Brevet FR2556042A1 — publié le 19850607

La présente invention concerne un appareil de forage d'un puits. Un type connu d'unité de forage pour forer un puits, sans table de rotation comprend une section de tige commandée par un moteur et qui peut être raccordée à l'ex- trémité supérieure d'une colonne de tiges de forage pour lui faire subir un mouvement de rotation, l'unité de fora- ge étant montée sur un chariot guidé par des rails de gui- dage verticaux en vue d'un mouvement axial par rapport au puits, et l'unité de forage étant raccordée à pivotement au support pour pivoter par rapport au support et aux gui- dages vers une position inclinée en alignement avec un "trou de souris". Avec un tel appareil de forage l'on peut ajouter une section de tube située dans le trou de souris à la colonne de tiges de forage, ou l'on peut enlever une section de tube de cette colonne et la déposer dans le trou de souris en se servant de l'unité de forage. Pour pouvoir enlever toutes les sections de la tige de forage et pour les réintroduire dans le puits, par ex- emple lors du remplacement du trépan de forage, sans inter- férence avec l'unité de forage et sans user l'unité de fo- rage, l'appareil de forage selon l'invention est caractéri- sé en ce que la moufle mobile d'un palan utilisé pour mou- voir l'unité de forage le long des rails de guidage est montée sur un chariot mobile le long des rails de guidage et en ce qu'un dispositif est prévu pour monter l'unité de forage pour mouvement par rapport à la structure de guidage et le chariotde la moufle-mobile entre une position active dans laquelle l'unité de forage est en alignement avec l'axe de la colonne de tigesde forage et en-dessous de la moufle mobile pour être porté par celle-ci et une position de retrait dans laquelle l'unité de forage est dé- calée d'un côté de l'axe pour permettre la suspension de la colonne de forage par la moufle mobile indépendamment de l'unité de forage et alors que le chariot et la moufle mobile sont toujours guidés par les rails de guidage pour mouvement le long de l'axe de la colonne de forage. Pour que l'invention puisse être mieux comprise, référence est faite aux figures suivantes, ot: - 2 - La figure 1 est une vue frontale d'un appareil de forage; La figure 2 est une vue de côté sur la ligne 2-2 de la figure 1, avec l'unité de forage dans sa position en alignement avec son trou de souris; La figure 3 est une élévation frontale avec l'unité de forage dans sa position de retrait; La figure 4 est une vue en plan agrandie le long de la ligne 4-4 de la figure 1; et La figure 5 est un agrandissement d'une partie de la figure 2. L'installation 10 comprend une tour de forage 11 pour forer un puits 12 au moyen d'une colonne de tiges de fora- ge 13 qui comporte des raccords filetés 14 et que l'on fait tourner autour d'un axe vertical 15 au moyen d'une unité de forage 16. La colonne de tiges de forage et l'unité 16 sont soutenues par un mécanisme de levage 17 comprenant une moufle fixe 18 portant une moufle mobile 19 au moyen d'un câble 20 qui est bobiné ou débobiné au moyen des treuils habituels pour élever ou abiasser la moufle mobile. Un crochet 21 sur la moufle mobile 19 porte l'unité de fo- rage et comprend un élément de sécurité 121 à ouvrir pour raccorder ou déconnecter l'unité de forage. Deux rails 22 et 23 guident le mouvement vers le haut et vers le bas d' un chariot 24 formant une oartie-de l'unité 16 et d'un chariot 25 auquel la moufle mobile est raccordée, et ont, de préférence, une section horizontale en forme de H sur la totalité de leur longueur. Les sections supérieures 22a et 23a des rails s'étendant entre l'extrémité supérieure de la tour de forage et les endroits 26 de la figure 1, sont fixées rigidement à la tour de forage et s'étendent directement verticalement et parallèlement à l'axe 15. Les secondes sections 22b et 23b entre les endroits 26 et 27 sont parallèles l'une à l'autre et montées par des raccords 28 pivotables, de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe horizontal 29 entre la position verticale en traits inter- rompus de la figure 2, parallèle à l'axe 15 et en aligne- ment avec les sections 22a et 23a et la position inclinée en traits pleins, inclinée selon un petit angle a par rap- -3- port aux axes longitudinaux des sections supérieures 22a et 23a, pour amener l'axe 29a de l'unité de forage en alignement avec un trou de souris 30 incliné vers l'avant par rapport à l'axe 15. Les sections les plus basses 22c et 23c des rails sont portées par les sections 22b et 23b respectivement pour permettre un mouvement de pivotement avec celles-ci entre les positions verticales et inclinées