un profilé en U 5 104 dans lequel un coulisseau mobile 106 est retenu par une réglette 108. Le coulisseau 106 est muni à une de ses extrémités d'une butée réglable 110 assujettie de manière amovible dont on peut à l'aide d'une vis d'arrêt 112 régler la position à l'extrémité 114 du coulisseau 106. L'autre extrémité du coulisseau com-10 porte un loquet 116 articulé en 118 sur le coulisseau. Le loquet 116 comprend une partie évidée 120 et une surface inclinée 122 (voir figure 4), qui toutes deux peuvent venir en contact avec les poussoirs 92. On prévoit un rail allongé 124 fixé sur le râtelier inférieur 42 pour supporter de façon coulissante le loquet 116 15 comme le montre la figure 4. Le dispositif d'avance pas à pas du chariot porte-tiges comprend en outre un butoir 126 fixé sur l'élément 46 et qui vient attaquer la butée réglable 110 afin d'arrêter le déplacement du coulisseau 106 lorsqu'on déplace le râtelier 42 pour placer une 20 douille dans l'alignement de l'axe 34, c'est-à-dire vers la gauche en observant la figure 2. Un dispositif 128 à cylindre et piston,actionné par fluide et représenté partiellement en coupe sur la figure 2, est également disposé sur l'élément 46. Le cylindre 128 actionné par fluide 25 contient un piston 130 qu'on peut faire agir pour amener un verrou ou saillie mobile 132 en position déployée sur l'alignement du trajet de déplacement de la butée 110 portée par le coulisseau 106. Le verrou mobile 132 est muni d'un ressort 134 qui.agit pour le pousser dans la position représentée sur la figure 2, lorsque le 30 cylindre 128 se trouve désexcité ou mis à l'air libre» Le cylindre 128 est monté sur l'élément 46 à une distance du butoir fixe 126 égale à l'intervalle d'espacement des douilles 74, 76, 78 et 80. Lorsque le cylindre 128 est alimenté en fluide sous pression par la conduite 136, le piston 130 peut agir pour pousser le verrou 132 - , cloauer 35 afin qu il puisse buter sur la. butee 110 et/ainsi le coulisseau 106 lorsqu'on amène les râteliers 40 et 42 en position pour loger une tige dans l'une des douilles. Le dispositif d'avance décrit dans le texte agit pour placer le chariot porte-tiges. 38 dans une position prédéterminée afin de 40 pouvoir en retirer ou y loger des tiges de forage les unes après 71 35532 6 2110189 les autres. On peut à volonté choisir de retirer ou de loger une tige en plaçant le verrou mobile 132 soit dans sa position effacée que montre la figure 2, soit dans sa position déployée pour attaquer la butée 110 sur le coulisseau 106. Lorsqu'on ne manoeuvre pas 5 le chariot porte-tiges 38 pour retirer ou loger des tiges, les râteliers se trouvent latéralement en retrait, écartés du mât 14. La limite du déplacement des râteliers 40 et 42 à l'écart du mât est déterminée par la venue en contact de l'axe 118 du loquet articulé et du butoir 126 ce qui arrête le coulisseau 106, et par la venue 10 en contact de l'arrêtoir 140 porté par l'élément 42, figures 2 et 4, avec la surface 142 sur le loquet 116. De cette manière le loquet 116 peut toujours entrer en contact avec le premier poussoir, en regardant la figure 4 de la droite vers la gauche, qui est en position déployée lorsqu'on déplace les râteliers de stockage en 15 les rapprochant de l'axe 34 à partir de leur position en retrait. En se référant à la figure 8, on retire la tige 28 de la douille 74, en déplaçant latéralement le chariot porte-tiges 38 vers l'axe 34 jusqu'à ce que la butée 110 vienne en contact avec le butoir 126 et que le loquet 116 vienne attaquer le poussoir 92 asso-20 cié à la douille 74 ce qui arrête le râtelier de façon que la tige 28 soit alignée avec l'axe 34. On visse alors le sommet de la tige 28 sur la partie de tige 18. On actionne le moteur de forage 16 pour qu'il s'élève le long du mât 14 à une distance suffisante pour permettre à l'extrémité inférieure de la tige 28 de se dégager de 25 la douille 74 et pour placer en même temps la partie 70 de diamètre réduit de la tige en position dégagée du râtelier supérieur 40, la tige se déplaçant dans la fente 68 pendant que les râteliers reviennent à leur position de retrait. Lorsqu'il faut abouter la tige 20 au train de tiges on déplace 30 à nouveau les râteliers pour les rapprocher de l'axe 34.Comme la douille 74 est maintenant vide, le poussoir qui lui est associé sera rétracté et le loquet 116 attaquera le poussoir 92 associé à la douille 76 et arrêtera les râteliers dans la position montrée sur les figures 1, 2 et 4, de telle façon que la tige 20 se trouve 35 en position prête à être aboutée au train de tiges 