Brevet FR2584450A1 — publié le 19870109

258445C i La présente invention se rapporte à un dispositif de manutention de tiges, destiné à être utilisé notamment sur les plate-formes de forage pour transférer des trains de tiges entre une position active, ou elles sont situées au-dessus du trou de souris, et une position de stockage ou d'attente, ou ces tiges sont groupées verticalement et leurs extrémités supérieures sont maintenues en place à l'aide d'un râtelier dont les dents délimitent les cotés respectifs d'encoches intermédiaires par l'extré- mité desquelles les tiges sont introduites dans ce râtelier et en sont retirées, ledit râtelier comportant un meca- nisme de verrouillage destiné à empêcher les tiges de tomber. Pendant le forage de puits de pétrole ou de gaz naturel, il faut retirer et replacer plusieurs fois tout le train de tiges de forage. Pendant ces opérations, on met en attente des trains longs d'environ 30 mètres en les stockant verticalement dans la tour de forage. A cet effet, la plate-forme et la tour sont équipées de supports appropriés qui servent à soutenir les tiges stockées. Ces supports sont constitués par ce que l'on appelle le râtelier. Un râtelier comporte un certain nombre de dents, séparées par des interstices ou encoches dont la largeur est un peu supérieure au diamètre externe des tiges et qui sont dégagés a une extrémité, par laquelle il est possible d'introduire et de retirer ces tiges. L'invention concerne un mecanisme comportant un élément de déverrouillage convenant particulièrement bien pour]le râtelier, qui est basé sur la même idée que le dispositif de manutention des tiges et qui sert à ouvrir le mecanisme de verrouillage. lorsque des tiges sont retirées du râtelier. Le dispositif ou système de manutention de tiges avec lequel le mécanisme selon l'invention coopère est du type représenté et décrit dans la demande de brevet français déposée par le même demandeur sous le n0 85.09 173. Ce dispositif connu est destiné à déplacer des tiges de forage, maintenues verticales, entre une position située dans l'axe du puits et une position de stockage dans le râtelier, et inversement. Ce dispositif est fixé à un chariot ou patin monté sur le tablier de la plate-forme. Des organes de guidage permettent à ce chariot de se déplacer en ligne droite. Le chariot porte un profilé ou arbre vertical qui soutient la superstruc- ture du dispositif et qui peut pivoter sur ledit chariot. Comme expliqué dans la demande de brevet précitée, la superstructure du dispositif comporte deux éléments verti- caux oblongs, aà savoir un élément primaire qui pivote sur le chariot et un élément secondaire qui est soutenu par ce premier et peut se déplacer parallèlement à lui. Cet élément secondaire peut donc être écarté et rapproché du premier, tous deux restant verticaux. Ledit élément secon- daire est équipé de dispositifs de serrage et de maintien qui peuvent être ouverts et fermés de façon à maintenir verticale une tige de forage pendant sa manutention. Pour que les tiges de forage stockées vertica- lement ne tombent pas du râtelier, il faut prévoir un mécanisme de verrouillage qui garantisse que ces tiges sont bien maintenues dans ce râtelier jusqu'à ce qu'on en ait besoin. Les mécanismes de verrouillage connus à cet effet sont des mécanismes à manoeuvre hydraulique ou pneu- matique commandés à distance. Il s'agit en pratique de manipuler une centaine de tiges et les mécanismes connus de verrouillage du râtelier se sont révélés compliqués et difficiles à manoeuvrer. Par ailleurs, les frais d'achat et d'entretien d'un grand nombre de ces mécanismes de verrouillage et de leurs dispositifs hydrauliques ou pneumatiques de manoeuvre sont très élevés. la présente invention a pour objet un système simple, meilleur marché et plus facile à manoeuvrer d'ouverture et de fermeture du mécanisme de verrouillage d'un râtelier. Elle est caractérisée en ce que le dispositif de manutention des