Brevet FR2610363A1 — publié le 19880805

"Appareil de déblocage et de dévissage d'éléments de train de forage" La présente invention a pour objet un appareil de déblocage et de dévissage d'éléments de train de forage d'une installation de forage, et en particulier d'une installation de forage montée sur un véhicule. Un train de forage comprend une tête de forage et une série d'éléments allongés se présentant sous forme de barres, qui assemblées bout à bout constituent un train d'éléments. La liaison des éléments entre eux est généralement réalisée par vissage, avec ou sans manchon de liaison, suivant que les éléments présentent des extrémités filetées identiques ou qu'ils présentent des extrémités complémentaires, respectivement une extrémité filetée et une extrémité taraudée. Ces éléments sont généralement munis de plats permettant leur manoeuvre de blocage et de déblocage Lors d'une opération de forage, et au fur et à mesure de l'avancement du train de forage, il est nécessaire d'ajouter des éléments, la liaison entre le dernier élément ajouté et le train de forage lui-même étant alors réalisée sous l'action de la rotation de la tête de forage.Lors de l'opération inverse qui consiste à retirer du trou foré le train d'élé- mentis. chaque élément doit être déconnecté du train de forage au fur et à mesure du retrait de celui-ci. Cette opération ne peut pas être mécanisée dans le cas des trains de forage traditionnels dont la structure des éléments a été définie précédemment. Cette opération de déconnexion impliquant une intervention manuelle est rendue délicate et dangereuse par la simultanéité de l'intervention de l'opérateur pour le déblocage des liaisons à vis, et de l'intervention mécanisée de la tête de forage utile au dévissage de ses liaisons. Le but de l'invention est de fournir un appareil permettant de mécaniser entièrement cette opération de déconnexion en supprimant toute intervention manuelle d'un opérateur. A cet effet, le train de forage selon l'invention comprend: - un premier boîtier fixé sur la glissière, à l'intérieur duquel est monté un jeu de mors centrés par rapport à l'axe du train d'éléments de forage, ces mors étant déplaçables entre une position écartée dans laquelle ils permettent un libre mouvement des éléments du train de forage. et une position rapprochée dans laquelle ils permettent l'immobi lisation en rotation et en translation d'un élément du train de forage ou du manchon de liaison entre deux éléments, - un second boîtier disposé au-dessus du premier qui, déplaçable en translation selon l'axe du train d'éléments, et monté pivotant autour de cet axe, est équipé d'un jeu de mors centrés par rapport à ce même axe, les mors étant déplaçables entre une position écartée dans laquelle ils permettent un libre mouvement des éléments du train de forage, et une position rapprochée dans laquelle ils permettent une liaison en translation et en rotation du boîtier avec l'élément du train de forage adjacent à celui bloqué par le premier boîtier, - et des moyens destinés à assurer simultanément des mouvements combinés de translation et de rotation du second boîtier, pour déplacer celui-ci selon une hélice circulaire de pas correspondant aux filetages permettant l'assemblage de deux éléments. En pratique, les deux boîtiers étant en position rapprochée l'une de l'autre, le premier boîtier assure le blocage en translation et en rotation de l'élément appartenant au train d'éléments, tandis que le second boîtier bloqué en rotation et en translation sur l'élément à déconnecter du train d'éléments de forage assure au cours d'un mouvement combiné de rotation et de translation, dans un premier temps le déblocage de cet élément par rapport au train d'éléments, puis le dévissage de cet élément par rapport au train d'éléments. Avantageusement cet appareil comporte un support monté dépla çable en translation parallèlement à la glissière de la machine, et guidé au cours de son mouvement par des colonnes, ce support étant équipé dans sa partie centrale d'une couronne dentée, centrée sur l'axe du train d'éléments de forage et sur laquelle est fixée le boîtier mobile, cette couronne engrenant avec un pignon entraîné en rotation par au moins un moteur. En outre les moyens assurant le déplacement en translation du support du second boîtier sont constitués par une pluralité de vis parallèles à l'axe du train d'éléments de forage, régulièrement réparties autour de cet axe, dont chacune montée bloquée en translation, mais libre en rotation sur le support du second boîtier, traverse un trou taraudé ménagé dans le support du premier boîtier. Selon un mode préféré de réalisation de cet appareil, les moyens assurant l'entraînement en rotation de chaque vis destinée à déplacer le support du second boîtier sont constitués par un pignon calé à l'extrémité supérieure de la vis considérée et engrenant avec la couronne dentée portant le second boîtier. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution de cet appareil Figure 1 est une vue de côté d'une machine de forage équipée de cet appareil Figure 2 est une vue en perspective et à échelle agrandie de cet appareil Figures 3 et 4 sont deux vues de côté représentant deux modes d'assemblage des extrémités de deux éléments de train de forage Figures 5 et 6 sont deux vues en coupe longitudinale de l'appareil au cours de deux phases de déconnexion d'un élément Figures 7 et 8 sont deux vues de dessus d'un boîtier de mors, les mors étant respectivement en position ouverte et en position fermée Figure 9 est une vue du schéma hydraulique de l'appareil. La figure I représente un véhicule 2 auto-propulsé par des trains de chenilles 3 et équipé d'un bras 4 qui par une cinématique appropriée, permet de maintenir en position de travail, par l'intermédiaire d'un berceau 5, une glissière 6 sur laquelle est montée coulissante longitudinalement une tête de forage 7. L'appareil selon l'invention est désigné par la référence générale 8 et fixé à l'extrémité inférieure de la glissière 6. Cet appareil comprend, comme montré plus -particulièrement aux figures 2,5 et 6. un premier boîtier de mors 9 monté de façon fixe sur un support 10 solidaire de l'extrémité inférieure de la glissière. Sur le support 10 est monté déplaçable dans la direction de l'axe 12 du train de forage, une plaque support 13 guidée dans son mouvement par des colonnes 11. Cette plaque support 13 est équipée dans sa partie centrale d'une couronne dentée 14, centrée sur l'axe 12 du train d'éléments sur laquelle est fixé un second boîtier 15 équipé d'une autre paire de mors. En pratique, la couronne 14 et le boîtier 15 sont entraînés en rotation par l'intermédiaire d'un pignon 16 calé sur l'arbre d'un moteur hydraulique 17, ce pignon 16 engrenant lui-même avec un pignon 18 calé sur l'arbre d'un second moteur hydraulique 19 pouvant agir conjointement avec le premier moteur dans des conditions qui seront décrites plus loin. A l'intérieur de la plaque support 13 sont montées tourillonnantes, c'est-à-dire bloquées en translation mais libres en rotation, trois vis 20r parallèles à l'axe 12 du train d'éléments, régulièrement réparties autour de cet axe. Ces trois vis 20 traversent le boîtier de mors 9 qui présente à cet effet trois trous taraudés ou écrous 22. Chaque vis 20 est équipée de deux butée 23 et 24 limitant la course de déplacement de la plaque support 13 par appui que ces butées 23 et 24 peuvent prendre respectivement sous le boîtier 9 et sur le boîtier 9. L'entraînement en rotation de chaque vis 20 est réalisé par l'intermédiaire d'un pignon 25 et d'un limiteur de couple 26, chaque pignon 25 engrenant avec la couronne dentée 14. Le pas du filetage des vis 20 est tel que pour une rotation d'un tour de la couronne 14, celle-ci est déplacée axialement d'une distance égale au pas du filetage d'assemblage des éléments 27 du train d'éléments de forage. Ces éléments 27 sont représentés aux figures 3 et 4, la figure 3 représentant les extrémités de deux éléments 27 présentant des filetages 28 identiques, I'assemblage étant réalisé par l'intermédiaire d'un manchon taraudé 29, et la figure 4 représentant des éléments 27 dont une extrémité comporte un filetage 28 et dont l'autre extrémité comporte un évidemment taraudé 30 complémentaire.Dans les deux cas les extrémités des éléments 27 présentent des plats 32 facilitant leurs tenues et leur entraînement lors des manoeuvres de déblocage et de dévissage. Comme cela ressort plus particulièrement des figures 2,7 et 8, chaque boîtier de mors 9, 15 comporte deux colonnes parallèles 33, disposées dans un plan perpendiculaire à l'axe 12, sur chacune desquelles est monté coulissant un mors 34, chaque mors 34 étant actionné le long de sa colonne de guidage 33 par l'intermédiaire d'un vérin 35. L'alimentation en fluide hydraulique des vérins 35 appartenant au boîtier mobile 15 est réalisé par l'intermédiaire d'un joint tournant 36 disposé à l'intérieur de la couronne 14. La figure 9 représente le schéma hydraulique de l'appareil. L'alimentation du moteur 17 est réalisée par