Brevet FR2518636A1 — publié le 19830624

Vérin pour tige de forage de puits utilisé avec une table rotative en place. La présente invention concerne des disposi- tifs en vue de déplacer verticalement une tige dans X une tour de forage de puits. Antérieurement, la Demanderesse a décrit des vérins d'un type essentiellement conçu pour abaisser, dans un puits, un train de tiges de tubage beaucoup plus lourd que la charge maximum pouvant être abaissée dans un puits par un autre équipement d'une tour de forage habituelle Ces vérins comprennent des unités à piston/cylindre qui actionnent, de manière relative- ment verticale, deux dispositifs de retenue de tiges pour laisser descendre le tubage. La présente invention fournit un vérin de ce type conçu pour abaisser un tubage sans devoir retirer, de la tour de forage, la table rotative utilisée lors du forage De préférence, tant la table rotative qu'une partie du mécanisme à vérin restent dans la tour au cours du forage, ainsi qu'au cours du processus ultérieur de déplacement, un prolongement supérieur étant ajouté à l'assemblage en vue de l'adapter à ce déplacement. Dans les dessins annexés: la figure 1 illustre une tour en cours de forage; la figure 2 est une vue partielle agrandie illustrant une partie de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle en plan prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 est une vue partielle agrandie de la tour de forage pendant qu'on laisse descendre un tubage; la figure 5 est une coupe prise suivant la ligne 5-5 de la figure 4; la figure 6 représente une variante; la figure 7 est une coupe verticale trans- versale prise suivant la ligne 7-7 de la figure 6; et la figure 8 représente l'appareil utilisé 3 pour exercer une traction sur une tige de forage en- foncée La figure 1 représente une tour de forage 10 comportant une ossature définissant un pylône 11, un plancher 12 situé au-dessus du sol 13, ainsi qu'une sous-structure 14 supportant le pylône, le plancher et le reste de l'équipement Le moteur traditionnel du treuil 15 actionne un càble 16 pour soulever et abais- ser une poulie mobile 17 par rapport à une poulie de renvoi 18 fixée au sommet du pylône de la tour, per- mettant ainsi de suspendre et de déplacer verticale- ment un train de tiges de forage 19 entraîné sur un axe vertical 20 par une table rotative classique 21 afin de forer le puits 22 La table rotative 21 com- prend un corps non rotatif 23 qui peut avoir une sec- tion horizontale rectangulaire et qui supporte une section intérieure 24 montée à l'intervention de pa- liers 25 pour être entrainé en rotation sur l'axe 20 par le moteur du treuil via une chaîne 26 et un pignon 27 Un assemblage de manchons 121 prévu dans une ou- verture centrale-pratiquée dans la section 24 de la table comporte un manchon principal et un manchon d'entraînement en vue de faire tourner une tige d'en- tra nement non circulaire et engagée formant l'extré- mité supérieure du train de tiges de forage, faisant ainsi tourner un trépan prévu à l'extrémité inférieure du train de tiges afin de forer le puits. Après le forage du puits, un tubage 28 est abaissé dans ce dernier par un mécanisme à vérin 29 comprenant deux unités à piston/cylindre 30 et 31 com- portant chacune un cy lindre vertical ayant une paroi de base 37 et renfermant un piston 38 pouvant effec- tuer un mouvement relatif de va-et-vient le long d'un axe vertical 39 ou 40 sous la pression d'un fluide venant d'une source motrice 130 Les axes39 et 40 sont parallèles à et équidistants de l'axe 20 de part et d'autre duquel ils sont situés Dans les positions inférieures des pistons 38, les surfaces supérieures 42 des tiges 41 de ces pistons se trouvent dans un plan horizontal 45 et au ras des surfaces horizontales su- périeures 43 des cylindres 36, ainsi que de la surface horizontale supérieure 44 dtune poutre 32 supportée par les cylindres Les cylindres 36 sont supportés sur le sol, par exemple, par une structure de base 46. La poutre 32 est rigide et supporte la table rotative 21, de même qu'une unité 34 d'accrochage de tubage et le train de tiges ainsi suspendu en passant par une ouverture centrale 47 pratiquée dans cette poutre. Des ouvertures cylindriques 48 et 49 centrées autour des axes 39 et 40 reçoivent et localisent, avec un ajustage serrant, les extrémités supérieures des corps 36 des cylindres Des anneaux 50 soudés aux cylindres 36 comportent des surfaces horizontales annulaires supérieures 51 pouvant venir s'engager sur la surface inférieure horizontale 52 de la poutre 32 pour soute- nir cette dernière et l'équipement ainsi supporté sur les anneaux précités et à l'intervention des cylindres 36 et de la base 46 Les anneaux 50 peuvent être entretoises par des éléments 53 fixés aux cylindres et à ces anneaux La poutre 32 est empêchée d'effectuer un mouvement latéral au-moyen de taquets de soutien 54 qui y sont fixés à des endroits espacés le long de ses quatre côtés, ces taquets étant fixés, au moyen de boulons 55, à des taquets de soutien 56 eux-mêmes fixés à des organes 57 de l'ossature de la tour de forage. La table rotative 21 est supportée sur la poutre 32 entre des pattes de localisation 58 soudées à cette dernière Pendant qu'on laisse descendre le tubage, l'unité d'accrochage 