tiges comporte à hauteur du râtelier une 258445C tête profilée, qui est conformée de façon à pouvoir péné- trer entre les dents de ce râtelier et à ouvrir le méca- nisme de verrouillage pendant qu'une tige est retirée dudit râtelier. Ce mecanisme de verrouillage est composé de doigts pivotants qui sont montés sur des axes verticaux indépendants, rappelés par des ressorts, et qui ont la longueur voulue pour ne recouvrir qu'une partie de la largeur de l'encoche séparant deux dents, ces doigts coopé- rant deux à deux de façon à retenir les tiges qui ont été introduites et à les empêcher de tomber de leur position de stockage, par le fait que la force des ressorts main- tient lesdits doigts dans une position de verrouillage dans laquelle ils sont appliqués contre une butée, les deux doigts d'une paire étant susceptibles d'ouvrir les encoches sous l'action des tiges quand cellesci sont introduites et étant susceptibles de s'ouvrir pour laisser retirer les tiges, sous la commande d'une tête spéciale du dispositif de manutention, qui est conformée de façon à pénétrer dans ces encoches et à repousser temporairement les doigts sur le côté en permettant de retirer librement les tiges du râtelier. Cette tête du dispositif de manutention des tiges comporte avantageusement une extrémité antérieure concave et une extrémité postérieure effilée en forme de coin. Les arêtes extérieures de cette extrémité concave viennent en contact avec les doigts de verrouillage et les repoussent latéralement quand la tête pénètre dans une encoche du râtelier, et l'extrémité postérieure repousse ces doigts et les maintient dans une position inactive de déverrouillage pendant que la tête sort de l'encoche en en retirant une tige. L'invention sera décrite de manière plus détaillée à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés qui représentent un mécanisme selon l'invention coopérant avec un dispositif de manutention de tiges selon la demande précitée, et sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement en pers- pective un dispositif de manutention de tiges coopérant avec une tour de forage, une plate-forme et le râtelier; les figures 2a et 2b sont des détails du râtelier de la figure 1, en élévation et en plan, respectivement; la figure 3 est un plan partiel du râtelier; la figure 4 est une coupe par la ligne IV-IV de la figure 3, le mécanisme de verrouillage du râtelier n'étbat repré- senté que sur la moitié de gauche de cette figure, étant donné que la muitié de droite est identique; et la figure 5 représente à plus grande échelle un détail de lt figure 3; On se reportera à la demande de brevet français n0 85.09 173 précitée pour y trouver plus de détails per- mettant de comprendre, mieux et complètement, la conforma- tion et le fonctionnement du dispositif de manutention de tiges de forage. On n'expliquera ici que de façon générale le rôle de ce dispositif 1, qui est de transporter des trains de tiges de forage longs d'environ 30 mètres entre une po- sition active 2', dans l'axe (ou trou de souris) 3 du puits, et une position 2 non active ou de stockage, le bas des trains reposant sur des plaques de support ou semelles rainurées 4 connues et leur partie supérieure étant main- tenue par engagement dans un râtelier 5, ou elle est retenue par un mécanisme de verrouillage qui peut être ouvert et fermé. La partie inférieure de la tour 6 de forage est indiquée en traits mixtes. Comme décrit dans la demande de brevet précitée, les tiges, maintenues verti- cales, sont transportées par une translation et une rotation de la colonne du dispositif, l'organe 1' de serrage et de retenue, qui peut être ouvert et fermé, ser- vant à maintenir amoviblement ces tiges entre les deux positions 2 et 2' mentionnées. Les râteliers 5 sont en général constitués de profilés d'acier à section carree. Ces profilés forment des dents 5' parallèles et séparées par des interstices ou encoches 5" intermédiaires, qui sont