Brevet FR2529940A1 — publié le 19840113

i La présente invention se rapporte à un dispositif de dévissage de tiges de forage_ pour une machine de forage à tiges en plusieurs élégents, ledit dispositif de dévissage oeipre- nant un mandrin d'accouplement qui peut être accouplé à une perforatrice de la machine de forage et qui est muni d'un trou traversant destiné à recevoir une tige de forage qu'il s'agit de visser dans un embout de tige de forage so- lidaire de la perforatrice, et des moyens de serrage mon- tés dans le mandrin d'accouplement, lesdits moyens de ser- rage pouvant être amenés à une position de blocage dans la- quelle ils sont engagés en saillie dans ledit trou du man- drin d'accouplement et bloquent la tige dans le mandrin d'accouplement, et à une position de dégagement dans la- quelle ils laissent la tige libre de se déplacer par rap- port au mandrin d'accouplement. Dans le forage avec tiges en plusieurs éléments, pour assem- bler et désassembler des tiges de forage élémentaires, on utilise des dispositifs de dévissage particuliers qui sont utilisés en coopération avec ce qu'on appelle des guides de retenue La fonction du dispositif de dévissage est de bloquer la tige de forage vissée dans l'embout de tige de forage sans rotation par rapport à l'embout lorsque l'extrémité opposée de la tige de forage doit être dévissée de la tige de forage suivante, qui est retenue par le guide de retenue, par un mouvement de rotation de l'embout de la tige de forage et, également, de débloquer la tige de forage lorsque l'extrémité de cette tige qui est dirigée vers l'embout doit être dévissée de cet embout ou vissée dans cet embout, par un mouvement de rotation de cet embout. on connait déjà antérieurement, par le brevet des E.U A 3 851 714, un dispositif de dévissage dans lequel un piston est monté dans un alésage axial prévu dans l'ex- trémité de l'embout de tige de forage qui regarde vers la perforatrice, piston sur lequel une broche d'accouplement fait saillie vers l'extrémité avant libre de l'embout de la tige de forage La surface externe de la broche d'ac- couplement est munie de cannelures longitudinales et la broche coulisse dans un manchon de guidage monté fixe dans l'alésage de l'embout de la tige de forage, la surface in- terne du manchon étant munie de cannelures correspondan- tes Le piston peut être-déplacé à l'aide d'un milieu sous pression en surmontant un effet élastique, de manière que la broche d'accouplement coulisse dans le manchon de guida- ge entre une position de blocage, en extension et une posi- tion rétractée de désolidarisation L'extrémité avant de l'embout de la tige de forage est munie d'un filetage ser- vant à fixer une tige de forage par vissage A l'extrémité de la tige de forage, est prévu un alésage axial dont la surface interne est munie de cannelures analogues à celles de la broche d'accouplement Lorsque la tige de forage doit être bloquée sans rotation par rapport à l'embout de la tige de forage, la broche d'accouplement est poussée dans sa position de blocage, dans laquelle les cannelures de la broche d'accouplement ont été poussées et mises en prise avec les cannelures de la tige de forage. Lorsque le mouvement de rotation entre la tige de forage et l'embout de la tige de forage doit être autorisé, la bro- che d'accouplement est ramenée à sa position de désolidari- sation. La construction selon ce brevet des E U A est ba- sée sur le fait que la tige de forage et son embout peu- vent être fixés, bloqués sans rotation de l'une par rapport à l'autre, par blocage de la tige de forage immobile en rotation par rapport à un élément d'accou- plement qui est bloqué solidairement sans rotation par rap- port à l'embout de la tige de forage Toutefois, un dispo- sitif de dévissage construit conformément à ce principe présente certains inconvénients remarquables La broche d'accouplement englobent le piston et le ressort doit être en permanence entraînée en rotation conjointement avec l'embout de la tige de forage, ce qui consomme de 252 '9940 l'énergie L'extrémité de la tige de forage doit être mu- nie de cannelures pour la broche d'accouplement, ce qui constitue une opération possible pour la production L',en- foncement de la broche d'accouplement en prise dans les cannelures de la tige de forage manque de fiabilité