de la figure 2, et sont également montées au moyen des rac- cords 31 et 32.pour permettre un mouvement de pivotement horizontal par rapport aux sections 22b et 23b respective- ment autour des axes 33 et 34 qui sont parallèles l'un à l'autre et aux axes longitudinaux 35 et 36 des sections 22b et 23b. Les sections 22c et 23c se déplacent entre les positions actives en traits pleins de la figure 4 en alignement avec les sections 22b et 23b et les positions de retrait en traits interrompus. Les raccords 31 et 32 comprennent deux tubes de montage parallèles 37 et 38 rac- cordés de facon rigide aux sections 22b et 23b, par exem- ple, par soudage ou au moyen de bagues de montage 39 fixées aux sections 22b et 23b et fixées aux extrémités supérieu- res des tubes 37 et 38. Les sections 22c et 23c portent des manchons de support 40 qui s'ajustent étroitement au- tour des tubes 37 et 38 pour positionner les sections 22c et 23c en vue d'un mouvement de pivotement autour des axes 33 et 34. Les sections 22c et 23c peuvent porter des pla- ques 41 se projetant en-dessous des tubes 37 et 38 et com- portant des paliers 42 autour des chevilles de pivotement 43 se projetant vers le bas à partir des deux tubes pour supporter les sections 22c et 23c tout en permettant leur mouvement de pivotement. Les plaques 41 s'étendent en travers de la base des sections 22c et 23c et sont soudées à celles-ci, et empêchent le mouvement du support 24 vers le bas hors des rails. On fait pivoter les sections de rails 22b et 22c entre les deux positions de la figure 2 au moyen d'un méca- nisme à piston et cylindre 45 (figure 5), dont le cylindre est raccordé en 46 à une partie stationnaire horizontale 47 de la tour de forage, et dont la tige de piston 48 agit contre le tube 37. Un élément d'arrêt arqué 49 fixé à 1' élément 47 engage le tube 37 pour positionner les sections de rails pivotantes dans leur condition verticale. Un élé- ment de verrou 50 pivoté en 51 sur une console 52 soudée au tube 37 engage un ergot 53 fixé à la partie 47 pour maintenir le tube 37 et les parties de rails raccordées en position verticale. La tige de piston 48 du mécanisme peut être raccordée à pivotement en 44 à un bras se projetant vers le bas 54 d'un verrou 50 pour pivoter le verrou dans une direction dans le sens contraire d'un ai- guille d'une montre vers une position libérée, par un mou- vement vers la droite de la tige du piston,ce mouvement de pivo- tement étant limité par l'engagement de la tige de piston 48 avec le tube 37, de sorte que la commande vers la droi- te de la tige de piston libère d'abord le verrou et en- suite pousse les sections 22b et 22c vers la droite vers la position inclinée en traits pleins de la figure 2. Le mouvement de retour vers la gauche de la tige du piston provoque le pivotement des rails de retour vers la posi- tion verticale et déplace le verrou 50 vers sa position de fixation pour maintenir les parties de rails en pivotement dans la position verticale. Des surfaces de came 55 sur les parties 50 et 53 bloquent l'élément 50 dans la direc- tion dans le sens contraire des aiguilles d'une montre pour faire passer la partie 53 dans la position verrouillée. Le mouvement de pivotement dans le sens des aiguilles d' une montre de l'élément 50 est limité par des épaulements d'arrêt convenables, pour empêcher le pivotement de lélé- ment 50 au-delà d'une position adéquate en engagement avec la partie 53. La seconde partie des sections de rails 23b et 23c en pivotement peut également être pivotée entre une posi- tion verticale et une position inclinée à l'unisson avec les sections 22b et 22c au moyen d'un second mécanisme a piston et cylindre 45 et des parties associées 49, 50 et 53 identiques à celles décrites ci-dessus en rapport avec les sections 22b et 22c. Le chariot 25 comprend deux châssis 56 et 57 s'éten- dant partiellement autour des rails 22 et 23 et des rou- leaux de support par rotation 58 qui engagent des rebords -5- 59 des sections de rails pour guider le chariot en vue d'un mouvement uniquement longitudinal des rails. Une tra- verse 156 peut raccorder de façon rigide les châssis 56 et 57 et peut être raccordée à pivotement à la moufle mrbile en 60. L'unité de forage 16 comprend le chariot 24, une unité de commande 61, et une tête d'injection habituelle 62 pour délivrer du fluide de forage à la colonne de tiges de fo- rage. Le chariot 24 peut comprendre deux éléments de châ- ssis 63 et 64 supérieur et inférieur horizontaux, parallè- les, soudés à deux éléments de chassis 65 et 66 parallèles verticaux et portant des plaques verticales 67 parallèle- ment écartées qui se projettent vers l'arrière à partir