Brevet FR2146954A1 — publié le 19730309

L'invention se rapporte à un élévateur pour la mise en place et le retrait automatiques de tiges d'un train de tiges sur des machines de forage et notamment sur des machines de forage à tête de rotation déportée ou à moteur coulissant dans un mt et non équipées de dispositif de gerbage automatique. fl existe de très nombreux types d'61évateurs mais il ne con listent quron un simple mécanisme automatique ou non capable de saisir des tiges et de les monter ou de les descendre dans l'ase d'une table de rotation en vue de les visser entre elles, après qu'un dispositif de gerbage plus ou soins complexe ait amené une nouvelle tige en position verticale à l'aplomb de l'élévateur se trouvant en général dans l'axe du forage. Si l'on ne dispose pas de mécanisme de gerbage automatique amenant directement les tiges dans l'axe de l'élévateur ou encore de bras autosatiques pour centrer une tige verticale dans l'axe du forage, on doit alors procéder à des manoeuvres entraînant un ac- croissement important du temps de mise en place des tiges aussi bien lors de l'opération d'ajout de tiges que lors de leur retrait. De plus, baume lorsque la machine de forage utilisée est équi- pée d'un mécanisme coûteux et encombrant de gerbage automatique permettant l'amenée d'une tige stockée en position d'insertion dans le collier de l'élévateur, l'opération d'ajout de tiges au train de tiges entrain obligatoirement les opérations de remontée du train de tiges, de dévissage de la tige carrée, d'ajout d'une nouvelle tige puis de la tige carrée. Des perfectionnements importants ont été apportés aux machines de forage en vue de supprimer les opérations répétées de montée et de descente du train de tiges dues à la nécessité de fixer sur la dernière tige l'élément carré servant à comnnmiquer le mouvement de rotation et de descente du train de tiges.Ces perfectionnements décrits aux brevets d'invention 1.301.354 et 1.512.439, bien que permettant de réaliser une économie substantielle de temps et d'é nergie, ne permettent pas cependant de réduire les pertes de temps dues à l'absence d'un dispositif de gerbage automatique amenant les tiges en position verticale dans l'axe du forage et qui résultent de l'obligation d'amener manuellement les tiges en position verti cale en vue de leur vissage sur la tête d'entraînement mobile le long dtun mt. Cependant, le coût, la complexité et l'encombrement des dispositifs de gerbage automatiques empêchent la généralisation de leur emploi dans de très nombreux cas.De plus, si certains des perfectionnements décrits aux brevets ci-dessus permettent un vissage automatique des tiges amenées manuellement en position verticale, certains nécessitent une opération manuelle donc relativement longue, conduisant à l'utilisation de clés dont le maniement est toujours susceptible d'entratner quelques risques accidentels. L'objet principal de la présente invention est un élévateur pour la mise en place et le retrait automatiques de tiges dans un forage comprenant un raccord, mobile le long d'une course rectiligne et accouplé à tout organe de transmission de couple moteur pour entraîner sa rotation dans un sens ou dans le sens opposé, un moyen de suspension et de maintien d'une tige de forage sur ledit moyen de suspension, un moyen d'accouplement dudit raccord au moyen de suspension pour assurer à volonté la rotation de celui-ci, un moyen de dégagement dudit raccord du moyen d'accouplement pour permettre leur déplacement l'un par rapport à l'autre et un moyen de solidarisation et de désolidarisation automatiques dudit raccord avec la tige. Un tel élévateur présente une série dlavantages que l'on ne pouvait obtenir dans les machines de forage dépourvues de table de rotation à vissage automatique et ne comportant pas les perfectionnements decrits aux brevets précités. Il peut, en particulier, ssa- dapter facilement à tout dispositif dsentratnement analogue à ceux décrits aux brevets précités et d'une manière générale à tout arbre capable de se déplacer le long de son axe et de transmettre un couple moteur dirigé dans un sens ou dans le sens