parce que les cannelures de la tige de forage doivent être posi- tionnées exactement dans l'alignement des cannelures de la broche d'accouplement, ce qui exige l'établissement d'une position angulaire précise de la tige de forage par rap- port à l'embout de la tige de forage Des conditions de fonctionnement en milieu sale peuvent géner l'a fiabilité de la manoeuvre d'accouplement de la broche d'accouple- ment En outre, cette construction-rend plus difficile l'a- gencement du dispositif d'injection parce que la broche d'accouplement bouche l'alésage central de la tige de fo- rage En outre, ce dispositif de dévissage est mal appro- prié pour les perforatrices à percussion. On connait déjà par le brevet, britannique 1 302 109 un dispositif de dévissage qui comprend un mandrin d'accouplement cylindrique muni d'un trou traversant desti- né à recevoir une tige de forage, ledit mandrin d'accouple- ment étant fixé rigidement à un arbre de forme annulaire qui tourne avec l'embout de la tige de forage Le mandrin d'accouplement est muni de trois roues excentriques unifor- mément espacées montées dans le mandrin autour du-trou tra- versant Les roues excentriques sont montées pour tourner librement par rapport au mandrin autour d'arbres parallè- les à l'axe du trou La rotation des roues excentriques en- tre une position de blocage, dans laquelle elles font sail- lie dans le trou, et une position de dégagement se produit sous l'effet de l'inertie qui agit sur les roues excentri- ques lorsqu'on fait tourner le mandrin d'accouplement avec l'embout de la tige de forage Les roues excentriques sont munies de cames saillantes qui, dans la'position de bloca- ge, sont pressées vers la circonférence de la tige de forage contre la surface externe de cette tige de forage pour empêcher cette dernière de tourner par rapport au mandrin d'accouplement, et par conséquent, également par rapport à son embout. Le dispositif de dévissage selon ce brevet britan- nique est également basé sur le fait que l'embout de la ti- ge de forage et la tige de forage peuvent être bloqués so- lidairement sans rofation de l'un par rapport à l'autre, par le blocage de la tige de forage sans rotation par rapport à un élément d'accouplement qui est monté sans rotation par rapport à l'embout de la tige de forage. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné plus haut, dans un disposi- tif de dévissage construit conformément à ce principe, le mandrin d'accouplement englobant les roues excentriques doit être entrafné en rotation constamment conjointement avec l'embout de la tige de forage Des conditions de fonc- tionnement en milieu sale, l'usure des roues excentriques et la plus grande complication du dispositif de commande réduisent la fiabilité de la manoeuvre des roues excentri- ques par inertie. Le but de l'invention est de réaliser un disposi- tif de dévissage basé sur un principe de fonctionnement différent et qui, par conséquent, évite les inconvénients ci-dessus Ce but est atteint à l'aide d'un dispositif de dévissage selon l'invention qui est caractérisé en ce que le mandrin d'accouplement est prévu pour être accouple en rotation à la perforatrice mais sensiblement blo- quê en translation axiale par rapport à l'embbut de la ti- ge de forage et en ce que, dans la position de blocage,- les moyens de serrage bloquent la tige de forage de manière d 6 pla- çable en translation axiale par rapport au mandrin d'accouplemnt. Le dispositif de dévissage selon l'invention est basé sur le principe consistant en ce que, étant donné que la tige de forage et son embout sont vissés l'un dans l'au- tre et que la rotation de la tige de forage par rapport à l'embout implique donc nécessairement un déplacement axial de la tige de forage par rapport à l'embout, la tige de fo- rage et l'embout peuvent être bloqués sans possibilité de rotation de l'une par rapport à l'autre par le blocage de la translation axiale de la tige de forage par rapport à l'em- bout Il n'est donc pas nécessaire que le mandrin d'accou- plement du dispositif de dévissage soit monté bloqué en ro- tation par rapport à l'embout, c'est-à-dire monté de ma- nière à tourner toujours conjointement avec l'embout de la tige de forage mais, au contraire le mandrin d'accouple- ment peut être monté de manière à rester fixe en