Brevet FR2188041A1 — publié le 19740118

La présente invention concerne les équipements de forage de puits, et plus particulièrement un appareil permettant de positionner et de soulever un outil lourd pour le fixer à I'extré- mité inférieure d'un outil suspendu de façon que les deux soient solidaires en rotation Lorsqu'on fore un puits de pétrole ou autre, il est fré- quemment nécessaire de fixer le trépan à l'extrémité inférieure de la première tige du train de tiges de forage. En général, la première tige est suspendue par un palan au sommet du derrick de forage, le trépan est placé sur la table rotative avec sa partie filetée dirigée vers le haut, puis on abaisse lentement la tige suspendue à l'aide d'un treuil à moteur, jusqu'à ce que les filets de sa partie inférieure soient en contact avec ceux du trépan.On fait ensuite tourner la table rotative pour engager les filetages et la rotation se poursuit jusqu'à ce que le trépan soit vissé à fond. Bien que ces opérations dgassemblage soient relativement simples dans leur principe, elles sont en pratique difficiles et dangereuses à réaliser à cause du poids du trépan et de la tige et de la difficulté d'abaisser cette dernière lentement et avec précision à l'aide du treuil. I1 est fréquent que le choc de la -tige sur le trépan soit suffisamment violent pour endommager les filets.Dans d'autres cas, la tige s'arrête légèrement au-dessus du trépan et il faut alors soit soulever manuellement ce dernier, ce qui est difficile et dangereux à cause de son poids, soit abaisser la tige de la distance restante avec la quasi certitude de heurter violemment le trépan et d'endommager les filets à cause du temps de ddmarrage et d'arrdt du treuil. De plus, pendant la descente du palan, la tige suspendue se balance librement et les monteurs doivent intervenir par des poussées latérales pour la centrer par rapport au trépan. Si pendant ces corrections, il se produit un balancement inattendu de la tige, les mains, les bras ou les mimes les corps des monteurs risquent d'être écrasés entre la tige et le trépan, ce qui rend ces opérations relativement périlleuses. Pour réduire les risques d'endommagement des filets par un choc de la tige suspendue, on utilise généralement une table à ressorts pour la mise en place du trépan. le rôle de cette table est d'amortir le choc de la tige sur les filets du trépan au moment de l'entrée en contact. pendants du fait de la masse importante du trépan et de la fragilité des filets, la table doit comporter un grana nombre de ressorts à faible module d'4lsticité le poids de ces nombreux ressorts rend la table trop lourde pour pouvoir e"tre facilement amenée au-dessus du trou de forage où la tige suspendue se trouve naturellement. La table à ressorts est donc généralement située sur le c8té du puits et les monteurs doivent pousser latéralement la tige suspendue pour guider sa descente jusqu'au trépan. Ces problèmes ne se posent pas seulement pour le montage initial du trépan à l'extrémité de la première tige, mais à chaque fois qu'on doit le remplacer. Par ailleurs, d'autres outils relativement lourds tels que des colliers de forage, des sabots de cimentatio, des raccords de tubage, etc. doivent être vissés à l'extrémité du train de tiges, généralement par le même procédé. Il serait beaucoup plus simple, moins long et moins dangereux d'abaisser le train de tiges juste au-dessus du trépan, de soulever à volonté le trépan pour amener les filets en contact, puis de lefaire tourner pour le visser à l'extrémité de la tige. La présente invention a donc pour objet unappareil simple permettant de positionner un outil de forage au-dessus d'un puits, de le soulever pour l'amener en contact avec un outil suspendu, et le faire tourner pour réaliser l'accouplement des deux outils. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un tel appareil comprend une table rotative recevant I1 outil inférieur, un dispositif de levage permettant de l'amener en contact avec un outil supérieur suspendu, et un dispositif de montage permetitan une rotation de la table pour assembler l'outil inférieur à l'extrémité de l'outil suspendu. Le dispositif de levage comprend un levier actipnné à la main et le dispositif de montage comprend un système d'articulation et d'arrêt autorisant une rotation horizontale limitée de la table pour faciliter l'alignetnent des deux outils. La table est équipée d'un dispositif de positionnement de lbutil qui comprend des bras extensibles verrouillables dans différentes positions pour s'adapter à divers outils.En résumé, l'appareil de l'invention est léger et mobile pour permettre d'amener l'outil directement gu-dessus du trou de forage à la verticale de la position naturelle de l'outil suspendu. D'une manière générale, l'appareil de l'invention est destiné aux installations de forage dans lesquelles les outils sont suspendus verticalement au-dessus du puits. Il permet d'amender l'outil inférieur à la verticale des outils supérieurs suspendus et comprend une table équipée pour