Brevet FR2486584A1 — publié le 19820115

La présente invention concerne un appareil de forage de puits. Dans l'équipement de forage de puits le plus classique, on utilise une table de rotation faisant tourner une tige d'entraînement non circulaire qui peut descendre à mesure que le trou est foré. On a proposé d'autres systèmes de forage dans lesquels une unité de forage reliée à l'extrémité supérieure du train de tiges comprend un moteur destiné à entraîner ce dernier, cette unité de forage pouvant monter et descendre avec le train de tiges. L'appareil de forage de la présente invention est du type à commande directe décrit ci-dessus, mais il est spécialement conçu pour faciliter l'adjonction ou l'enlèvement d'un tronçon de tube respectivement à et hors du train de tiges. L'unité de forage à moteur est montée sur une structure de guidage verticale pour se déplacer le long de l'axe du puits, tandis qu'elle est également montée pour se déplacer vers au moins une et, de préférence, deux positions décalées latéralement. Dans une de ces positions, l'unité de forage peut être disposée au-dessus d'un trou de souris tandis que, dans l'autre position, elle peut être rétractée dans une position inopérante, avantageusement en montant une partie inférieure de la structure de guidage elle-même de telle sorte qu'elle puisse effectuer un mouvement de pivotement latéral avec l'unité de forage qu'elle supporte. Dans les dessins annexés: la figure 1 est une coupe verticale del'instal- lationdeforage de la présente invention, prise suivant la ligne 1-1 de la figure 2; la figure 2 est une coupe verticale prise sui- vant la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue correspondant à la par- tie inférieure de la figure 1, avec l'unité de forage dans sa position abaissée; la figure 4 est une vue prise suivant la ligne 4-4 de la figure 3; les figures 5 et 6 sont des coupes horizonta- les prises suivant les lignes 5-5 et 6-6 de la figure 1; la figure 7 est une coupe prise suivant la li- gne 7-7 de la figure 3; les figures 8 et 9 sont des coupes verticales prises suivant les lignes 8-8 et 9-9 de la figure 7; et les figures 10 à 14 représentent l'appareil dans différentes conditions. L'équipement de forage comprend un mât 10 sup- portant une structure de guidage verticale 11 sur laquel- le est montée une unité de forage 12 destinée à se dépla- cer le long de l'axe vertical 13 du puits 14 et du train de tiges 15 qui y est logé. Cette structure de guidage 11 comprend deux rails supérieurs de guidage 16 parallè- les à l'axe 13 et fixés rigidement aux organes horizon- taux 17 du mât, ainsi que deux rails inférieurs plus courts 18 ayant la même section transversale que les rails 16 et qui sont alignés verticalement avec ces der- niers dans la position normale de forage illustrée dans les figures 1 et 2, de façon à former des prolongements inférieurs de ces rails 16 qu'ils rejoignent spécifique- ment à des bords inclinés 19. Les rails 18 peuvent être assemblés rigidement l'un à l'autre, par exemple, par soudage à des éléments horizontaux 20 et à des entretoi- ses obliques 21, l'ensemble de l'ossature ainsi formée étant assemblé rigidement à un organe vertical 22 com- portant des broches verticales alignées supérieure et in- férieure 23 et 24 pouvant venir se loger dans des ouver- tures ménagées dans des éléments d'appui 25 et 26 assu- jettis rigidement au mat, permettant ainsi de monter les rails 18 de telle sorte qu'ils puissent pivoter, autour d'un axe vertical 27, entre une position opérante et une position rétractée illustrées respectivement par des li- gnes en traits pleins et des lignes en traits discon- tinus en figure 6. L'unité 12 est montée pour se déplacer vertica- lement sous l'action de deux chariots semblables 28 et 29 comprenant chacun deux plaques latérales verticales espacées parallèlement 30 disposées de part et d'autre du rail 16 ou 18 et qui sont fixées rigidement l'une à l'autre, ces plaques supportant des galets coopérant avec les voies de roulement ainsi formées 16 et 18 afin de guider les chariots en leur permettant d'effec- tuer uniquement un mouvement vertical. Chaque chariot comprend deux paires de galets 31 et 32 venant s'engager sur les côtés arrière des ailes avant des voies de roule- ment en I 16 et 18, ainsi que deux paires de galets 33 et 34 venant s'engager sur les côtés avant de ces ailes, tous ces galets étant montés sur les plaques 30 pour tourner