Brevet FR2523635A1 — publié le 19830923

Dispositif de manuj X on de tiges de forage La présente invention est relative à un dispositif de manuten- tion de tiges de forage, notamment pétrolier, dans une installation du type dans laquelle le système d'entraînement en rotation des tiges est placé directement sous le crochet de suspension. Dans les installations connues à système d'entrrainement disposé sous le crochet, l'encombrement du moteur électrique utilisé et du réducteur est tel qu'il est nécessaire d'utiliser des derricks de hauteur supérieure à ceux utilisés dans les installations du type à rotary. Un but de la présente invention est de réaliser un ensemble de manutention de tiges compact et d'encombrement réduit, pouvant être monté sur tout derrick existant sans nécessiter de surélever ce dernier. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif permettant de compenser automatiquement la variation de longueur du train de tiges, résultent du dévissage ou du vissage lors des opérations de forage. L'invention a pour objet un dispositif de manutention de tiges de forage comprenant, suspendu à un crochet, un moteur associé à un réducteur et entrainant en rotation autour de son axe un arbre creux vertical relié à une canalisation d'amenée de boues de forage, carac- térisé en ce qu'est disposé autour dudit arbre un vérin comprenant un cylindre solidaire de l'arbre et un piston annulaire entrainé en rota- tion avec l'arbre et pouvant effectuer des mouvements de translation parallèles audit axe, ledit piston étant prolongé hors du cylindre par une pièce d'extrémité tubulaire filetée à sa partie inférieure pour pouvoir se visser sur une tige de forage, le dispositif comprenant en outre, disposés dans le prolongement de la pièce d'extrémité, un jeu de griffes rétractables et un jeu de patins permettant d'immobiliser le train de tiges. De préférence l'arbre creux et le piston annulaire possèdent des cannelures verticales empêchant la rotaton du piston. Avantageusement, une vanne est interposée entre le piston annu- laire et la pièce tubulaire d'extrémité. 2 - L'invention va être précisée par une description détaillée d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente une vue générale d'un derrick équipé d'un dispositif de manutention de tiges selon la présente invention la figure 2 est une vue en élévation et demi-coupe partielle du dispositif de manutention selon l'invention la figure 3 est une vue en coupe agrandie d'une partie du dispositif. La figure 1 représente une vue générale d'un derrick destiné au forage. On distingue la structure du derrick 1 posée au sol 2 Le train de tiges est référencé 3; la référence 4 désigne un ensemble de tiges préassemblées ( 3 tiges par exemple) qui va être fixé au train de tige 3 grâce au dispositif de l'invention Le dispositif permet aussi de démonter une tige ou un ensemble de tiges du train de tiges Les ensembles de tiges préassemblées sont stockées verticalement dans une zone 6; le dispositif d'entraînement et de manutention des tiges est globalement référencé 7 Il est suspendu à un crochet 8 placé à la partie supérieure du derrick, luimême étant fixé à un moufle 8 A. Par ailleurs, il est fixé, par l'intermédiaire de vérins 9 à des chariots 10 mobiles le long de pistes 11. Ceci permet de déplacer le dispositif dans le sens vertical, de l'orienter selon les directions horizontales et même de le stocker dans une zone de stockage 12. On distingue enfin dans la figure 1 un conduit 13 d'amenée des boues de forage. La figure 2 représente agrandie une partie de l'installation de la figure 1. La figure 3 représente le dispositif de manutention de l'inven- tion. Les éléments communs aux figures 1, 2 et 3 ont reçu les mêmes éléments de référence. Le dispositif comprend un arbre creux 20, entrainé en rotation par un moteur 21, de préférence hydraulique La boue du conduit 13 passe dans l'arbre 20. 3 3- Le rectangle 22 représente un réducteur de vitesse de type connu qui ne fait pas partie de l'invention et qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail. Le dispositif de manutention comprend un vérin tournant consti- tué d'un piston annulaire 24, pouvant être entralné en rotation avec l'arbre creux 20 et pouvant se déplacer en translation parallèlement à l'axe de l'arbre, et un cylindre 26 fixé à l'arbre 20. Le piston annulaire possède des cannelures parallèles à l'axe de l'arbre; l'arbre possède des cannelures correspondantes Ce double jeu de cannelures autorise ainsi les mouvements annoncés plus haut. Les mouvements de translation du piston, ainsi que les mouve- ments des pièces qui sont décrites plus loin, sont commandés hydrauli- quement au moyen de canalisations d'huile 27 qui pénètrent dans l'en- semble mobile 24, 25, 26 par un joint tournant 28. Le piston 24 se prolonge hors du cylindre 26 par un tube tige 25 A à laquelle est fixée, par l'intermédiaire d'une pièce d'adaptation 30 une vanne à boule 31, commandée hydrauliquement et fixée à un support annulaire 32 Cette vanne permet le contr 8 le des éruptions et permet également