Brevet FR2526080A1 — publié le 19831104

PROCEDE ET DISPOSITIF DE BLOCAGE ET DE LIBERATION D'UNE TIGE DE FORAGE A AXE SENSIBLEMENT VERTICAL La présente invention concerne le blocage et la libé- ration d'un train de tiges de forage à axe sensible- ment vertical de manière à permettre de visser ou de dévisser une tige à l'extrémité supérieure de la tige faisant saillie hors de la table de rotation du puits de forage. On connait des mécanismes utilisant des câles ayant extérieurement la forme d'une partie d'un tronc de cône pouvant pénétrer dans une ouverture de forme com- plémentaire ménagée à cet effet dans la table de rota- tion et par laquelle passe le train de tiges, et inté- rieurement la forme d'une partie de cylindre complémen- taire de la forme extérieure de la tige Les brevets français 2 301 683 et 2 417 003 décrivent par exemple de tels mécanismes qui présentent l'un, l'inconvénient d'être malaisé à rendre automatique, l'autre, de ne pas pouvoir être automatisé. Or, l'opération de blocage et de libération de tiges doit être répétée un grand nombre de fois de suite lorsque l'on doit par exemple remonter plusieurs mil- liers de mètres de tiges pour changer le trépan qui équipe l'extrémité du train, ou bien pour effectuer des mesures dans le puits ou bien pour coffrer le puits puis encore un même nombre de fois pour redescendre dans le puits toutes les tiges du train. Il est alors évident qu'une automatisation de cette opération est hautement souhaitable La présente in- vention a pour but une telle automatisation. Selon l'invention, le procédé consiste d'abord à effec- tuer un pré-serrage sur la tige faisant saillie hors de la table de rotation, des câles qui sont chacune fixées à un bras relié à un plateau mobile en trans- lation verticale, au moyen d'au moins une articulation et d'un vérin prenant appui sur le bras et appliquant la cale dont il commande la position contre la tige, de manière à en assurer ltauto-centrage, puis on fait descendre le plateau de manière à assurer un fort ser- rage des câles sur la tige en faisant pénétrer les câles dans l'ouverture de forme complémentaire et ainsi assurer le blocage de la tige; on visse ou dévisse alors une autre tige à l'extrémité supérieure de la tige ainsi bloquée, puis on remonte le plateau en desserrant les vérins après avoir attaché par ailleurs la tige pour éviter sa chute dans le puits. De préférence les câles sont au nombre de trois et un passage est prévu dans le plateau pour permettre la mise en place du dispositif par rapport au train de tiges. De préférence également, la position de repos du plateau est la position haute, un moyen élastique étant bandé lors de l'abaissement du plateau de manière à assurer son relèvement automatique et la libération des cêles à la fin de chaque opération. L'invention, bien sûr, porte également sur le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci ap- paraîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre non limitatif et à laquelle deux planches de dessins sont annexées. La figure 1 représente, en perspective, une machine automatique complète incluant un dispositif de blocage et de libération conforme à l'invention, et, les figures 2 à 4 représentent schématiquement des détails de réa- lisation du dispositif de la figure 1. En référence maintenant à la figure 1, une machine auto- matique comprend plusieurs parties fonctionnant en combinaison. En particulier, elle comprend un dispositif permettant d'assurer le blocage de la tige 1 faisant saillie du puits au niveau de la table de rotation 2; elle comprend également une machine 4 pour appliquer le couple initial de dévissage ou final de vissage à une autre tige 3, représentée tronquée sur la figure 1, à l'extrémité supérieure de la tige, faisant saillie; elle comprend aussi une machine à visser ou dévisser rapidement, non représentée sur la figure, une pince de positionnement 5 des tiges et enfin un dispositif de commande de l'en- semble représenté ici sous forme d'une table de commande 6. La machine est montée mobile en translation sur des rails 7 prévus à cet effet. De façon générale, lorsqu'un train de tiges est remonté du puits, les tiges sont désolidarisées les unes des autres et stockées sur le plancher de l'unité de forage; pour ce faire, on remonte