des éléments 63 et 64 aux côtés opposés des rails et por- tent des rouleaux 68 engageant les rebords avant et arrière des rails en forme de H et des rouleaux (non représentés) engageant les âmes des rails, pour guider l'unité de fora- ge en vue d'un mouvement uniquement longitudinal des rails. L'unité de commande 61 comprend une section de tube 70 pou- vant être raccordée à la colonne 13 de tiges de forage. Un raccord intermédiaire habituel 72 et un joint de tube court 73 peuvent être raccordés dans la colonne de tiges de fo- rage en-dessous de l'unité de commande 61. L'extrémité su- périeure de la section de tube 70 peut être raccordé à la tige rotative 75 de la tête d'injection 62 qui tourne avec la colonne de tiges de forage alors que le corps 76 de la tête d'injection est supporté de façon à ne pas tourner sur lui-même au moyen d'une anse 77 engageant le crochet 21. Le fluide de forage est fourni à la tête d'injection par un tuyau flexible 78, qui est raccordé à la tour de forage en un endroit 79 au-dessus du plancher 180 de l'in- stallation. Pendant l'opération de forage réelle, chacun des rails de guidage 22 et 23 a toutes ses sections disposées directement verticalement et en alignement l'une avec 1' autre. L'unité de forage 16 et la moufle mobile 19 sont donc toutesles deux guidéesen vue d'un mouvement vertical le long de l'axe 15 du puits. La section de tube 70 est raccordée à la colonne de tiges de forage et commande celle- ci. Pendant le forage, une paire de tringles 132 peut être -- 6 -- -6- suspendue par les parties de côté 133 du crochet 21, mais être déviée par la tête d'injection vers une position in- active entre les rails (figure 2). Un élévateur 134 peut être suspendu par ces tringles pour être utilisé pour sou- lever la tige de forage, lorsque l'unité de forage est dans sa position inactive. Lorsque le forage progresse, l'unité de forage et la colonne de tiges de forage se déplacent vers le bas jusqu' à la position en traits pleins de la figure 1, au-delà de laquelle un mouvement supplémentaire vers le bas est empê- ché par l'engagement des rouleaux 68 de l'unité de forage avec les plaques 41 des rails. Dans cette position des cales sont disposées dans un assemblage de butée principal 135 dans le plancher de l'installation (ou-dans une table rotative 136 disposée dans le plancher de l'installation) pour soutenir la colonne indépendamment de l'unité de fo- rage, et ensuite on fait tourner le raccord 73 au moyen du moteur 80 de l'unité de forage pour détacher ce raccord du restant de la colonne. Les treuils sont alors commandés pour soulever la moufle mobile et les parties associées d' une courte distance, jusqu'au niveau représenté dans la figure 2, et les mécanismes à piston et cylindre 45 sont alors actionnés pour pivoter les sections inférieures 22b, 22c,23b et 23c des rails vers la droite jusqu'aux positions inclinées en traits pleins de la figure 2 dans lesquelles la section de tube 70 et l'unité de forage et le joint de tube court 73 sont alignés avec une longueur de tube 137 située dans le trou de souris 30. La moufle mobile et les parties raccordées sont abaissées suffisamment pour amener le joint de tube court 73 en engagement avec la pièce 137 située dans le trou- de souris, et on tourne le moteur de l'unité de forage dans une direction de fonctionnement pour raccorder le joint 73 à la pièce 137 du trou de souris. Le raccordement peut être fait au moyen de pinces et la moufle mobile est alors commandée pour élever l'unité de forage et la pièce raccordée le long des guidages inclinés 22b, 22c, 23b et 23c. S'il y a toujours une partie de la pièce 137 dans le trou de souris, au moment o l'unité de forage atteint les extrémités supérieures des parties inclinées -7 - des rails de guidage, un mouvement supplémentaire vers le haut aura pour effet que l'unité de forage se déplace sur et sera dirigée exactement verticalement le long des par- ties supérieures fixes 22a et 23a des assemblages de rails. Etant donné que la pièce retirée du trou de souris est tou- jours à un léger angle d'inclinaison, le moteur 80 pivote légèrement dans la direction dans le sens contraire d'une aiguille d'une montre par rapport au support 24. Lorsque la pièce 137 est complètement retirée du trou de souris, elle revient sous l'influence de son poids avec le moteur dans une position verticale d'alignement avec l'axe du puits, pour le raccordement de l'extrémité supérieure de la colonne par rotation du moteur et les pinces de fixa- tion, et ensuite les cales qui soutenaient la colonne de tiges de forage peuvent être enlevées et l'opération de forage peut être poursuivie. A un moment approprié