d'éviter que la boue ne tombe sur la tête du personnel du plancher lorsque les tiges sont otées. Au support 32 est fixée une pièce d'extrémité 33 qui présente un filetage extérieur 33 A complémentaire de celui que présente intérieu- rement la partie renflée 4 A (appelée en anglais tool-joint) de l'ex- trémité de la tige de forage 4 à manutentionner. L'ensemble mobile décrit ci-dessus est protégé par un carter fixe 35, réalisé en plusieurs éléments assemblés par des couronnes de fixation 37 Sur ce carter sont fixés deux ensembles à vérins. Le premier ensemble comprend un groupe de vérins dont les pis- tons sont référencés 41 A et les cylindres 41 B Chaque piston est pro- longé par une pièce 41 C à laquelle est fixé un crochet ou griffe 42. Les formes coniques complémentaires du crochet et du cylindre permet- tent au crochets de se rapprocher ou de s'éloigner de l'axe. Le mouvement simultané des crochets permet ainsi de maintenir le train de tiges par accrochage sous la partie renflée 4 A du train de tiges Il y a avantageusement quatre vérins actionnant chacun un cro- chet. -4 - Le second ensemble comprend un groupe de-vérins dont les pistons sont référencés 43 A et les cylindres 43 B Chaque piston est associé à une pièce 43 C qui agit sur un patin 44; les formes coniques complémen- taires des patins et des cylindres permettent un serrage énergique de l'extrémité de la tige 4. Avantageusement, il y a 4 vérins agissant sur 4 patins. Le fonctionnement du dispositif est le suivant, lorsqu'on désire accrocher un nouvel ensemble 4 de tiges au train 3, qui est immobilisé au niveau du plancher selon une technique connue. Grâce aux vérins 9 et chariot 10, l'ensemble du dispositif est amené audessus de la zone 6 o sont stockées les tiges (ou ensembles de tiges) Le dispositif (moteur 21 arrêté) est descendu de manière à venir coiffer une tige, ce qui est facilité par le cône 48 à la base du dispositif Lorsque l'extrémité 4 A de l'ensemble est engagé, on actionne le vérin 41 A 41 B pour saisir l'ensemble qui peut alors être déplacé de la zone de stockage jusqu'à la verticale du train 3. Lorsque l'ensemble 4 A et le train 3 sont alignés on les rappro- che. L'ensemble 4 A est alors fortement bloqué par manoeuvre du vérin 43 A 43 B; puis le moteur est mis en route de manière à faire tourner l'ensemble mobile 20 24 32 33, ce qui a pour effet de visser l'extrémité 33 à l'ensemble de tiges 4 A. Le vérin 43 A-43 B bloquant toujours l'ensemble de tiges 4 A, le moteur 21 est remis en marche pour visser, l'extrémité inférieure 4 B de l'ensemble 4 au train de tiges 3 (voir figure 1). Les vérins 41 A-41 B et 43 A-43 B libèrent alors l'ensemble de tiges 4 et le forage peut remprendre en remettant en route le moteur 21. L'opération de démontage des ensembles de tiges se fait de ma- nière analogue. Le r 8 le du vérin 24-25 est triple d'une part il assure les mouvements de translation verticale de faible amplitude nécessaire lorsqu'on approche (ou qu'on éloigne) l'extrémité 33 des tiges 4 ou l'ensemble de tige 4 du train de tiges 3 d'autre part, il permet de compenser la longueur des filetages aux moments des vissages ou dévissages. associé à une capacité hydraulique il permet, au cours du forage, d'amortir certaines vibrations pouvant remonter du train de tiges. Le dispositif de l'invention présente de nombreux avantages il est suffisamment compact pour remplacer les dispositifs existant sans surélévation du derrick il peut être écarté et mis dans une position non gênante, en cas de panne et remplacé par un système de manutention classique il permet des compensations de filetage et des amortissements de vibration il permet d'obturer aisément le conduit de boues lorsque les tiges sont otées il permet une manutention rapide et absolument sans danger des tiges de forage 6 6- REVENDICATIONS 1/ Dispositif de manutention de tiges de forage comprenant, suspendu à un crochet ( 8) un moteur ( 21) associé à un réducteur ( 22) et entrai- nant en rotation autour de son axe un arbre creux vertical ( 20) relié à une canalisation d'amenée de boues de forage, caractérisé en ce qu'est disposé autour dudit arbre un vérin comprenant un cylindre ( 26) soli- daire de l'arbre et un piston annulaire ( 24) entrainé en rotation avec l'arbre et pouvant effectuer des mouvements de translation parallèles audit axe, ledit piston étant prolongé hors du cylindre par une pièce d'extrémité tubulaire filetée ( 33) à sa partie inférieure pour pouvoir se visser sur une tige de forage, le dispositif comprenant en outre, disposés dans le prolongement de la pièce d'extrémité, un jeu de grif- fes rétractables ( 42) et un jeu de patins ( 44) permettant d'immobi- liser le train de tiges. 2/ Dispositif selon la revendication ( 1) caractérisé en ce que l'arbre creux ( 20) et le piston annulaire ( 24) possèdent des cannelures verti- cales ( 25) empêchant la rotation de piston autour de l'arbre. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une vanne ( 31) est interposée entre le piston annulaire ( 24) et la pièce tubulaire ( 33) d'extrémité.