recevoir et positionner l'outil inférieur, un dispositif de levage permettant de soulever sensiblement verticale lement la table et l'outil de forage pour amener ce dernier en contact avec l'outil suspendu, et un dispositif de montage autorisant une rotation de la table pour assembler les deux outils.Le dispositif de levage peut être un levier actionné à la main. le dispositif de montage permet une rotation de la table et de ltouti;; autour d'un axe sensiblement vertical et comporte une articulation permettant un pivotement de la tahle autour d'un axe horizontal. La table comporte des moyens de centrage de l'outil, tels qu'une broche centrale et des bras extensibles comportant des dispositifs de guidage et de verrouillage qui permettent d'adapter la table à des outils de forage de différents types et de différentes dimensions. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels La figure 1 représente schématiquement la table de forage d'un puits de pétrole et l'utilisation de l'appareil de l'invention pour mettre en place un trépan à l'extrémité du train de tiges de forage. La figure 2 est une coupe verticale agrandie de l'appareil de la figure 1 sur lequel le trépan est représenté en traits mixtes. La figure 3 est une vue en perspective agrandie de l'un des bras réglables de l'appareil de la figure 1. La figure 4 est une vue de dessus dans le sens des flèches IV-IV de la figure 2, montrant plus particulièrement la table et les bras extensibles de l'appareil de la figure 1. la figure 5 est une coupe suivant la ligne brisée V-V de la figure 4. La figure 1 représente l'appareil 10 de l'invention pour le positionnement et l'engagement des filetages d'un outil de forage. l'appareil 10 est utilisé sur la base d'un puits 11 comportant une table de forage 12 surmontée d'n derrick 13. Un treuil à moteur (non représenté) est associé au derrick et commande le ctble d'un palan (non représenté) dont la moufle fixe est accrochée au sommet du derrick 13 et dont la moufle mobile est accrochée en haut de la première tige 14 d'un train de tiges de forage. L'extrémité inférieure de la tige 14 comporte un filetage externe 15 qui s'adapte dans le taraudage axial 16 d'un trépan 17 ou d'un autre outil de forage lourd. le trépan ou l'outil 17 est représenté en position sur l'appareil 10 qui permet de l'amener à la verticale de la tige t4, puis de le faire monter à sa rencontre. l'appareil 10 de l'invention comprend essentiellement une table rotative 20 recevant l'outil 17, un dispositif de levage 25 associé à la table pour faire monter l'outil à la verticale à la rencontre de la tige 14, et un dispositif d'articulation et de rotation 35 permettant de faire tourner la table 20 et l'outil 17 pour engager ce dernier sur la tige de forage t4. L'appareil 10 comprend en outre des moyens de positionnement et de maintien de l'outil 17 au centre de la table 20. La table 20 est mieux visible sur les figures 2, 4 et 5 et comprend un disque supérieur 21 sous lequel est soudé un bossage central 22. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le dispositif de levage 25 est de préférence un levier coudé 26 dont l'extrémité 27 supporte la table et dont l'autre extrémité 28 sert de poignée. Un tube support 29 fixé transversalement au coude du levier 26 permet de stabiliser latéralement le point de pivotement (voir figure 5). Le levier 26 est renforcé par une entretoise 30 qui part de son extrémité inférieure 27, passe au-dessus du tube stabilisateur 29 et est soudée à la partie montante 28. Comme le montre la figure 1, l'extrémité supérieure du levier 26 comporte un oeil 31 dans lequel passe un anneau 32 Fr lequel l'appareil 10 peut autre suspendu à un cible de manutention qui permet de le ranger de catie. Dans une forme préférée de l'appareil de l'invention, l'ensemble d'articulation et de rotation 35 comprend un support rotatif 40, sur lequel est montée la table 20, et un dispositif d'articulation 50 permettant un pivotement de la table 20 autour d'un axe horizontal. Comme le montre la figure 5, le support rotatif 40 est logé dans un alésage central 41 du bossage 22 et comprend une butée à billes 42. Une pièce de pivotement 43 se termine en un axe supérieur 44 qui est introduit dans la butée à billes 42 Jusqu'à ce que son épaulement 45 porte contre la bague interne du roulement. l'axe 44 est maintenu dans la bague interne de la butée à billes 42 par un jonc d'arrêt 46. Juste en-dessous de la butée à billes 42, l'alésage central 41 est obturé par une bague d'étanchéité 47 maintenue en place par un jonc d'arrêt 48. La bague 47 assure l'étanchéité autour de la partie centrale 49 de la pièce de pivotement 43 pour empOcher la pénétration de poussières et de particules étrangères dans les roulements à billes 42. Comme le montrent les figures 5 et 2, le dispositif d'articulation 50 comprend la partie inférieure ou chape 51 de la pièce de pivotement 43 qui comporte un trou horizontal 52. Deux colliers tubulaires espacés 53 sont soudés à l'extrémité inférieure 27 du levier 