sur des axes horizontaux parallèles et rouler ainsi vers le haut et vers le bas le long des voies de roulement. Deux paires de galets supplémentaires 35 et 36 sont montées sur les plaques 30 pour confiner l'âme principale 34 des voies de roulement 16 et 18 entre elles et empêcher ainsi les chariots de se déplacer latérale- ment. Les plaques 30 de chaque chariot 28 ou 29 sont assemblées à leurs bords extérieurs par une plaque 37 (figure 3) à laquelle sont fixées des entretoises angulaires 38, ces dernières étant assemblées, par leurs extrémités exté- rieures, à deux organes de guidage horizontaux allongés 39 et 40 comportant des axes longitudinaux parallèles 41 et 141. Les extrémités intérieures de ces organes 39 et 40 sont fixées rigidement aux plaques 30 de leurs cha- riots respectifs. La section transversale verticale de l'organe 39 peut être essentiellement rectangulaire (fi- gure 8) avec une série de dents de crémaillère 42 le long de son côté intérieur ou de droite. L'organe 40 peut avoir une section verticale semblable, mais avec des dents de crémaillère 43 sur son côté de gauche. L'unité 12 comprend un tronçon de tube vertical 44 comportant un filet extérieur inférieur 45 par lequel il peut être assemblé au train de tiges 15, ainsi qu'un filet intérieur supérieur 46 par lequel il peut être as- semblé à la tige rotative 47 d'une tête d'injection 48, ce tube renfermant un passage vertical 49 à travers le- quel un fluide en circulation s'écoule vers le bas de la tête d'injection vers le train de tiges. Le corps non rotatif 50 de la tête d'injection comporte une anse 51 à laquelle peut être attaché le crochet 52 d'un moufle mobile 53 qui est soulevé et abaissé au moyen de câbles 54 passant autour des réas du moufle mobile 53, ainsi que de la poulie de renvoi supérieure 55. L'unité de forage 12 comprend un corps 56 comportant des parois su- périeure et inférieure 57 et 58, ainsi que des parois périphériques 59 qui sont toutes assemblées l'une à l'autre pour définir une chambre intérieure 60 renfer- mant des engrenages 61 et 62. Le tronçon de tube 44 est monté sur des paliers de butée 63 et 64 pour tourner par rapport au corps 56 autour de l'axe 13, tandis que l'en- grenage 61 est solidarisé-à ce tronçon de tube 44 pour tourner avec ce dernier. L'engrenage plus petit 62 est accouplé à l'arbre de commande d'un moteur 65 (de préfé- rence électrique) qui est fixé à la paroi inférieure 58 du corps 56 de telle sorte que son axe 66 soit parallèle à l'axe 13. Un frein 67 pour ce moteur peut comprendre un tambour extérieurement cylindrique 68 fixé à l'extré- mité 69 de l'arbre du moteur, ainsi qu'une vessie annu- laire gonflable 71 confinée à l'intérieur d'un logement cylindrique non rotatif 70 et déplaçant des segments de frein courbes 72 vers l'intérieur contre le tambour 68 lorsqu'elle est gonflée afin d'empêcher la rotation du moteur et du tronçon de tube 44 lorsqu'on le désire. Le corps 56 comporte deux oreilles 74 et 75 dans lesquelles sont ménagés des passages 76 et 77, les guides 39 et 40 coulissant dans ces passages pour guider l'uni- s té 12 en un mouvement coulissant horizontal par rapport aux chariots 28 et 29 le long d'un axe horizontal 73 pa- rallèle aux axes 41 et 141. La coulisse 76 a, en 176 et 276, une section transversale calculée de telle sorte S que l'organe 39 vienne s'y loger avec un ajustage serré, les dents d'une roue à pignon 78 entraînée par un moteur 79 fixé au corps 56 venant s'engrener dans les dents de crémaillère 42 pour déplacer le corps 56 et les pièces qu'il supporte, entre les positions illustrées en traits pleins et en traits discontinus en figure 6. De la même manière, l'organe 40 vient glisser avec un ajustage ser- ré dans la coulisse 77, un pignon 80 entraîné par un deuxième moteur 81 venant s'engrener dans les dents de crémaillère 43 pour faciliter le déplacement de l'unité de forage entre ses deux positions illustrées en figure 6. Les moteurs 79 et 81 entraînent leurs pignons simul- tanément et à des vitesses correspondantes, tandis qu'ils sont réversibles, de façon à actionner l'unité de forage dans l'une ou l'autre direction. L'unité de forage peut être retenue dans la position de forage illustrée par des lignes en traits pleins en figure 6 au moyen de deux éléments de verrouillage 84 montés, à l'intervention de broches 85 assujetties aux oreilles 74 et 75, pour pivo- ter sur des axes verticaux parallèles entre les posi- tions