opposé.De plus, le fait de pouvoir disposer sur l'élévateur d'un moyen permettant la solidarisation automatique du raccord à la tige de forage rend donc possible l'entraînement en rotation de la tige par ledit raccord ainsi que son enfoncement et par conséquent permet d'effectuer un forage sans avoir eu à procéder à une opération manuelle de vissage.On évite de même l'opération manuelle de dévissage puisqu'il suffit de commander à cet effet la désolidarisation de la tige et du raccord, Il est également aisé de visser directement une tige, rendue solidaire du moyen de suspension de l'élévateur, à la dernière tige du forage, ou inversement de la dévisser, puisqu'il suffit de commander le moyen d'accouplement du raccord transmettant le mouvement au moyen de suspension pour entraîner la rotation de la tige et de la sorte le vissage de son extrémité inférieure sur la tête de la tige déjà enfoncée dans le forage. 8n comandant la rotation du raccord en sens contraire, on procède à l'opération de dévissage, opération qui sans table de rotation conteuse aurait nécessité une intervention manuelle avec tous les risques que comporte le manie ment de clés. On remarquera en outre que les organes servant à visser les tiges ou à les dévisser étant en permanence sur le train de tiges, on aboutit à une très grande rapidité d'exécution de ces opérations, aucun temps étant perdu à positionner des clés et à les actionner manuellement. Enfin, le couple de dévissage disponible pour le déblocage des filetages étant gal au couple de vissage développé par le raccord, on évite des incidents mécaniques entraxiant parfois de grandes pertes de temps. Un autre objet de l'invention est un élévateur de ce type dont le moyen de solidarisation de la tige sur le moyen de suspension est composé d'une pièce pivotant sur ledit moyen de suspension et possédant un logement pour l'introduction d'une tête de tige, de telle sorte qu'en faisant pivoter la pièce de 900, il suffit d'in- troduire le col de la tête supérieure d'une tigedisposée horizontalement dans ledit logement et d'empêcher son retrait à l'aide d?un mors ou dune fourchette disposé autour du col de la tige pour solidariser la tige à ltélévateur. Le principal avantage d'un élévateur de ce type est d'accélérer encore la rapidité d'ajout ou de retrait de tiges sans dispositif de gerbage automatique coûteux puisqu'il suffit, sans avoir à commander l'accouplement dudit raccord au moyen de suspension, de descendre l'élévateur à une hauteur appropriée jusqu'à ce que la pièce de solidarisation, une fois basculée de 900, se présente en regard de la tette d'une tige horizontale, dtintroduire le col de la tette dans le logement de la pièce de solidarisation, de verrouiller la position de la tige par une simple fourchette puis de commander la montée de l'élévateur pour amener la tige en position verticale à l'aplomb du forage. L'opération de retrait s'effectuant d'une façon inverse avec la même facilité, on voit que l'on réalise ainsi une très grande économie de temps en plus de l'économie déjà réalisée par la suppression des opérations relatives à l'usage de la tige carrée, puisque toutes les opérations de vissage et de dévissage des tiges entre elles ou de liaison directe du raccord et de la tette supérieure d'une tige au cours d1un forage se font automatiquement et que le basculement des tiges d'une position horizontale à une position verticale et réciproquement s'effectue par la simple montée ou descente de l'élévateur. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée suivante, faite. en référence au dessin annexé représentant, à titre d'exemple, un mode de réalisation préféré dtun élévateur conforme à l'invention. Sur le dessin t La figure 1 est une vue en élévation et partiellement en coupe de l'élévateur, la figure 2 la vue en coupe de la partie supérieure de l'élé- vateur faite le long de la ligne II-II, et la figure 3 la vue en coupe de la partie inférieure de l'élévateur faite le long de la ligne III-III. L'élévateur comprend : un raccord I dont l'extrémité supérieure la possède tout filetage désiré en vue de son adaptation à une tête de