30. Les tiges stockées dans les douilles 78 et 80 sont de même mises successivement en position pour être déchargées et aboutées au train de tiges. On se référera à la figure 9> où toutes les douilles sont vides lorsqu'on désire placer une tige dans la douille 80.On actionne 40 le. verrou mobile 132 commandé par fluide pour qu'il bute sur la 71 35532 7 2110189 butée 110 lorsqu'on déplace les râteliers vers l'axe 34. Les râteliers continuent à se déplacer jusqu'au moment où le loquet 116 vient en contact avec la broche fixe 102 ce qui arrête les râteliers, la douille 80 se trouvant alignée avec l'axe 34 de façon à recevoir 5 la tige 23 qui a été découplée du train de tiges et qu'on peut faire descendre dans la douille d'une manière sensiblement inverse de celle dont elle a été retirée du porte-tiges par le moteur de forage 16. Après qu'on a déconnecté de façon appropriée la tige 23 du moteur de forage, on écarte les râteliers de l'axe 34. Comme le 10 poussoir associé à la douille 80 a été actionné par la mise en place de la tige 23 dans ladite douille, la surface 122 du loquet 116 attaque ce poussoir lorsque le râtelier se déplace vers la gauche, (figure 9),ce qui fait que le loquet pivote en dégageant le poussoir. Lorsqu'on ramène à nouveau en position le porte-tiges pour loger 15 une tige dans la douille 78, le loquet 116 attaque le poussoir associé à la douille 80, et le râtelier 42 sera arrêté en ayant la douille 78 alignée avec l'axe 34, en supposant que le verrou mobile 132 soit en position pour buter contre la butée 110. On met en position d'une manière analogue chaque douille successive pour qu'elle 20 reçoive une tige. On croit que la description précédente permet de bien comprendre le fonctionnement du dispositif d'avance pas à pas du chariot porte-tiges afin de mettre automatiquement en position les râteliers 40 et 42 dans l'alignement de l'axe du train de tiges pour permettre 25 d'ajouter ou d'enlever des tiges supplémentaires au train de tiges de forage. On se référera à la figure 7 qui représente schématiquement un circuit de commande approprié de fluide sous pression pour le dispositif de stockage de tiges et d'avance pas à pas exposé dans ce 30 texte. Le circuit de commande de la figure 7 comprend une pompe hydraulique 150 du type à déplacement variable et à pression compensée. La pompe 150 est reliée à un réservoir à fluide 152 et à une vanne à trois positions 154, actionnée à la main et comportant une position normalement fermée £. On peut manoeuvrer à la main la 35 vanne 154 pour l'amener à l'une quelconque des positions a ou b. La vanne 154 est en circuit avec un moteur hydraulique réversible représenté par le symbole schématique du moteur 64 qui agit pour déplacer dans un sens ou dans l'autre le chariot porte-tiges 38. Le circuit de commande de la figure 7 comprend éga.lement des soupapes ■40 de-décompression 156 et 158 qu'on peut actionner pour court-circuiter 71 35532 8 2110189 ✓ le trajet et envoyer directement le fluide hydraulique de la pompe 150 dans le réservoir 152. Il comprend aussi une vanne à deux positions I59 qu'on peut manoeuvrer à la main pour la mettre dans l'une de ses positions a ou b, pour fournir du fluide hydraulique 5 au dispositif à cylindre 128 actionné par fluide, ou bien pour mettre ce dispositif à l'air libre ; le dispositif 128 fait manoeuvrer le verrou mobile 132. Le fonctionnement du circuit de commande de la figure 7 se comprend d'après la description précédente. On place la vanne 159 10 dans la position b afin de faire déployer le verrou 132 lorsqu'on veut changer des tiges dans le porte-tiges, et on la met dans la position a pour effacer le verrou lorsqu'on veut retirer les tiges du porte-tiges. On peut mettre à la main la vanne 154 dans les positions a ou b pour entraîner dans un sens ou dans l'autre le mo-15 teur 64 afin de déplacer le porte-tiges. Lorsque le mouvement des râteliers 40 et 42 est arrêté par le dispositif d'avance pas à pas, les soupapes de décompression 156 ou 158 agissent pour renvoyer le fluide sous pression dans le réservoir 152, afin d'empêcher que le moteur et l'arbre 50 ne soient endommagés, jusqu'au moment où le 20 conducteur de l'engin relâche la soupape de commande 154. Tous les composants du circuit de commande sont disposés commodément sur 1'engin de forage 10, les soupapes 154 et 159 étant de préférence disposées au poste de commande 36. Il est commode que la pompe 150 soit entraînée par une source d'énergie non représentée montée sur 25 le châssis 12. 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 sans sortir de son cadre. 