26. les colliers 53 contiennent chacun une bague en laiton 54 destinée à recevoir un axe horizontal 55. L'axe 55 traverse les deux colliers 53 et le trou horizontal 52 de la chape 51 de la pince d'articulation 43. Une goupille 56 rend la chape 51 solidaire en rotation de l'aie 55.Les colliers tubulaires 53 comportent des graisseurs 57 pour lubrifier l'axe 55 à l'intérieur des douilles de laiton 54. le basculement de la partie 51 de la pièce d'articulation 43 avec l'axe 55 est limité dans un sens par l'entrée en contact de la goupille 56 avec l'extrémité 27 du levier, et dans l'autre sens par l'entrée en contaS de la table 20 avec l'entretoise de renfort 30 du levier 26. De plus, l'appareil 10 comprend de préférence un dispositif de positionnement 60 formé d'un ergot central 61 et de bras réglables 65. Comme le montre mieux la figure 5, l'ergot 61 est une pièce dont l'extrémité supérieure est tronconique et dont 1' extrémité inférieure s'engage de mabère amovible dans le trou central 62 du disque 21. - Les bras réglables 65 vont maintenant être décrits et l'un d'eux est représenté figure 3. Chaque bras 65 comprend une partie supérieure 66 et une partie inférieure 67 réunies à leurs extrémités extérieures par une entFetolse 68. L'extrémité extérieure de chaque bras 65 est équipée d'un mon d'arrêt 69 qui est de préférence un ergot vertical. Comme le montre la figure 4, chaque bras 65 monté sur le disque 21 comprend un dispositif de guidage 70 qui permet de maintenir les ergots d'arrêt 69 sensiblement sur une même circonférence autour de la table 20. le dispositif de guidage 70 comprend une paire d'ergots espacés 71 qui dépassent du disque 21 à proximité de sa circonférence de part et d'autre d'encoches 72 régulièrement réparties autour du disque. Le disque 21 comporte des fentes 73 décalées radialement par rapport à son centre et qui reçoivent un galet 74 placé entre les parties supérieur et inférieure 66 et 67 du bras 65. le galet 74 ne peut pas sortir de la fente 73 et limite la course du bras 65 par rapport au disque 21. les bras réglables 65 comportent également un dispositif de verrouillage 75 qui permet de les maintenir dans diverses positions prédéterminées. Dans la forme préférée de l'invention, le dispositif de verrouillage 75 comprend pour chaque bras 65 une ligne de trous 76 percés dans le disque 21 parallèlement à la fente 74. Une lame de ressort 77 est fixée par des vis 78 au voisinage de l'extrémité extérieure de la partie inférieure 67 du bras 65. L'autre extrémité de la lame 77 comporte un doigt de verrouillage 79 qui traverse la partie 67 par un trou 80 et s'engage dans l'un des trous 76 pour verrouiller longitudinalement le bras 65. Lorsqu'il est nécessaire de monter un outil à l'extrémité du train de tiges, l'appareil 10 est amené sur la table de forage 11 au voisinage du puits (non représenté). On engage dans l'ouverture centrale 62 une pièce de centrage 61 dont la forme dépend de l'outil 17. Chaque bras 65 est ensuite réglé à la longueur voulue en tirant le doigt de verrouillage 79 hors du trou 76, en faisant coulisser le bras 65 vers la position voulue et en relâchant le doigt 79 pour permettre à la lame de ressort 77 de le ramener dans le trou 76 choisi pour verrouiller le bras 65. L'outil 17 est ensuite mis en place manuellement sur le disque rotatif 21 sur lequel il est centré par la pièce 6t et les ergots 69 à la périphérie de la table. Pendant qu'un premier monteur maintient l'outil 17 sur la table 20, un second moteur amène manuellement l'appareil 10 à la verticale de la tige suspendue 14, comme illustré figure 1. Lorsque l'appareil 10 est convenablement placé, le pressier monteur fait pivoter la table 20 de façon à mettre outil 17 en position verticale, si besoin en est, pendant que le second monteur appuie sur l'extrémité 28 du levier 26 pour soulever ensemble la table 20 et l'outil 17. Pendant cette opération, le premier monteur tient d'une main la tigesuspensue 14 pour empêcher les balancements et faire des corrections mineures d'alignement. Lorsque l'outil 17 entre en contact avec la tige 14, le premier monteur fait tourner la table 20 pour engager les filets internes t6 de l'outil sur les filets externes 15 de la tige 14.Pendant cet engagement des filets 15 et 16, le second monteur soulève progressivement l'outil 17 pour soulager la charge et faciliter le vissage. Aprbs quelques tours de l'outil 17, les filets sont bloqués à fond et l'appareil 10 peut titre escamoté jusqu'à ce qu'il soit nécessaire pour un nouveau changement d'outil. L'appareil 10 peut également servir à empocher la chute d'un outil lourd 17 au moment où il est dévissé de l'extrémité inférieure du train de tiges 14. Pour cela, il suffit de placer l'appareil 10 à l'endroit voulu et de soulever manuellement la table 20 Jusqu'd ce qu'elle soit en contact avec l'outil 17. On voit donc que l'appareil de l'invention peut recevoir un outil lourd et permet de le soulever Jusqu'd ce qu'il soit en contact avec un outil suspendu et de le faire tourner