forage déportée ou sur un moteur coulissant dans un mât et dtune façon générale à tout arbre mobile le long de son axe et susceptible de transmettre un couple moteur dans un sens ou dans le sens opposé. Les commandes d'entraînement longitudinal ou en rotation étant connues et ne faisant pas l'objet de l'invention ne seront donc pas décrites.Des appareils de forage utilisant des têtes de forage de ce type ayant été déjà décrits aux brevets fran çais NO 1.301.354 et NO 1.512.439, il suffit de rappeler que l'avantage essentiel de ces appareils est d1éviter d'introduire systématiquement à l'extrémité du train de tiges une tige carrée entraînée par la table de rotation. Ainsi, selon la présente invention, l'ex- trémité supérieure la du raccord 1 est fixée à tout appareil susceptible de lui fournir un couple moteur, quelle que soit la hauteur où il se trouve dans la course qui lui est assignée. Une collerette 2, soudée sur le raccord, possède sur sa face supérieure une forme appropriée pour constituer avec une forme similaire de la partie inférieure du collier 4 un clabot pour l'entraînement de ce collier. Le raccord 1 comporte à sa partie inférieure un raccord fileté lb destiné à se visser au filetage de la tue supérieure 3a des tiges de forage 3. Le collier 4, figures 1 et 2, est soudé le long de deux méplats aux deux bras verticaux 5 dont les extrémités inférieures portent une pièce 6 de réception des tiges de tiges basculant autour des axes 8. Les axes 8 peuvent être constitués par les estré- mités de boulons vissés dans les bras 5. La pièce 6 comporte deux pièces 9 et 10 dont les faces horizontales servent de guides pour l'insertion d'une fourchette 7 destinée à retenir l'extrémité supérieure 3a d'une tige 3 et à la solidariser à la pièce 6. A cet effet, les plaques 9 et 10 possèdent des ouvertures. circulaires centrales permettant le passage et le centrage de la tête de tige à solidariser avec la pièce 6 et la fourchette 7.Celle-ci comporte deux bras dont les bords internes s'appliquent sur le col 3b et les bords externes sur la paroi interne de la pièce 6. La fourchette 7 peut aussi être remplacée par des mors saisissant la tige 3; elle peut aussi coopérer avec des méplats portés par le col. Pour désengager le système à clabot constitué par la collerette 2 et le collier 4, il suffit d'écarter ces deux pièces l1une de l'autre, le raccord I glissant à l'intérieur du collier 4. La simple descente de l'élévateur lorsque la tige est bloquée entrat- ne donc la libération du raccord 1 par rapport aux bras 5. Lorsque l'on désire ajouter une tige à un train de tiges, on amène l'élévateur à la hauteur à laquelle se présente l'extrémité de la tige, généralement en position horizontale, on bascule la pièce 6 de façon à introduire horizontalement la tête de la tige dans la pièce 6 à travers les ouvertures des pièces 9 et 10 et on solidarise la tête avec la pièce 6 au moyen de la fourchette 7 ou éventuellement au moyen de mors. En remontant l'élévateur, le raccord 1 entraîne dans sa course les bras 5 et provoque le basculement progressif de la tige 3 de sa position primitive à sa position verticale au-dessus du train de tiges et dans son axe.Il suffit, pour effectuer le vissage de l'extrémité inférieure de la tige 3 dans le filetage correspondant de 1'extrémité supérieure de la dernière tige du train de tiges, de transmettre un couple moteur au raccord 1 dont la collerette 2, en prise avec le collier 4, entraîne la rotation des bras 5 et par conséquent de la tige 3 par l'intermédiaire de la piece basculante 6 et de la fourchette 7 ou des-mors utilisés pour fixer le col de la tête de tige. Après avoir ainsi ajouté une tige, sans l'aide de table de rotation complexe à la tete du forage, on peut poursuivre le forage sans utilisation de la tige carrée. A cet effet, on descend la tête de rotation, ou tout autre assemblage d'entratnement, jusqutà ce que le clabot moteur constitué par la collerette 2 se dégage du clabot entraîné constitué par le collier 4 et que l'extrémité filetée lb du raccordl pénètre et se visse dans la tête supérieure 3a de la tige qui vient d'être ajoutée au train