dépit de la rotation de l'embout lorsque le dispositif de dévissage se trouve dans sa position de dégagement De cette façon, la masse du dispositif de dévissage n'a pas à être entraf- née en rotation inutilement Grâce au fait que les moyens de serrage qui bloquent la tige de forage sont immobilisés en translation axiale par rapport au mandrin d'accouple- ment, il est possible de faire en sorte, d'une façon sim- ple, que les moyens de serrage soient entraînés au moteur, de manière que leurs mouvements soient ainsi positifs et fiables. Les moyens de serrage peuvent être des roues ex- centriques qui sont montées rotatives dans le mandrin d'ac- couplement et qui sont en prise avec des moyens de déplace- ment par lesquels les roues excentriques peuvent-être tour- nées entre ladite position de blocage et ladite position de dégagement Dans un tel cas, il est avantageux que les axes des roues excentriques soient positionnés perpendicu- lairement à un plan ou à des plans qui passe(nt) par l'axe de rotation du mandrin d'accouplement La position des axes des roues excentriques perpendiculairement à l'axe de rotation du mandrin d'accouplement permet de donner à la construction de plus petites dimensions extérieures que si les axes-étaient parallèles à l'axe de rotation Les cir- conférences des roues excentriques peuvent être profilées conformément à la forme ronde de la tige de forage, ce qui améliore la qualité du serrage des roues excentriques, ain- si que leur résistance à l'usure et leur fiabilité de fonc- :2529940 tionnement. L'invention sera décrite avec plus de détails dans la suite en regard des dessins annexés sur lesquels, les Fig 1 et 2 sont des vues de côté schémati- ques d'une installation de forage munie d'un dispositif de dé- vissage selon l'invention, à deux stades différents du dé- vissage d'une tige de forage; la Fig 3 est une vue à plus grande échelle en coupe axiale partielle d'une forme préférée de réalisation d'un dispositif de dévissage selon l'invention; la-Fig 4 est une vue en bout du dispositif de dé- vissage; la Fig 5 est une vue de côté du nez de carter d'une perforatrice conçue pour le dispositif de dévissage; et la Fig 6 montre le dispositif de dévissage et le nez de carter de la perforatrice assemblés, dans la posi- tion de blocage des moyens de serrage. Sur les Fig 1 et 2, la référence 1 désigne une perforatrice pour machine de forage, laquelle perforatrice est montée sur un chariot 2 pour se déplacer le long d'un affût 3 Le nez de carter 4 de la perforatrice supporte un dispositif de dévissage 5 selon l'invention La machine de forage 6 est composée de tiges de forage consécutives 6 a, 6 b, asssemblées par vissage La tige qui est placée le plus près de la perforatrice est vissée dans un embout de tige de forage rotatif 7 solidaire de la perforatrice A l'extrémité opposée de l'affût, est prévu un guide de rete- nue 8 destiné à retenir la tige de forage. Le dispositif de dévissage 5 qui est coaxial audit trou et est muni d'une bague de por- tée lisse annulaire 12 Deux roues excentriques 13 sont montées rotatives dans le mandrin d'accouplement au moyen d'arbres 14 situés sur deux côtés diamétralement opposés du trou 10 Les arbres 14 sont positionnés perpendiculaire- ment à un plan qui passe par l'axe A du mandrin d'accouple- ment. En outre, des perçages 15 parallèles à l'axe A sont formés dans le mandrin d'accouplement, à l'extérieur des roues excentriques et, dans ces perçages, sont montées à glissement des tiges de déplacement 16 A une extrémité des tiges de déplacement, sont prévues des crémaillères 17 qui sont en prise avec des couronnes-dentées 18 des roues ex- centriques Les extrémités opposées des tiges de déplacement sont fixées à une couronne porteuse 19 qui est montée rota- tive dans une couronne de déplacemnt 20 coaxiale au mandrin d'accouplement La partie inférieure de la couronne de dépla- cement est munie d'un coulisseau 21 qui glisse le long de guides 22 prévus sur le chariot 2 Le coulisseau est fixé à la tige de piston 24 d'un vérin hydraulique 23 lui-même fixé au chariot. La Fig 5 montre le nez de carter 4 (la colleret- te de la chambre d'injection) qui est déjà connu en soi, et auquel on a apporté certaines modifications nécessitées par le dispositif de dévissage décrit plus haut. Le nez de carter comprend