dégagées à l'extré- mité par laquelle les tiges sont introduites et retirées. Un mécanisme de verrouillage, représenté sur les figures 3, 4 et 5, empêche les tiges de tomber du râtelier 5. Ce mécanisme est composé d'un certain nombre de doigts 7 de verrouillage, rappelés par des ressorts, qui sont montés sur les dents 5' au moyen d'axes soudés 8 passant verticalement dans ces dents 5' en profilés à section carrée et tourillonnés dans des paliers supérieurs et inférieurs 9 et 10, respectivement. Dans la forme de réalisation prise comme exemple, chaque axe 8 est entouré par un ressort hélicoidal 11 de:torsion, dont les extré- mites sont fixées d'un côté à cet axe 8 et de l'autre c6té au palier inférieur 10. Par l'intermédiaire'desdits axes 8, ces ressorts tendent à maintenir les doigts de verrouillage respectifs dans une position de verrouillage oblique (quand on la regarde en plan; voir figures 3 et 5), dans laquelle l'extrémité de ces doigts est tour- née vers l'intérieur, ou, en d'autres termes, est éloignée de l'extrémité d'entrée de l'encoche 5", sur-la face anté- rieure du râtelier 5. Chaque doigt 7 de verrouillage peut donc pivoter individuellement, indépendamment des autres, bien que les doigts 7 de dents 5' adjacentes coopèrent deux à deux de façon à retenir une tige de forage 2 mise en place. Dans la position de verrouillage, une extrémité des doigts 7 est appliquée entre une butée 12 qui est soli- daire de la dent 5'. Chacun de ces doigts 7 a une longueur limitée, de façon à ne recouvrir que partiellement l'en- coche 5" qui sépare deux dents 5', lorsqu'il occupe sa position de verrouillage. Lorsqu'il s'agit de placer les tiges en position d'attente entre les dents du râtelier 5, la tige 2, que le dispositif 1 de manutention retient et déplace en la maintenant verticale, repousse vers l'intérieur les doigts 7 de verrouillage d'un couple, contre la force de leurs ressorts de torsion, de sorte qu'elle peut passer devant ces doigts et éventuellement devant d'autres couples de ceux-ci jusqu'à ce qu'elle se trouve à l'emplacement dé- siré du râtelier 5. La poussée horizontale exercée par la tige 2, maintenue verticalement dans le dispositif de manu- tention, oblige donc les doigts 7 à céder et à laisser passer cette tige, puis ces doigts reviennent à leur position de verrouillage dès que ladite tige les a dépas- ses. Ainsi que le montre la figure 3, une tige 2 peut avoir à repousser les doigts 7 de plusieurs couples avant d'arriver à sa position de stockage. Pour ouvrir le mécanisme de verrouillage de / manière à permettre de retirer les tiges qui ont été rangées dans le râtelier, une tête 13 de déverrouillage est formée conformément à l'invention à l'extrémité supé- rieure du dispositif 1 de manutention, à la hauteur de ce râtelier. Cette tête 13 est conformée de façon à pouvoir se déplacer dans les encoches séparant les dents du râtelier, en annulant l'action d'arrêt des doigts de ver- rouillage jusqu'à ce qu'il soit possible de retirer une tige de ce râtelier 5, à l'aide de l'organe 1' de serrage et de maintien de ce dispositif 1. La tête 13 comporte une partie antérieure 13' concave et une partie posterieure 13" effilée en forme de coin. Le terme "antérieure" se rapporte à l'extrémité de la tête 13 qui pénètre en premier dans l'encoche 5", le terme "postérieure" à l'extrémité de cette tête qui suit pendant que la tête pénètre dans le râtelier. Pendant ce déplacement de la tête vers l'inté- rieur, les coins ou arêtes extérieures 13"' de l'extrémité concave 13' viennent heurter les doigts 7 de verrouillage respectifs d'Ln couple, ou en d.'autres termes deux doigts coopérants opposés, et elles les repoussent vers l'inté- rieur contre l'action que les ressorts 11 exercent sur les axes 8 de c"sI doigts. Lorsque la tête 13 se déplace vers l'extérieur, tendis que l'organe 1' du dispositif 1 maintient la tige 2 qu'il s'agit de retirer du râtelier, les doigts de verrouillage sont repoussés