de tiges. On peut donc poursuivre le forage jusqu'à ce que la tige 3 soit introduite dans le forage.On peut répéter l'ensemble de ces opérations après avoir dévissé la partie du raccord lb de la tête supérieure de la tige enfoncée, ce que lton réalise aisément en changeant la direction du couple moteur appliqué au raccord 1, puis en retirant la fourchette 7 ou les mors utilisés. Le retrait des tiges s'effectue d1une manière similaire, mais au lieu de retirer la fourchette 7 cu les mors lorsque l'élévateur est en position basse, on remonte le train de tiges. Le clabot 2-4 étant toujours enclenché, on dévisse ltextrémité inférieure de la tige remontée de la tige suivante du train de tiges par blocage de ce dernier et par simple rotation du raccord 1. Après dévissage, on écarte du forage la partie inférieure de la tige remontée en descendant l'élévateur, celui-ci n'étant plus entraîne en rotation. Ainsi un simple guidage de l'extrémité inférieure de la tige hors de l'axe du forage permet de ramener celle-ci en position horizontale lors de la descente de l'élévateur, la pièce 6 supportant la texte de la tige qui en basculant au cours de cette opération permet à l'opérateur de retirer aisément la fourchette 7 en fin de course de 11 élévateur pour libérer complètement la tige. On remarquera qu'en plus de la structure simple et résistante de l'élévateur conforme à 1' invention, la manipulation mécanique des tiges peut s'effectuer pratiquement sans effort manuel en dépit de l'absence dtun poste de gerbage automatique, complexe, coûteux et encombrant. De plus, il est inutile, comme on était amené à le faire dans tous les systèmes antérieurs, de monter dans le mât pour effectuer les opérations de vissage et de dévissage ou de laisser en permanence un ouvrier accrocheur à un poste fixe sur une pas semelle. En particulier, le vissage et le dévissage des tiges, quoique s'effectuant sans table de rotation complexe, sont obtenus mécaniquement en utilisant un même couple, sans effort manuel. On aboutit ainsi à une exécution rapide de l'ensemble des opérations nécessai res i l'ajout ou au retrait des tiges. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à un mode particulier de réalisation, on comprendra que de nombreuses modifi cations pourraient etre apportées à chacun des éléments constitutifs de la structure décrite, sans sortir du cadre de la présente invention. BEVeNDICBItIONS 10) Elévateur pour mise en place et retrait automatiques de tiges dans un forage comprenant un raccord, mobile le long d'une course rectiligne et accouplé à tout organe de transmission de couple moteur pour entraîner sa rotation dans un sens ou dans le sens opposé, un moyen de suspension et de maintien d'une tige de forage sur ledit moyen de suspension, un moyen d'accouplement dudit raccord au moyen de suspension pour assurer à volonté la rotation de celui-ci, un moyen de dégagement dudit raccord du moyen d'accouplement pour permettre leur déplacement l > un par rapport à l'autre et un moyen de solidarisation et de désolidarisation automatiques dudit raccord avec la tige. 20) Elévateur tel que revendiqué en 1 dont le moyen de suspension et de maintien de la tige de forage est composé de deux bras de suspension et d'une pièce de réception d'une tette de tige, un moyen de pivotement autour d'un axe horizontal assurant la liaison entre les bras de suspension et la pièce de réception de la tette de tige. 30) Elévateur tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 et 2, dont le raccord est un arbre et dont le moyen d'accouplement entre le raccord et le moyen de suspension est composé d'une part d'une collerette à clabot solidaire dudit arbre et d'autre part d'un anneau à clabot, ledit arbre glissant dans l'anneau solidaire du moyen de suspension. 