le train de tiges de manière à ce que la tige à dévisser puisse être saisie par les éléments de la mâchoire supérieure de la machine à ap- pliquer le couple et la tige inférieure saisie par les éléments de la mâchoire inférieure 8 de cette même machine. Toutefois, puisqu'il est nécessaire de bloquer la tige inférieure 1 de manière à éviter que tout le train restant de tiges tombe dans le puits lorsque la tige supérieure est dévissée, on monte d'abord plus haut le train pour permettre au dispositif de blocage de saisir la tige inférieure 1 Ce dernier est constitué d'un plateau 10 pourvu de bras 11 à chacun desquels est fixée une càle 12 par l'intermédiaire d'une articulation 13 et d'un vérin 14 et pouvant se déplacer verticalement. En actionnant les vérins 14, on effectue un pré-serrage des câles 12 sur la tige 1 tout en assurant également l'auto-centrage des câles On abaisse alors le plateau 10, par exemple par gravité sous le poids du train de tiges, et les câles 12 pénètrent dans l'ouverture 15 de forme complémentaire ménagée à cet effet dans la table de rotation 2, ce qui assure un fort serrage des cales 12 contre la tige 1 dont l'extrémité supérieure présente d'ailleurs un diamètre extérieur plus important que le reste du corps de la tige, à titre de sécurité complé- mentaire, et le blocage de la tige 1. Lorsque les cales 12 sont dans l'ouverture 15 et que la tige 1 est bien bloquée, la machine 4 peut opérer pour appliquer le couple initial permettant d'imprimer à la tige supérieure 3 une rotation d'un angle de 300 environ par rapport à la tige inférieure 1 en vue de débuter l'étape de dévissage. On sait qu'une tige de forage est pourvue, à son extré- mité inférieure, d'une partie conique m&le filetée et, à son extrémité supérieure, d'une partie conique femel- le filetée complémentaire La machine est constituée ici de deux pinces 16 et 17 disposées l'une en dessus de l'autre et toutesdeux pourvues d'une m&choire, respecti- vement 8 et 9, dont les éléments sont actionnés par des vérins non représentés sur la figure et disposées à l'intérieur des pinces Ces mâchoires 8 et 9 viennent saisir respectivement l'extrémité supérieure de la tige inférieure 1 et l'extrémité inlfrieure de la tige supérieure 3. Chaque mâchoire comprend trois éléments disposés sen- siblement aux angles d'un triangle équilatéral Deux sont respectivement disposés à l'extrémité de chaque branche de la pince, tandis que le troisième, disposé au fond de la pince assure le centrage de la tige et coopère avec les deux autres pour appliquer le couple requis. La pince inférieure 16 est fixe et solidaire de l'arma- ture 18 tandis que la pince supérieure 17 est mobile en rotation autour de l'axe de la tige 3 sous l'effet d'au moins un vérin 19 relié d'une part à la pince inférieure 16 et d'autre part à la pince supérieure 17 et, de préférence,de deux vérins Les deux pinces sont mobiles en translation selon l'axe des tiges de manière à permettre un positionnement correct. En fonctionnement, les câles 12 étant bien positionnées dans l'ouverture 15, les mâchoires 8 et 9 viennent d'abord saisir les tiges comme indiqué précédemment. Puis le vérin 19 imprime un mouvement relatif de ro- tation de 300 environ aux deux pinces 16 et 17. L'ensemble revient alors en position de repos, d'abord les mâchoires 8 et 9 bien sur, suivi du vérin 19, après avoir débuté l'étape de dévissage en ayant appliqué le couple requis. La machine à dévisser rapidement peut alors opérer. Cette machine n'a pas été représentée ici car elle est bien connue de l'homme du métier. La pince de positionnement 5 des tiges prend alors en charge la tige 3 dévissée pour la diriger vers son lieu de stockage, le poids de la tige étant supporté, de manière classique par câble s'enroulant sur le tambour d'un treuil non représenté ici. Ce câble est ensuite attaché à la tige 1 qui est toujours bloquée par les câles 12 Par l'action du treuil, on remonte alors la tige 1 pour la disposer dans la posi- tion qu'avait la tige 3 en début d'opération et pour recommencer le cycle En remontant la tige 1, les câles 12 sortent de l'ouverture 15 Les vérins 12 reprennent leur position de repos ce qui libère totalement les câles par rapport à la tige 1 Un système de contre- poids et de ressort non représenté sur la