un élément support cy- lindrique 25, muni d'un trou central traversant 26-à tra- vers lequel l'embout 7 de la tige de forage de la perfora- trice s'étend lorsque le nez de carter est monté fixe sur le carter de la perforatrice 1 La surface externe de l'é- lément support forme une surface de portée 27 qui est di- mensionnée de manière à recevoir la bague lisse 12 du dis- positif de dévissage lorsque le mandrin d'accouplement est emmanché sur le nez de carter. Une collerette de retenue annulaire 29 est fixée au moyen de vis 28 à l'extrémité de l'élément support du nez de carter Cette collerette est pressée contre l'extré- mité de la bague 12 et empêche le mandrin d'accouplement de glisser sur l'élément support. Le dispositif de dévissage fonctionne de la façon suivante Le mandrin d'accouplement du dispositif de dévis- sage est monté libre en rotation mais immobilisé en trans- lation axiale sur le nez de carter de la perforatrice La tige de forage' 6 a traverse le mandrin d'accouplement et est fixée par vissage à l'embout 7 de la tige de forage ce la perforatrice Cet embout est immo- bilisé axialement, d'une façon connue en soi, par rapport au nez de carter-à l'exception d'un léger jeu axial éven- tuellement nécessaire dans une perforatrice à percussion - et il peut être entratné en rotation par un mécanisme de rotation non représenté Le nez de carter est fixé au car- ter de la perforatrice, lequel est bloqué en déplacement axial et en rotation sur le chariot 2. Lorsque le coulisseau 21 est déplacé par le vérin hydraulique 23 dans le sens qui le rapproche de ce vérin, ce coulisseau tire la couronne porteuse 19 en l'éloignant du mandrin d'accouplement 9, par l'intermédiaire de la cou- ronne de déplacement 20, de sorte que les tiges de déplacement 16 coulissent dans leurs perçages etrquoe leurs crémaillères fo't tourner les roues excentriques dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre sur la Fig 6, pour les placer dans la position de blocage dans laquelle les roues sont engagées dans le trou 10 du mandrin d'accouple- ment,et attaquent la tige de forage 6 a placée dans le trou et bloquent cette tige en translation axiale et en rota- tion par rapport au mandrin d'accouplement Toute tendance de la tige de forage à se déplacer axialement vers i'exté- rieur dans le mandrin d'accouplement provoque un coince- ment encore plus fort de cette tige de forage entre les roues excentriques. Lorsque l'embout de la tige de forage est mis en rotation dans le sens qui tend à en dévisser la tige de fo- rage, ce dévissage est empêché par le fait que le support lisse 12 du mandrin d'accouplement est pressé contre la colleret- te de retenue 28 du nez de carter et empêche le mandrin d'accouplement de se déplacer axialement par rapport au nez de carter et, par conséquent, également par rapport à l'embout La conséquence est que la tige de forage est blo- quée contre la rotation sur l'embout On tire parti de ce blocage pour dévisser la tige de forage 6 a de la tige de forage 6 b qui a été bloquée en rotation au moyen du guide de retenue 8 (Fig 1). Lorsqu'on veut visser la tige de forage 6 a dans l'embout ou la dévisser de cet embout, on bloque la tige de forage en l'immobilisant en rotation au moyen du guide de retenue et on maintient les roues excentriques du dispo- sitif de dévissage dans la position de dégagement, de sor- te que le mandrin d'accouplement reste fixe en position pendant que l'embout tourne (Fig 2) La situation est la même pendant le forage, pendant lequel le guide de retenue ne fait que guider la tige de forage 6 a. Les dessins et la description donnée sont destinés qu'à illustrer le principe de l'invention. Le dispositif selon l'invention peut varier dans ses dé- tails tout en restant dans le domaine de l'invention Au lieu des tiges de déplacexent dentées, il est possible d'uti- liser divers mécanismes à leviers, chaînes, coins, et-équi- valents ou des courroies crantées, des éléments qui s'al- longent en réponse à une compression, etc En remplace- ment des roues excentriques, il est également possible d'u- tiliser d'autres sortes de moyens de serrage, par exemple des coins, mâchoires ou équivalents En remplacement d'une bague de portée annulaire, il est possible d'utiliser un autre élément de portée approprié. R E V E N D I C A