34 est supportée sur la table rotative afin de transmettre les forces résul- tant de la charge du tubage, de l'unité d'accrochage au sol via la table rotative, la poutre 32 et les cylindres 36 L'unité 34 et une deuxième unité d'ac- crochagre 35 peuvent comporter chacune un corps exté- rieur rigide généralement annulaire 59 (figure 5) avant des surfaces à section décroissant vers le bas 60 centrées autour de l'axe 20 et sur lesquelles peuvent venir s'engager des coins de sûreté 61 espacés sur une circonférence et comportant des surfaces extérieures coniques 62 venant s'engager sur les surfaces 60 pour faire glisser les coins de sûreté vers l'intérieur lors du mouvement descendant Les faces intérieures d'accrochage 63 des coins de sûreté comportent des dents destinées à venir s'engager sur le tubage 28 qui est ainsi supporté Les coins de sûreté sont suspen- dus à un anneau 64 à l'intervention d'articulations 65 assemblées de façon à pouvoir pivoter sur ces coins de sûreté et cet anneau Cet anneau et ces coins de sûreté peuvent être actionnés entre des positions inférieures d'accrochage des tiges (traits pleins en- figure 5) et des positions supérieures de dégagement dans lesquelles les coins de sûreté n'entrent pas en contact avec le tubage (traits discontinus) et ce, au moyen de mécanismes 66 à piston /cylindre dont les cylindres sont fixés au corps 59, tandis que leurs pis- tons sont assemblés à l'anneau 64. Un prolongement supérieur de piston 33 est assemblé aux mécanismes 30 et 31 au cours d'une opé- ration de descente de tubage, cependant qu'il en est détaché au cours du forage; ce prolongement comprend une poutre supérieure 67 qui est supportée par des pistons 38 et qui comporte une ouverture centrale 68, de même qu'une surface supérieure horizontale 69 sup- portant l'unité d'accrochage 35 localisée par des pat- tes 70 sur cette poutre Deux prolongements de tiges de pistons 71 sont soudés à la poutre 67 et s'étendent vers le bas le long des axes 39 et 40, tandis qu'ils sont entretoises par des éléments triangulaires 72 soudés aux éléments assemblés Des parties inférieu- res extérieurement cylindriques 73 des éléments 71 ' viennent s'adapter avec un ajustage serrant dans les tiges de pistons 41, des épaulements annulaires hori- zontaux 74 formés sur ces éléments 71 venant s'engager sur les surfaces 42 afin de supporter les éléments 71, la poutre 67 et l'unité 35 sur les tiges de pistons. Au cours du forage, l'appareil se trouve dans les conditions illustrées dans les figures 1 à 3, la charge de la table rotative étant supportée par la poutre 32 et les cylindres 36 La table rotative fait tourner la tige d'entraînement, le train de tiges et le trépan y assemblé (tous ces éléments étant suspen- dus à la poulie mobile 17) afin de forer le puits. Lorsqu'on ajoute une tige, le train peut être suspen- du à la table rotative au moyen de coins de sûreté. Après le forage, on retire le train de tiges du puits, on assemble l'unité 33 aux extrémités supérieures des tiges de pistons (figure 4), tandis que Von place les unités 34 et 35 sur la table rotative et la poutre 67 Ensuite, au moyen du mécanisme à vérin, on fait descendre le tubage 28 dans le puits On peut tout d'abord suspendre le train de tiges à l'unité 34,tandis que la poutre 67 et ltunité d'accrochage 35 sont ac- tionnées vers le haut par les pistons 38, après quoi les coins de streté de l'unité d'accrochage 35 peuvent venir accrocher le tubage, tandis que les coins de sûreté de l'unité 34 sont dégagés,si bien que, lors du mouvement descendant ultérieur des pistons et de la poutre 67, le tubage descend plus profondément dans le puits Lorsque les pistons atteignent leur position inférieure (traits pleins -en figure 4), l'unité d'accrochage 34 est à nouveau actionnée pour supporter le train de tiges de tubage, tandis que les coins de sûreté de l'unité 35 sont dégagés et que cette unité peut se déplacer vers le haut pour un autre cycle. Le mécanisme à vérin peut également être utilisé éven- tuellement pour remonter le tubage. La variante illustrée dans les figures 6 et 7 est adoptée lorsque le tubage a un poids tel qu'il ne pourrait être supporté par la table rotative; cette variante peut être identique à la forme de réa- lisation illistrée dans les figures 1 à 5, avec cette exception que l'unité inférieure d'accrochage 34 a est supportée sur un socle rigide 75 prenant appui sur une poutre 32 a et enjambant une table rotative 21 a, les pieds 76 de ce socle venant-s'engager sur la surface supérieure 44 a de la poutre 32 a en supportant une partie supérieure horizontale 77 Des pattes 78 formées sur la poutre 32 a viennent s'engager sur les pieds 76 afin de localiser le socle Dans la partie 77 de ce socle, est pratiquée une ouverture 79 en alignement avec les ouvertures pratiquées dans les poutres 32 a et 67 a, la table rotative et les unités d'accrochage 34 a, 35 a de façon à pouvoir laisser descendre le tubage 28 a. Les forces exercées par la charge sont transmises à partir de l'unité 34 a via le socle 75, la poutre 32 a et les cylindres 36 a L'appareil illustré dans les figures 6 et 7 peut être utilisé sans le socle 75 au cours d'une partie initiale de llopération de descen- te du tubage, l'unité 34 a étant supportée directement