71 35532 9 2110189 REVENDICATIONS 1. Engin de forage comprenant un mât ou support allongé, un moteur de forage mobile sur ce support et commandant un train de forage composé de tiges accouplées bout à bout, et comportant un 5 porte-tiges mobile sur le support et pouvant être mis en oeuvre pour emmagasiner successivement une série de tiges de forage disposées latéralement par rapport à l'axe longitudinal du train, cet engin de forage étant caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif d'avance pas à pas permettant de placer le porte-tiges 10 mobile dans une position prédéterminée par rapport à l'axe longitudinal du train de tiges de forage. 2. Engin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'avance pas à pas est destiné à être mis en oeuvre pour placer le porte-tiges dans une position prédéterminée de telle 15 façon qu'une tige de forage stockée dans le porte-tiges soit alignée sur l'axe longitudinal du train de tiges de forage. 3. Engin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le porte-tiges comporte des organes recevant et logeant les tiges de forage et le dispositif d'avance pas à pas est destiné à être 20 manoeuvré pour placer ces organes dans l'alignement de l'axe longitudinal du train de forage en vue de recevoir une tige découplée de ce train. 4. Engin selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le porte-tiges comprend des râteliers de stockage écartés les uns des 25 autres et montés de façon à se déplacer sur le support et les organes recevant les tiges de forage sont montés sur le premier de ces râteliers. 5. Engin selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits organes sont constitués par une série de douilles espacées, 30 dont chacune peut recevoir et supporter une extrémité d'une tige de forage de telle façon que les tiges soient stockées les unes à côté des autres, successivement et latéralement par rapport à l'axe longitudinal du train de forage, et le dispositif d'avance pas à pas comprend un dispositif répondant à la mise en place des tiges de 35 forage dans* les douilles et plaçant le porte-tiges dans une position prédéterminée par rapport à l'axe longitudinal en réponse au mouvement du porte-tiges. 6. Engin selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le dispositif d'avance pas à pas comprend un loquet mobile monté 40 sur le premier râtelier, et un organe à poussoirs mobiles destiné 71 35532 10 • 2110189 à être actionné par les tiges logées dans les douilles, cet organe • à poussoirs mobiles venant en contact avec le loquet en réponse au mouvement du râtelier pour placer le porte-tiges dans une position prédéterminée par rapport audit axe longitudinal. 5 ' 7* Engin selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit organe à poussoirs mobiles comprend un élément de commande venant en contact avec les tiges lorsque celles-ci sont logées dans les douilles et actionnant l'organe à poussoirs mobiles pour qu'il soit attaqué par le loquet en réponse au mouvement du porte-tiges. 10 8. Engin selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le loquet mobile comprend une butée pouvant être amenée au contact d'un butoir monté sur le support de façon à répondre au mouvement du porte-tiges en plaçant une douille en position pour permettre d'en enlever ou d'y loger une tige, le loquet étant destiné à être 15 arrêté par le butoir fixe et pouvant d'autre part venir en contact avec l'organe à poussoirs mobiles pour placer une douille portée par le premier râtelier dans l'alignement de l'axe longitudinal. 9. Engin selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le butoir monté sur le support comprend des saillies espacées, une 20 première saillie ou butoir fixe pouvant arrêter le loquet afin de fixer la position du porte-tiges de façon qu'une tige stockée dans le porte-tiges soit alignée sur ledit axe longitudinal, et une deuxième saillie ou verrou pouvant être actionné pour arrêter le loquet afin de fixer la position du porte-tiges de manière que 25 l'une des douilles soit alignée sur l'axe longitudinal afin de recevoir une tige découplée du train. 10. Engin selon la revendication S, caractérisé par le fait que le verrou peut être manoeuvré pour occuper ou quitter une position dans laquelle il vient en contact avec la butée sur le loquet 30 mobile. 11. Engin selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le verrou comprend un dispositif à cylindre et piston actionné par un fluide sous pression et pouvant être manoeuvré pour déployer le verrou.