T IO N S 1 Dispositif de dévissage de tiges de forage pour une machine de forage à tiges à rallonge, ledit dispo- sitif de dévissage ( 5) comprenant un mandrin d'accouple- ment ( 9) qui peut être accouplé à une perforatrice ( 1) de l'installation de forage et oau-i est muni d'un trou traversant- ( 10) destiné à recevoir une tige de forage ( 6 a) qu'il s'a- git de visser dans un embout de tige de forage ( 7) de la perforatrice ( 1), et des moyens de serrage ( 13) montés dans le mandrin d'accouplement, lesdits moyens de serrage pouvant être amenés à une position de blocage, dans laquelle ils-sont engagés en saillie dans ledit trou du mandrin d'accouplement, position dans laquelle ils blo- quent la tige sur le mandrin d'accouplement, et dans une position de dégagement dans laquelle ils laissent la tige libre de se déplacer par rapport au mandrin d'accouple- ment, ce dispositif étant caractérisé en ce que le mandrin d'accouplement ( 9) est prévu pour être accouplé à la perfo- ratrice ( 1), libre en rotation par rapport à l'embout ( 7) de la tige de forage mais essentiellenentbloqué en transla- tion axiale par rapport à cet embout, et en ce que les moyens de serrage ( 13) sont prévus pour bloquer la tige de forage ( 6 a) dans la position de blocage dans laquelle elle est bloquée en translation axiale par rapport au mandrin d'accouplement. 2 Dispositif de dévissage selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le mandrin d'accouplement ( 9) comprend un élément de portée annulaire intérieur ( 12) coaxial au trou traversant ( 10) et destiné à monter le man- drin d'accouplement libre en rotation mais bloqué en trans- lation axiale sur un nez de carter ( 4) de la perforatrice ( 1). 3 Dispositif de dévissage selon l'une des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de ser- rage ( 13) sont composés de roues excentriques qui sont mon- 2529946- il tées rotatives sur le mandrin d'acpouplement ( 9) et qui sont en prise avec des moyens de déplacement ( 16) au moyen desquels on peut faire tourner les roues excentriques en- tre ladite position de blocage et ladite position de déga- gement. 4 Dispositif de dévissage selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que les arbres ( 14) des roues ex- centriques sont positionnés perpendiculairement à un plan ou à des plans qui passe(nt) par l'axe de rotation (A) du mandrin d'accouplement ( 9). Dispositif de dévissage selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les moyens de déplacement sont munis de crémaillères ( 16) qui sont montées pour cou- lisser dans le mandrin d'accouplement, parallèlement à l'axe de rotation (A) de ce mandrin, en ce que les crémail- lères sont couplées à un mécanisme d'entraînement ( 23, 24) servant à commander leur déplacement axial, et en ce que les roues excentriques sont munies de dentures ( 18) qui sont en prise avec lesdites crémaillères. 6 Dispositif de dévissages selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que les crémaillères ( 17) sont fixées à une couronne porteuse ( 19) perpendiculaire à l'axe de rotation (A) du mandrin d'accouplement ( 9), en ce que la couronne porteuse est montée rotative par rapport au mandrin d'accouplement dans une couronne ( 20) mobile en translation axiale, qui est montée bloquée en rotation mais mobile en translation axiale sur un cou- lisseau ( 2) et en ce que le mécanisme d'entraînement ( 23, 24) est fixé à ce coulisseau. 7 Dispositif de dévissage selon l'une des reven- dications 3 et 4, caractérisé en ce que deux roues excen- triques sont placées à l'aide de tourillon sur le mandrin d'accouplement ( 9) sur deux côtés diamétralement opposés du trou traversant ( 10). 8 Nez de carter de perforatrice, destiné A rece- voir un dispositif de dévissage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce nez de carter ( 4) est muni d'un élément support cylindrique ( 25) ayant une paroi extérieu- re qui forme une surface de portée ( 27) destinée à rece- voir ledit élément de portée annulaire ( 12) du mandrin d'accouplement ( 9) et en ce que l'élément support est muni d'une collerette de retenue annulaire ( 29) contre laquelle l'élément de portée annulaire du mandrin d'accouplement est pressé axialement de manière à monter le mandrin d'ac- couplement bloqué en translation axiale sur le nez de car- ter.