40) Elévateur tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 dont le moyen de suspension est composé de deux bras verticaux et le moyen de maintien par une pièce de réception de tette de tige, ladite pièce basculant autour de deux pivots de même axe portés respectivement par l'extrémité inférieure de chacun des bras et comportant deux plaques de guidage horizontales portant une ouverture centrale circulaire pour l'introduction d'une tête de tige, leur écartement permettant l'insertion et la retenue de mors entourant le col de la tête de tige. 50) Elévateur tel que revendiqué en 4, dont les mors sont remplacés par une fourchette formée de deux barres droites dont les bords internes coopèrent avec le col de la tête de tige et dont les bords externes s'ajustent contre les parois internes de la pièce de réception de la tête de tige entre les deux plaques de guidage. 60) Elévateur tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen de solidarisation du raccord et de la tige de forage est un filetage porté par une partie du raccord ayant même axe que l'axe de rotation de l'élévateur, de telle sorte que le glissement dudit raccord par rapport au moyen de suspension amène ledit filetage en regard de celui de la t8te de tige logée dans ledit moyen de suspension. 70) Elévateur pour mise en place et retrait automatiques de tiges de forage comprenant un raccord formé par un arbre portant, à son extrémité supérieure, un filetage de raccordement à tout arbre susceptible de recevoir un mouvement de translation longitudinal et un mouvement de rotation dans une direction et dans la direction opposée, une pièce de suspension formée d'un anneau de mOme axe que l'axe de rotation du raccord, ledit anneau étant soudé le long de deux méplats aux extrémités supérieures de deux bras longitudinaux parallèles audit axe ainsi qu'un moyen de maintien de l'extrémité supérieure des tiges de forage, ledit moyen pivotant autour de deux pivots de mQme axe fixés perpendiculairement aux extrémités inférieures des bras verticaux et comprenant deux montants basculant autour desdits pivots, ces montants étant reliés entre eux par deux plaques de guidage parallèles portant un orifice circulaire central et étant perpendiculaires auxdits montants, de façon à former un assemblage de réception d'une tette de tige et à pouvoir introduire autour du col de la tête de tige une fourchette dont les branches opposées s'appliquent sur les surfaces internes des montants et entre les deux plaques de guidage de telle sorte que la tige se trouve dans l'axe dudit raccord, ce dernier portant en outre une collerette à clabot pour s'engager avec un clabot disposé sur la partie inférieure dudit anneau et à son extrémité inférieure un filetage pour se visser dans le filetage de l'extrémité supérieure de la tige. 80) Procédé d'ajout et de retrait de tiges de forages dans un système comportant un axe fileté mobile le long d'une course rectiligne et recevant un couple moteur dans une direction et dans une direction opposée, caractérisé en ce que l'on solidarise la tige à ajouter à un moyen de suspension d'un élévateur que l'on visse sur ledit axe mobile, on amène la tête inférieure de cette tige andessus du filetage de la tête supérieure de la dernière tige du forage, on commande la rotation de l'axe mobile rendu ainsi solidaire de la tige afin de visser le raccord inférieur de la tige su- périeure dans la tette de la tige inférieure, on désolidarise le moyen de suspension de l'élévateur de l'axe mobile, on descend ledit axe jusqu'à ce qu'il entre en contact avec la tête supérieure de la tige venant d'être vissée et l'on commande sa rotation en vue de visser l'extrémité filetée dudit axe dans la tête de tige et l'on poursuit le forage, le retrait des tiges s'effectuant par des opérations inverses. 90) Procédé tel que revendiqué en 8 dont on amène une tige en position verticale dans Itaxe du forage en équipant l'élévateur d'un logement de la tête de tige basculant autour dsun axe horizontal de l'élévateur en descendant l'élévateur à la hauteur de la tige et en faisant basculer le dispositif de logement de la tete de tige pour que son axe coïncide avec celui de la tige, en introduisant la tige dans le logement, en rendant la tige solidaire dudit logement par un moyen empêchant le retrait de la tige de son logement, et en remontant ledit élévateur, le passage de la position verticale de la tige à la position horizontale s'effectuant par des opérations inverses.