sur la table rotative)comme représenté en figure 4, jusqu'à ce que la charge atteigne une valeur qui pour- rait endommager la table rotative. La figure 8 représente l'utilisation de l'appareil pour exercer une traction sur une tige de forage enfoncée A cet effet, le prolongement 33 est assemblé comme représenté en figure 4 et l'on installe, sur la table rotative 21-et sur la poutre 67, deux élévateurs classiques 80 et 81 pour tiges de forage, ces élévateurs étant conçus pour venir se placer autoue de la tige de forage 19, pour accrocher cette dernière et pour lui appliquer une force ascendante et/ou pour former des épaulements dirigés vers le haut pouvant venir s'engager sur des extrémités de jonction élargies 82 des tronçons de tiges de forage en exerçant une traction vers le haut contre ces der- nières Lorsque l'élévateur 81 est placé autour de la tige de forage directement en dessous d'un des joints élargis 82, les pistons 38 peuvent être actionnés pour déplacer l'unité 33 vers le haut, la poutre 67 trans- mettant cette force vers le haut à l'élévateur 81, tandis que cet élévateur applique cette force aux extrémités de jonction 82, exerçant ainsi une impor- tante force ascendante sur le train de tiges qui quit- te la position d'enfoncement. REVENDICATIONS 1 Appareil de forage de puits comprenant une table rotative destinée à être installée à un endroit actif prédéterminé dans l'ossature d'une tour de forage, de m 9 me qu'une source motrice pouvant 9 tre actionnée pour faire tourner un train de tiges en vue de forer un puits, un mécanisme à vérin étant prévu pour faire descendre un train de tiges de tubage dans le puits foré, ce mécanisme comprenant une première et une deuxième unité de retenue de tiges pouvant fonc- tionner pour supporter ce tubage de manière amovible, de même qu'un élément actionné par la pression d'un fluide et comportant-des sections à piston/cylindre pour déplacer cette deuxième unité vers le haut et vers le bas par rapport à cette première unitéS, faisant ainsi descendre le tubage -dans le puits, caractérisé en ce que la table rotative reste dans la tour de forage en dessous des deux unités de retenue de tiges pendant que ces dernières sont actionnées-pour faire descendre le tubage. 2 Appareil de forage de puits suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première unité de retenue de tiges est-supportée sur la table rotative 3 Appareil de forage de puits suivant lune quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support venant se placer en dessous de la table rotative en supportant cette dernière et la première unité de retenue de ti- ges au-dessus. 4 Appareil de forage de puits suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une structure support venant se placer en dessous de cette table rotative qui est ainsi supportée, de même qu'un élément soutenu par cette structure support et soute- nant cette première unité de retenue de tiges à partir de cette structure support et au-dessus de la table rotative sans que les forces exercées par la charge soient transmises de cette première unité à travers la table rotative. Appareil de forage de puits suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mécanisme à vérin comprend une structure ressortant en saillie vers le haut au-delà de la première unité de retenue de tiges, tout en supportant la deuxième unité de retenue de tiges pour l'actionner vers le haut et vers le bas au moyen de l'élément actionné par la pression d'un fluide duquel elle peut être retirée afin d'avoir accès à la table rotative pour l'utiliser lors du-forage d'un puits. 6 Appareil de forage de puits suivant ltune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément actionné par la pression d'un fluide comprend deux cylindres situés sur des c 6 tés différents de l'axe du puits pour supporter cette table rotative et cette première unité de retenue de tiges, de même que des pistons en vue d'actionner cette deuxième unité vers le haut et vers le bas par rapport à la table rotative et à la première unité. 7 Procédé consistant à forer un puits avec une tour de forage comportant une table rotative pouvant être actionnée par une force motrice pour entraîner un train de tiges de forage en rotation autour d'un axe, puis abaisser un tubage dans le puits foré au moyen d'un mécanisme à vérin comprenant deux unités de retenue de tiges, ainsi qu'un élément à piston/cylindre pour actionner une de ces unités vers le haut et vers le bas par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'on laisse cette table rotative dans la tour de forage en dessous des unités de rete- nue de tiges pendant qu'on laisse descendre le tubage, ces unités faisant ensuite descendre ce tubage via la table rotative. 8 Procédé suivant la revendication 7, ca- ractérisé en ce que l'autre unité de retenue de tiges est supportée sur la table rotative. 9 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la table rotative est supportée par l'élément à piston/cylindre. 10 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, après le forage du puits, on assemble un prolongement de tige de piston à l'élément à piston/cylindre, l'unité de retenue de tiges étant supportée- de façon à pouvoir se déplacer via ce prolongement de tige de piston.