pendant le retrait de la pièce du trou de souris, comme par exem- ple après que les chariots à la fois de l'unité de forage et de la moufle mobile aient atteint les positions d'en- gagement avec les parties stationnaires supérieures 22a et 22a des rails, les cylindres moteurs 45 peuvent retourner les parties inclinées des rails de guidage vers leur posi- tion de forage verticale. Une longueur de tige peut être déplacée depuis l'ex- trémité supérieure de la colonne vers le trou de souris par un inversement du procédé décrit ci-dessus, c'est-à- dire, en utilisant d'abord les pinces ou autres équipe- ments pour rompre le raccordement entre deux sections de tiges de forage, en commandant alors le moteur 80 pour faire tourner la section supérieure hors de la colonne, faire pivoter les rails vers leur position inclinée en alignement avec le trou de souris, et abaisser alors la section dans le trou de souris et mettre le moteur 80 en marchepour dévisser l'unité de forage de cette section. Pour transformer l'appareil en un mode "de démon- tage de la colonne de tiges de forage", les chariots 24 et 25 sont d'abord tirés vers le haut par les treuils et la moufle mobile, les sections de rails étant toutes dis- posées directement verticalement par rapport aux positions - 8 - o le chariot inférieur 24 est juste au-dessus des sections de rails 22c et 23c les plus basses. On fait alors pivoter la section 22c autour de l'axe 33 vers la position de re- trait inactive en traits interrompus de la figure 4, et la moufle mobile et les parties raccordées sont alors abaissées pour déplacer le chariot 24 vers le bas en enga- gement avec la section de rail 23c. Avec le chariot 24 supporté sur la paroi 41 de cette section de rail, la sûre- té 121 du crochet 21 est ouverte, et la totalité de l'uni- té de forage et de l'assemblage de tête d'injection et la section de rail 23c raccordés sont pivotés autour de l'axe 34 dans la position en traits interrompus de la figure 4. Pendant un tel mouvement, l'anse 77 de la tête d'injection se déplace hors de sa position de raccordement avec le crochet 21. La totalité de l'assemblage de forage et toutes ses parties raccordées sont alors bien loin de l'axe ver- tical 15 du puits, et n'offrent aucun obstacle au levage et l'abaissement de la colonne de tiges de forage par la mou- fie mobile et le crochet 21. Lorsque la tête d'injection se déplace en s'écartant du crochet, les tringles 132 et 1' élévateur 134 pivotent vers les positions verticales dans lesquelles l'élévateur peut venir en contact avec une sec- tion de colonne de tiges de forage, pour la lever vers une position dans laquelle une section supplémentaire suivante peut être supportée dans les cales et la section supérieu- re peut être détachée de la colonne de la façon habituelle. La totalité de la colonne de tiges de forage peut être en- levée par sections du puits de cette façon, et être dis- posée de retour dans le puits par une opération inverse, sans interférence avec l'unité de forage et sans provoquer d'usure de l'unité de forage. Apres l'achèvement de ce dé- placement, l'unité de forage-peut être pivotée de retour vers la position en traits pleins de la figure 4, la tête d'injection peut être raccordée au crochet 21 et la moufle mobile peut être utilisée pour lever les deux chariots vers le haut suffisamment pour permettre à la section de rails inférieure 22c d'être pivotée de retour vers sa posi- tion active. 6- 9 -- -9- REVENDICATION 1. Appareil de forage d'un puits comprenant une unité de forage comportant un élément à raccorder à l'extrémité d'une colonne de tiges de forage et un moteur pour la ro- tation de cet élément et de la colonne autour de l'axe de la colonne, une structure de guidage allongée qui guide 1' unité de forage en vue d'un mouvement le long de cet axe, une moufle mobile au-dessus de l'unité de forage, et un chariot raccordé à cette moufle mobile et engageant cette structure de guidage pour guider le chariot et la moufle mobile en vue d'un mouvement le long de la structure de guidage, et un dispositif pour monter ladite unité de fo- rage en vue d'un mouvement par rapport à cette structure de guidage et ce chariot entre une position active dans laquelle l'unité de forage est en alignement avec cet axe et en-dessous de la moufle mobile pour être portée par celle-ci et une position de retrait dans laquelle l'unité de forage est décalée d'un côté de l'axe pour permettre la suspension d'une colonne de forage par la moufle mobile in- dépendamment de l'unité de forage et alors que le chariot et la moufle mobile sont toujours guidés par la structure de guidage pour mouvement le long dudit axe.