pour l'assembler à l'extrémit de l'outil supérieur. il va de soi que la description prdeédente n'est nullement limitative et qu'on pourra y apporter diverses modifications ou variantes entrant dans le cadre et dans l'esprit de l'invention. Revendications 1. Appareil pour poFFionner verticalement et pour assembler par rotation un outil de forage lourd à l'extrémité inférieure d'un outil supérieur suspendu tel qu'un train de tiges de forage, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une table pour recevoir et positionner l'outil inférieur, un dispositif de levage associé à la table pour la faire monter généralement verticalement avec l'outil jusqu'à ce qu'il entre en contact avec l'outil suspendu dans l'alignement vertical de ce dernier, et un dispositif de montage associé à la table et au dispositif de levage de façon à permettre la rotation de la table et de l'outil par rapport à l'outil supérieur suspendu pour réaliser ledit assemblage par rotation. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de montage comprend une articulation à axe horizontal permettant de faire pivoter la table et l'outil par rapport l'outil suspendu pour réaliser l'alignement vertical nécessaire à l'assemblage. 3. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispcatif de montage comprend des butées associées à ladite articulation pour limiter le pivotement de la table et de l'outil autour de l'axe. horizontal. 4. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif de levage comprend un levier du premier genre dont une extrémité porte le dispositif de montage et dont l'autre constitue une poignée, un pivot étant fixé à proximité de l'extré- mité qui porte le dispositif de montage, ledit pivot 's'étendant transversalement pour assurer la stabilité latérale du levier sur son axe de pivotement. 5. Appareil selon la revendication 4 caractérisé en ce que le dispositif de montage comprend une articulation à axe horizontal permettantun un pivotement de la table et de l'outil par rapport à l'outil supérieur suspendu, l'axe d'articulation étant parallèle à l'axe de pivotement du levier pour permettre de maintenir la table horizontale sur toute la course dudit levier, un dispositif de butée limitant le pivotement horizontal de la table et de l'outil par rapport à l'outil suspendu, zizis autorisant un pivotement suffisant pour maintenir la table en position horizontale sur toute la course du levier. 6. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que la table est équipée de moyens de positionnement et de centrage de l'outil. 7. Appareil selon la revendication 6caractérisé en ce que les moyens de positionnement et de centrage comprennent plusieurs bras réglables par rapport à la table, l'outil étant centré par des saillies solidaires desbras, des dispositifs de guidage des bras par rapport à la table permettant de maintenir lesdites saillies sensiblement sur une circonférence concentrique par rapport à la taBle. 8. Appareil selon la revendittion 7 caractérisé en ce que chaque bras comprend une partie supérieure et une partie inférieure reliées par une entretoise à leurs extrémités extérieures, les deux parties s1 engageant de part et d'autre de la table pour être supportées dans toutes les positions des bras. 9. Appareil selon la revendication 7 caractérisé en ce que les dispositifs de guidage de chaque bras comprennent une fente pratiquée dans la table, une paire d'ergots espacés dépassant de la table et un galet dépassant du bras à l'intérieur de ladite fente, le bras étant guidé par les ergots espacés et par le galet qui se déplace dans la fente, l'engagement du galet aux deux extrémités de la fente limitant l'extension et la rétraction du bras. 10. Appareil selon la revendication 7 caractérisé en ce que des dispositifs de verrouillage permettent de bloquer les bras dans des positions prédéterminées par rapport à la table. 11. Appareil pour positionner et assembler manuellement un outil de forage lourd ayant une première partie filetée à 1' extrémité d'un second outil de forage suspendu généralement verticalement et ayant une seconde extrémité filetée, le second outil étant suspendu à une distance donnée au-dessus d'un support, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend une table pour recevoir et mettre en place l'outil dont la première extrémité filetée est tournée vers le haut généralement verticalement, un dispositif de montage de la table permettant de la faire orner manuellement avec l'outil quelle porte, et un levier associé au dispositif de montage pour soulever manuellement la table sur une distance verticale au moins égale à la hauteur du second outil au-dessus du support de façon à amener le premier outil en contact avec le second pour faciliter l'engagement des deux filetages par une rotation de la table et du premier outil par rapport au second outil. 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le levier permet de faire monter lentement le premier outil pendant la rotation pour soulager les filets de son poids.