inopérantes illustrées par des lignes en traits discontinus en figure 7 et les positons opérantes illus- trées en traits pleins et dans lesquelles des ressorts 86 poussent ces éléments de verrouillage pour les engager sur des broches verticales 87 fixées aux chariots 28 et 29. Lorsque l'unité de forage est déplacée dans sa posi- tion illustrée en traits pleins en figure 6, les broches 87 viennent s'engager sur des surfaces formant cames88dé- finies sur les éléments de verrouillage afin de faire dé- vier ces derniers vers leurs positions illustrées en traits discontinus, au-delà des broches, après quoi les ressorts 86 ramènent les éléments de verrouillage dans leurs positions de retenue illustrées en traits pleins. Les éléments de verrouillage 84 peuvent être libérés ma- nuellement ou par des éléments mécaniques. Au cours du forage, le moteur 65 entraîne l'or- gane 44 via les engrenages 61 et 62, faisant ainsi tour- ner le train de tiges. Lorsque l'unité de forage atteint la position illustrée en figure 3 sur les voies de roule- ment inférieures 18, le joint fileté prévu entre le tron- çon 44 de l'unité de forage et le tronçon supérieur du train de tiges est brisé et complètement éjecté par une rotation à gauche du tronçon 44, spécifiquement par une unité auxiliaire de formation et de rupture de joint. Si on le dé- sire, l'action d'éjection peut être effectuée en uti- lisant un moteur réversible 65. L'unité de forage est ensuite déplacée horizontalement de la position qu'elle occupe au-dessus de l'extrémité supérieure du train de tiges, dans la position illustrée en traits discontinus dans les figures 6 et 10, en libérant les éléments de verrouillage 84 et en actionnant les moteurs 79 et 81, de telle sorte que les pignons entraînés par ces derniers agissent contre les crémaillères 42 et 43 pour déplacer l'unité de forage vers l'extérieur. Ce mouvement est li- mité par l'engagement entre les épaulements 89 formés sur les oreilles 74, 75 et des éléments 190 assujettis aux extrémités des entretoises inclinées 38, ainsi que des organes 39 et 40 des chariots. Dans cette position extérieure extrême, le tube 44 est situé directement au- dessus de et en alignement avec un support de tube 91 introduit dans un trou de souris 92 (figure 4) dont l'axe 93 peut être parallèle à l'axe 13 et dont la pro- fondeur peut être calculée pour y loger n'importe quel nombre désiré de tronçons de tubes assemblés bout à bout. L'appareil de la présente invention n'est pas limité à l'adjonction de tronçons de tubes comme seuls joints in- dividuels, mais on peut également ajouter des supports comprenant un, deux ou trois joints. Le moteur 65 est actionné pour visser l'élément 44 dans l'extrémité supérieure du tube introduit dans le trou de souris, après quoi l'unité 12 est tirée vers le haut le long des voies de guidage 18 et 16 jusqu'à ce que toute la longueur du tube soit extraite du trou de souris et située au-dessus de l'extrémité supérieure du train de tiges (voir figure 11). Les moteurs 79 et 81 sont ensuite actionnés dans une position permettant de déplacer l'unité de forage vers l'intérieur jusqu'à ce qu'elle atteigne une position dans laquelle elle est ali- gnée avec l'extrémité supérieure du train de tiges (li- gnes en traits discontinus en figure 11), après quoi le moufle mobile est abaissé légèrement et les tronçons de tubes provenant du trou de souris sont vissés sur l'ex- trémité supérieure du train de tiges, permettant ainsi de poursuivre l'opération de forage. Lorsqu'il devient nécessaire de déplacer le train de tiges, l'unité de forage 12 peut être amenée dans la position inopérante illustrée dans les figures 13 et 14, en abaissant tout d'abord l'unité 12 sur les tronçons 18 des voies de guidage, puis en faisant pivo- ter ces tronçons 18 et les pièces qu'ils supportent (y compris les chariots et l'unité de forage) autour de l'axe 27, pour les amener dans la position illustrée par des lignes en traits discontinus en figure 6. La figu- re 13 illustre les pièces au cours de ce mouvement, tan- dis que la figure 14 représente l'unité de forage dans sa position complètement décalée, avec le moufle mobile détaché de la tête d'injection et avec un élévateur 94 suspendu au moufle mobile pour tirer le train de tiges vers le haut et permettre ainsi de détacher un tronçon supérieur du reste de ce train de tiges de la manière habituelle. Le train de tiges peut effectuer un trajet complet