figure mais connu en soi est disposé dans les montants 20 supportant le plateau mobile 10 de manière qu'au repos, ce plateau soit en position haute et que l'ensemble soit prêt pour une prochaine opération. On constate donc que l'opération de dévissage peut ainsi être très simplement automatisée ce qui permet de réduire considérablement Le personnel de l'équipe chargée de l'opération, personnel qui n'a, en outre, plus d'efforts physiques à effectuer. Il en est de même de l'opération inverse de vissage. La tige à visser 3 est amenée en dessus de la tige 1 faisant saillie de la table de rotation 2, grâce au câble la supportant et à la pince de positionnement 5 dont les mâchoires 21 sont prévues d'une taille suf- fisante pour lui permettre d'assurer l'alignement des deux tiges Par action du treuil, l'extrémité mâle de la tige supérieure 3 est introduite dans la partie femel- le de la tige inférieure 1. La machine à visser rapidement opère alors sous le con- trôle visuel de l'opérateur grâce à un espace 22 ménagé dans l'épaisseur de la pince supérieure 17 de la machine à appliquer le couple final de vissage A la fin de cette étape, l'espace 22 est supprimé par la mise en posi- tion de repos des vérins non représentés sur la figure mais agissant sur les doigts 23 pour surélever légère- ment une partie de la pince supérieure 17 pendant l'éta- pe de vissage rapide pour permettre le contr 8 le visuel de l'opérateur Les mâchoires 8 et 9 saisissent alors respectivement l'extrémité supérieure de la tige infé- rieure 1 et l'extrémité inférieure de la tige supé" rieure 3 Sous l'action du vérin 19, un dernier mou- vement de rotation est imprimé à la tige supérieure 3 de manière à assurer un vissage très ferme par mise au couple. Puis les vérins reprennent successivement leur posi- tion de repos, l'espace 22 dans la pince supérieure 17 étant à nouveau ménagé. Au moyen du câble et du treuil, le train de tiges est alors relevé d'une hauteur suffisante pour permettre la sortie des câles 12 de l'espace 15 ménagé dans la table de rotation 2 et le plateau 10 reprend automa- tiquement sa position haute comme indiqué précédem- ment, les vérins 13 étant en position de repos. L'opérateur fait alors descendre le train de tiges ainsi assemblées d'une hauteur telle que lorsque les câles 12 seront à nouveau mises en place pour l'opération sui- vante, l'extrémité supérieure de la tige 3 qui se trouve maintenant à l'ancienne place de la tige 1, soit en face des mâchoires 8 de la pince inférieure 16 L'opération peut alors se répéter avec une nouvelle tige supérieure. De manière à libérer l'espace lorsqu'il est inutile de visser ou de dévisser les tiges du train, la machine complète est montée sur un chariot 24 en forme de rectan- gle ouvert sur un c 8 té, et pouvant se déplacer sur des rails 7 prévus à cet effet sur le plancher de forage de part et d'autre de la table de rotation 7 De préfé- rence les montants 18 supportant la machine à appliquer le couple et la machine à visser ou à dévisser rapide- ment sont montés mobiles en rotation de quelques dégrés autour d'une articulation prévue dans le chariot 24 de manière à permettre le fonctionnement de la machine si l'axe du puits, donc des tiges,ntest pas exactement vertical et présente un angle relativement faible, par exemple inférieur à 50, avec la verticale. Enfin, la machine est réalisée de telle manière qu'elle ait un c 8 té ouvert pour lui permettre sa mise en place et sans qu'il soit nécessaire de refermer cette partie ouverte après sa mise en place. On décrira maintenant plus précisemment en référence aux figures 2 à 4, le dispositif de blocage de la tige inférieure dispositif, faisant l'objet de la présente invention Ce dispositif est, on l'a vu, constitué par un plateau 10 pourvu de bras 11 au nombre de trois dans l'exemple représenté, à l'extrémité de chacun desquels est fixée une câle 12 au moyen d'au moins une articulation 13 et d'un vérin 14. Sur la figure 2 on a représenté en coupe l'extrémité d'un bras 11 et le moyen de fixation de la câle 12. Comme on peut le constater, le vérin 14 est fixé d'une part au bras 11 et d'autre part à la câle 12 au moyen d'articulations 141 et 142. L'articulation 13 est ici une double articulation consti- tuée par une entretoise 131 fixée de part et