les valves 37,38 et 39 de façon à permettre l'entraînement de la couronne dentée 14 à vitesse lente et à couple réduit dans un sens de rotation correspondant au sens de vissage des éléments du train de forage, le moteur 19 entraîné en rotation par son pignon 18 tournant librement et le fluide de transmission étant recyclé par le clapet 45. Une vitesse de rotation plus rapide du moteur peut être obtenue par la mise en service d'une valve 42. D'autre part les alimentations du moteur 17 par la valve 37 et du moteur 19 par les valves 37 et 43 sont réalisées de façon à permettre par l'intermédiaire de la couronne dentée 14, soit l'entraînement en rotation à vitesse maximale et à couple réduit du boîtier de mors 15 dans le sens de rotation correspondant au sens de dévissage des éléments de train de forage sous l'action du seul moteur 17, soit la rotation à vitesse minimale et à couple plus élevé du boîtier de mors 15 par action simultanée des moteurs 17 et 19 autorisée par la mise en service de la valve de séquence 43. La figure 9 montre également comment l'alimentation des vérins 35 des mors 34 est réalisée par l'intermédiaire d'une valve de réduction de pression 44 dont l'action est annulée par un clapet 45 lors de la rotation du boîtier de mors 15 dans le sens correspondant au sens de vissage des éléments de train de forage. L'action des vérins 35 peut être améliorée par la présence d'un accumulateur 46. Le fonctionnement de cet appareil est le suivant. Lors de l'opération de retrait du train de forage, la tête de forage 7 attelée à l'élément supérieur 27 dudit train permet, par une translation vers le haut, de positionner le train de telle sorte que le boîtier 15 étant en position basse, les plats inférieurs 32 de l'élément supérieur 27 du train et les plats supérieurs de l'élément adjacent colncident respectivement avec les plans de déplacement des mors 34 du boîtier supérieur 15 et du boîtier inférieur 9. Dans cette position le train de forage étant immobile, les mors 34 viennent en appui sans effort sur les éléments de train correspondant. Le boîtier de mors 15 est alors entraîné en rotation à vitesse lente et avec un couple limité dans le sens de vissage des éléments. Au cours de ce mouvement les mors 34 du boîtier 15 viennent s'engager sur les plats 32 de l'élément 27 correspondant. A cet instant la tête de forage 7 est désaccouplée du train d'éléments de forage, celuici étant guidé en partie haute par des moyens appropriés, non concernés par l'appareil selon l'invention. Le mouvement de rotation du boîtier 15 se poursuit dans le même sens entraînant le train de forage en rotation jusqu'à ce que les mors 3 du boîtier fixe 9 viennent s'engager sur les plats 32 de l'élément 27 correspondant. Le boîtier 15 est alors entraîné en rotation en sens inverse c'est à-dire dans le sens de dévissage des éléments de train de forage. Si le couple nécessaire au déblocage des deux éléments concernés est supérieur au couple fourni par le moteur 17, le second moteur 19 est alors alimenté par la valve de séquence 43, son couple venant s'ajouter au couple du moteur 17 permettant le déblocage des deux éléments et le dévissage de l'élément supérieur et de son manchon 29, dans la mesure où les liaisons entre les deux éléments sont réalisées par un manchon. Le mouvement se poursuit à vitesse lente, tant que la pression d'alimentation des moteurs est supérieure à la valeur de tarage de la valve de séquence 43, et à vitesse rapide dans le cas contraire.Le mouvement de dévissage se poursuit jusqu'à ce que le boîtier 15 atteigne une position haute obtenue par appui des butées 23 des vis 20 contre la face inférieure du boîtier de mors 9. Les mors 34 du boîtier 15 sont alors amenés de la position serrée représentée à la figure 8 à une position écartée représentée à la figure 7, permettant la libération de l'élément supérieur 27 du train de forage qui peut être retiré. Le boîtier 15 et la tête de forage 7 sont tous les deux en position basse pour effectuer un nouveau retrait d'un élément de train de forage. Après vissage de la tête 7 dans le dernier élément du train, les mors 34 du boîtier 9 sont écartés afin de permettre à la tête de remonter la totalité du train de forage vers le haut. Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante, en fournissant un appareil permettant l'automatisation du déblocage, et du dévissage d'un élément de forage relativement aux autres éléments du train. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet appareil, décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi, notamment, que les moyens d'entraînement en translation du boîtier 15 pourrait être différents, ou que les différents mouvements obtenus de façon entièrement hydraulique pourraient mettre en oeuvre d'autres sources d'énergie, telle que l'électricité par exemple, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIO NS 1. Appareil de déblocage et de dévissage d'éléments de train de forage destiné à équiper une machine de forage comportant une glis sière allongée sur laquelle est montée coulissante une tête de forage, caractérisé en ce qu'il comprend : - un premier boîtier (9) fixé sur la glissière, à l'intérieur duquel est monté un jeu de mors (34) centrés par rapport à l'axe (12) du train d'éléments (27) de forage, ces mors (34) étant déplaçables entre une position écartée dans laquelle ils permettent un libre mouvement des éléments du train de forage, et une position rapprochée dans laquelle ils permettent l'immobilisation en rotation et en translation d'un élément (27) du train de forage ou du manchon de liaison entre deux éléments. - un second boîtier (15) disposé au-dessus du premier qui, déplaçable en translation selon l'axe (12) du train d'éléments, et monté pivotant autour de cet axe, est équipé d'un jeu de mors (34) centrés par rapport à ce même axe, les mors (34) étant déplaçables entre une position écartée dans laquelle ils permettent un libre mouvement des éléments du train de forage, et une position rapprochée dans laquelle ils permettent une liaison en translation et en rotation du boîtier avec l'élément du train de forage adjacent à celui bloqué par le premier boîtier (9), - et des moyens destinés à assurer simultanément des mouvements combinés de translation et de rotation du second boîtier (15), pour déplacer celui-ci selon une hélice circulaire de pas correspondant aux filetages permettant l'assemblage de deux éléments. 2. Appareil selon la revendication I, caractérisé en ce qu il comporte un support (13) monté déplaçable en translation parallèlement à la glissière (6) de la machine, et guidé au cours de son mouvement par des colonnes (11), ce support étant équipé dans sa partie centrale d'une couronne dentée (14), centrée sur l'axe (12) du train d'éléments de forage et sur laquelle est fixée le boîtier mobile (15), cette couronne (14) engrenant avec un pignon (16), entraîné en rotation par au moins un moteur. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens assurant le déplacement en translation du support du second boîtier (15) sont constitués par une pluralité de vis (20) parallèles à l'axe (12) du train d'éléments de forage, régulièrement réparties autour de cet axe, dont chacune montée bloquée en translation, mais libre en rota tion sur le support (13) du second boîtier, traverse un trou taraudé (22) ménagé dans le support du premier boîtier. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens assurant l'entraînement en rotation de chaque vis destinée à déplacer le support du second boîtier sont constitués par un pignon (25) calé à l'extrémité supérieure de la vis considérée et engrenant avec la couronne dentée portant le second boîtier. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque vis est équipée de deux butées (24,23) susceptibles de prendre appui respectivement sur la face supérieure et sur la face inférieure du support de boîtier fixe (9), et en ce que l'entraînement de chaque vis est réalisé par un pignon (25) avec montage d'un limiteur de couple (26). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque boîtier (9,15) comprend deux mors (34) guidés sur deux colonnes parallèles (33) disposées dans un plan transversal à l'axe du train d'éléments de forage, et déplaçables chacun par un vérin hydrauiique (35). 7. Appareil selon l'ensemble des revendications 2 et 6, caractérisé en ce que le montage de la couronne dentée (14) sur son support (13) est réalisé avec ménagement de joints tournant (36) pour l'alimentation des vérins de déplacement des mors (34) du second boîtier (15). 8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne dentée (14) engrène avec un pignon (16) calé sur l'arbre d'un moteur hydraulique (17) susceptible d'entraîner la couronne (14) dans les deux sens à vitesses lente et rapide avec un couple réduit, ce premier pignon (16) engrenant avec un second pignon (18) calé sur l'arbre d'un second moteur hydraulique (19), susceptible de coopérer avec le premier pour augmenter le couple exercé sur la couronne, avec une vitesse d'entraînement lente.