alors que l'unité de forage occupe sa position rétractée illustrée en figure 14, après quoi on peut faire pivoter cette dernière pour la ramener dans sa posi- tion opérante. REVENDICATIONS 1. Appareil de forage de puits comprenant une unité de forage comportant un élément devant être assem- blé à un train de tiges, un moteur pouvant fonctionner pour entraîner en rotation cet élément et ce train de tiges, ainsi qu'un organe par lequel l'unité de forage est montée de manière mobile, cet organe comprenant une structure de guidage qui, dans une position de forage prédéterminée de l'unité, guide le mouvement de cette dernière le long d'un axe, caractérisé en ce que l'orga- ne de montage supporte l'unité de forage en vue d'un mouvement entre cette position de forage et au moins une position décalée latéralement dans laquelle l'unité de forage, l'organe de montage et le moteur sont déplacés vers un c8té de cet axe. 2.Appareil suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'organe de montage supporte une partie de la structure de guidage sur laquelle prend appui l'unité de forage afin de déplacer cette dernière entre la position de forage et une position décalée latérale- ment. 3. Appareil suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe de montage comprend un raccord pivotant pour le montage d'une première partie de la structure de guidage supportant l'unité de forage, per- mettant ainsi un mouvement de pivotement par rapport à une seconde partie de la structure de guidage afin de faire pivoter l'unité de forage entre la position de fo- rage et une position décalée latéralement. 4. Appareil suivant la revendication 1, carac- térisé en ce que la structure de guidage comprend deux éléments de guidage allongés essentiellement parallèles à l'axe précité et le long desquels l'unité de forage peut se déplacer, l'organe de montage comprenant deux chariots supportant l'unité de forage et guidés par les deux éléments précités, tandis qu'un raccord est prévu pour le montage d'une partie inférieure d'au moins un des éléments de guidage supportant un des chariots afin de permettre son pivotement par rapport à la partie supé- rieure de cet élément de guidage autour d'un axe géné- ralement vertical et dans une relation faisant pivoter l'unité de forage généralement horizontalement entre la position de forage et une position décalée latéralement. 5. Appareil suivant l'une quelconque de reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de mon- tage supporte l'unité de forage pour lui permettre de se déplacer entre la position de forage et une position décalée latéralement qui est située au-dessus de et en alignement avec un trou de souris. 6. Appareil suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe de mon- tage comprend un chariot supportant l'unité de forage et venant s'engager sur la structure de guidage en étant ainsi guidé pour se déplacer avec l'unité de forage le long de l'axe précité, ainsi qu'un élément destiné à monter l'unité de forage sur ce chariot pour lui permet- tre de se déplacer par rapport à ce dernier et à la structure de guidage entre la position de forage et une position décalée-latéralement. 7. Appareil suivant la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comprend un élément à moteur destiné à déplacer l'unité de forage par rapport au chariot. 8. Appareil suivant l'une quelconque des reven- dications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend éga- lement des éléments de verrouillage pouvant être déblo- qués et destinés à empêcher l'unité de forage de se dé- placer en dehors de la position de forage. 9. Appareil suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que l'organe de monta- ge supporte l'unité de forage pour lui permettre de se déplacer entre la position de forage et deux positions différentes décalées latéralement, dans une desquelles l'élément précité peut soulever ou déposer une longueur de tube en dehors de l'axe précité tandis que, dans l'autre position, l'unité de forage, l'élément précité, ainsi que son moteur sont rétractés dans une position permettant un déplacement du train de tiges par un autre équipement. 10. Appareil suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe de mon- tage supporte l'unité de forage pour lui permettre de se déplacer dans une position dans laquelle l'axe de rotation de l'élément précité est décalé vis-à-vis de, mais parallèle à l'axe du train de tiges.