d'autre à la câle 12 et au bras 11 par l'intermédiaire d'arti- culations 132 et 133. Ainsi lorsque le vérin 14 agit, la câle 12 vient se pla- cer contre la tige 1 et peut s'auto-centrer. Les articulations 133 et 141 sont fixées à un sabot 121 lui-même fixé à la câle 12 au moyen par exemple d'une goupille en vue de permettre la désolidarisation des cales, la tige inférieure étant bloquée, de manière à pouvoir éventuellement imprimer un mouvement de rotation aux tiges se trouvant dans le puits pendant l'opération de descente ou de remontée des tiges. La figure 3 représente, vue de dessus une cale sur laquelle les articulations 133 et 141 sont plus claire- ment vues. La figure 4 représente schématiquement, vu de dessus, le plateau 10 avec son ouverture permettant la mise en place du dispositif en dessus de la table de rotation 2, les câles 12 étant représentées serrées contre la tige 1 que l'on voit ici en coupe. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Procédé de blocage et de libération d'un train de tiges de forage à axe sensiblement vertical, permet- tant de visser ou de dévisser une tige à l'extré- mité supérieure de la tige faisant saillie hors de la table de rotation ( 2) d'un puits de forage, le dit procédé mettant en oeuvre des câles ( 12) ayant extérieurement la forme d'une partie d'un tronc de cône pouvant pénétrer dans une ouverture ( 15) de forme complémentaire ménagée à cet effet dans la dite table de rotation( 2)et par laquelle passe le dit train de tiges, et, intérieurement la forme d'une partie de cylindre complémentaire de celle d'une tige, et étant caractérisé en ce que l'on effectue d'abord un pré-serrage sur la tige ( 1) des dites câles ( 12) qui sont fixées chacune à un bras ( 11) relié à un plateau ( 1 o) mobile en translation verticale, au moyen d'au moins une articulation ( 13) et d'un vérin ( 14) prenant appui sur le dit bras ( 11) pour appliquer la cale ( 12) dont il commande la position contre la dite tige (t) de manière à assurer l'auto-centrage de la câle ( 12), pui on fait descendre le dit plateau ( 10) de manière à assurer un fort serrage des dites câles ( 12) sur la dite tige ( 1) en faisant pénétrer les câles ( 12) dans l'ouverture ( 15) de forme complé- mentaire, puis on visse ou dévisse une autre tige ( 3) à l'extrémité supérieure de la dite tige ( 1) qui est bloquée, on remonte enfin le dit plateau ( 1 o) et on desserre les dits vérins ( 14), la tige ( 1) étant maintenue par ailleurs. 2 Dispositif de blocage et de libération d'un train de tiges de forage à axe sensiblement vertical, permet- tant de visser ou de dévisser une tige à l'extrémité supérieure de la tige faisant saillie hors de la table de rotation ( 2) d'un puits de forage, le dit dispositif incluant des câles ( 12) ayant extérieure- ment la forme d'une partie d'un tronc de cône pouvant pénétrer dans une ouverture ( 15) de forme complé- mentaire ménagée à cet effet dans la dite table de rotation ( 2) et par laquelle passe le dit train de tiges, et, intérieurement la forme d'une partie de cylindre complémentaire de celle d'une tige, et étant caractérisé en ce que chaque câle ( 12) est fixée à un bras ( 11) relié à un plateau ( 10) mobile en trans- lation verticale, au moyen d'au moins une articula- tion ( 13) et d'un vérin ( 14) prenant appui sur le dit bras (il) pour appliquer la câle ( 12) dont il commande la position contre la dite tige ( 1) de manière à assurer l'auto-centrage de la câle ( 12). 3 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque câle ( 12)' est fixée à un bras ( 11) au moyen d'une entretoise ( 13) par l'intermédiaire d'articulations ( 132 133). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que ledit plateau ( 10) est supporté par des montants ( 20) incluant un système de contre-poids et de ressort, de telle manière que la position de repos du dit plateau ( 10) soit la position haute, cales ( 12) hors de l'ouverture ( 2) de forme complémentaire. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que les cales ( 12) et les bras ( 11) sont au nombre de trois. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que le dit vérin ( 14) et la dite entretoise ( 13) prennent appui sur la dite cile ( 12) par l'intermédiaire d'un sabot ( 121) pouvant être désolidarisé de la dite cale ( 12).