à leur position de déverrouillage à l'aide de la partie postérieure 13" en -2 5 8 4 450 forme de coin de la tête, de façon à permettre de retirer librement cette tige. Conformément à l'invention, c'est le dispositif de manutention des tiges qui est utilisé pour manoeuvrer le mécanisme de verrouillage du râtelier 5, si bien que ce mecanisme foctionne automatiquement. Les avantages de l'invention semblent évidents, puisqu'elle conduit entre autres à des économies appréciables ainsi qu'a une simpli- cité et une fiabilité plus grandes de fonctionnement du mécanisme de verrouillage du râtelier. Il va de soi qu'il est possible, sans s'écarter du domaine de l'invention, d'apporter dierses modifica- tions au dispositif de manutention de tiges à mécanisme de verrouillage, représenté et décrit. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1, 1') de manuteation de tiges, destiné à être utilisé notamment sur les plates-formes de forage pour transporter des trains de tiges de forage (2) entre une position active au-dessus du trou de souris (3) et une position de stockage dans laquelle ces tiges sont rangées verticalement, leurs extémités supérieures étant maintenues à l'aide d'un organe en forme de râte- lier (5), dont les dents (5') délimitent les côtés res- pectifs d'encoches (5") intermédiaires, par l'extrémité desquelles les tiges sont introduites et retirées, ce râte- lier comportant un mécanisme de verrouillage destiné à empêcher les tiges (2) de tomber, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte à la hauteur du râtelier une tête (13) profilée, conformée de manière à pouvoir pénétrer dans les encoches (5") séparant les dents (5') de ce râtelier et de manière à annuler l'action du mécanisme (7) de verrouillage pendant qu'une tige (2) est retirée dudit râtelier (5). 2. Dispositif de manutention de tiges, à méca- nisme de verrouillage pour râtelier (5! composé d'un certain nombre de dents (5') parallèles, séparées par des encoches (5") dont une extrémité est dégagée de façon à permettre d'y introduire des tiges (2) pour les mettre en attente, ce mécanisme étant destiné à empêcher ces tiges de tomber de leur position de stockage, dispositif caracté- risé en ce que le mécanisme de verrouillage est composé d'un certain nombre d'axes verticaux (8}, rappelés par des ressorts (,11), et de doigts (7) de verrouillage, pivotants, qui ont la longueur voulue pour ne recouvrir qu'une partie de la largeur des encoches (5"), ces doigts (7) coopérant deux à deux de façon à retenir les tiges introduites en les empêchant de tomber, du fait que la force des ressorts maintient lesdits doigts dans une position de verrouillage dans laquelle ils sont appliqués contre une butée (12) et ces doigts (7) étant susceptibles de dégager les encoches (5") du râtelier sous l'action de la tige introduite et étant également susceptibles d'être écartés par une tête spéciale (13) du dispositif-de manutention des tiges, laquelle est conformée de manière à pouvoir pénétrer dans ces encoches (5") en repoussant temporairement lesdits doigts sur le côté de façon à per- mettre de reti'er librement une tige (2) du râtelier (5). 3. Dispositif de manutention de tiges à méca- nisme de verrotillage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tête (13) de ce dispositif de manutention (1) comporte avantageusement une extrémité antérieure (1E') concave et une extrémité postérieure (13") effilée en forme de coin les arêtes extérieures (13"') de cette extrémité concave étant disposées de façon à venir en contact avec les doigts (7) de verrouillage et à les repousser latéralement quand la tête est introduite dans une encoche (5") de râtelier (5), et l'extrémité postérieure (13") en forme de coin étant conformée de façon à repousser ces doigts (7) de verrouillage et à les maintenir temporairement dans une position écartée de déverrouillage pendant que la tête (13) est déplacée vers l'extérieur pour retirer une tige (2).