Brevet FR2644508A1 — publié le 19900921

La présente invention conçerne un procédé et un dispositif destiné au conditionnement des éléments nécessaires à l'alimentation rapide d'un TRAIN DE FORAGE sur PLATEFORME PETROLIERE SEMISUBMERSIBLE ou fixe sur fond marin ou sol normal, et d'assurer notamment le maximum de rendement et de sécurité lors des opérations de prospection et de production en haute mer; l'invention concerne également un dispositif de rotation par vérin rotatif du conditionnement du TRAIN DE FORAGE. La constitution du TRAIN DE FORAGE est normalement réalisée par l'adjonction de nombreux éléments qui doivent être aboutés les uns aux autres dans les meilleurs délais et dont la section de passage doit être réduite pour raison technique majeure , progressivement et rapidement ou obstruée totalement avec efficacité et en toute sécurité pour le contingent présent. Ces réductions de passage demandées par les SERVICES TECHNIQUES pendant les opérations de forage de prospection nécessitent une intervention exclusive et rapide, préparée à l'avance, qui pour être parfaitement efficace doit porter sur une longueur de 500 à 800 mètres de tubes. Le procédé énoncé nous conduit à rechercher une solution de principe et constitue l'objet des caractéristiques énonçées ci-aprés en référence aux dessins joints. Ainsi l'invention vise selon une première caractéristique un procédé de conditionnement et d'alimentation automatique à indexage d'un ensemble de tubes constitutifs du TRAIN DE FORAGE consistant à disposer les tubes sur un cercle de diamètre déterminé sous forme de barillet constituant le lieu géométrique de distribution des tubes par rapport à son centre qui se superpose au point de rotation du conditionnement et à mettre ces tubes en vis à vis successivement par une avance de fraction angulaire sur 1 'ou verture de la TABLE DE ROTATION. Un deuxième objet de l'invention est de fournir un conditionnement des éléments du TRAIN DE FORAGE pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui est constitué d'un barillet composé d'un élément central (4) pourvu en partie supérieure d'un moyen de prise et de manutention (28) dans son axe vertical et d'un plateau-porteur (3) de tubes (2) solidaire de l'élément central (4) à sa base, pourvu d'orifices de dégagement des tubes pour l'alimentation de la TABLE DE ROTATION et d'un moyen d'autocentrage (5) disposé sur son axe en partie inférieure, destiné à le positionner au moment de l'ap- proche lors de la descente vers la TABLE DE ROTATION et des parties de réception indexées aux organes d ' entrainement et d'autre part d'un moyen latéral de maintien (9) des tubes (2) sur l'élément central (4) répartis sur sa hauteur et enfin d'un moyen de retenue (7) verticale des tubes sur le plateau porteur (3) articulé à l'une des extrémités intérieure (29) sur un axe de rotation et de l'autre, coté prise (30), actionné par un vérin (8) ouvrant chacune des ouvertures en synchronisme avec le mouvement de rotation du barillet. Selon d'autres caractéristiques du conditionnement : l'élément central (4) constitue la structure du barillet et comporte un renforcement (28) dans sa partie supérieure avec un perçage dans l'axe pour passage du crochet et prise de levage et de manutention. L'embase (3A - 3B - 3C) dont un modèle est propre à chacun des types de tubes à alimenter pour la constitution du TRAIN DE FORAGE, comporte pour chacun un cône de centrage identique (5) en son centre destiné à maintenir et à garder son point de rotation fixe, et des entretoises (6) reliées au corps central (4) assurent la rigidité et la résistance mécanique nécessaire en ce point de friction et d'approche sous charge lors de la descente du barillet, tandis qu'un repère (32) sur l'embase (3A - 3B - 3C) aura son repère analogue correspondant préalablement fixé sur la TABLE DE ROTATION. Le moyen de retenue verticale sur l'embase du plateau-porteur est constitué pour chacun des tubes, d'un bras (7) articulé à un point fixe intérieur (29) et mis en mouvement à son autre extrémité extérieure par un vérin (8) pneumatique actionnant la fermeture pour obtenir la retenue des tubes lors du chargement, ou l'ouverture pour libérer le passage des tubes en synchronisme avec la rotation du barillet. Les différents tubes son maintenus dans leur position par des moyens d'attache (9) en trois points sur la hauteur du barillet,par exemple au tiers de la hauteur, au second tiers et à environ deux ou trois mètres de la tête du barillet, de façon à les plaquer chacun vers l'élément central (4) par des éléments de ceinturage tels que chaînes, secteurs métalliques sur des berceaux (31) dont l'empreinte sera égale au diamètre extérieur des tubes en charge et dans le prolongement ou l'axe de leuralignement. L'invention vise également une installation d'alimentation automatique d'un TRAIN DE FORAGE pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et destiné à recevoir le conditionnement tel que décrit précédemment et à synchroniser l'action des vérins d'ouverture (8) du plateau-porteur avec le mouvement de rotation du barillet en lui donnant une avance fractionnée angulaire par exemple de 300 en 300, de 45" en 45" ou de 60 en 60 , régulièrement et progressivement de 0 à 360". La rotation du barillet se fera sur un arbre (11) destiné à centrer et à recevoir le plateau-porteur lors de la descente ; la masse du barillet sera reçue sur l'épaulement de l'arbre de rotation (11) par une butée (12) qui en assurera la rotation sous la charge et pourvu d'une roue d'entrainement en rotation (13) lui donnant le mouvement demandé communiqué soit par un pignon conique droit à 450 (14), relié à un vérin rotatif (10) à sortie d'arbre horizontale, soit par un pignon cylindrique droit (14') relié au vérin rotatif (10) à sortie d'arbre verticale, position réduisant la hauteur d'approche du carter (27),(27'), de protection protégeant à la fois la roue d'entrainement du barillet, le pignon d'entrainement et le corps du vérin rotatif. Cette installation est également caractérisée en ce que quatre dés (18) rendent la roue solidaire du disque d'appui (19) porteur de quatre ergots (20) de guidage et d'entrainement synchronisé des plateaux en charge (3A 3B - 3C) et selon une autre caractéristique le disque d'entrainement (19) sera porteur d'une contre-butée (21) bloquée par une bague de protection (22) elle-même arrêtée et solidarisée à l'arbre par une goupille "MECANINDUS" (23) de fort diamètre ou une cheville conique (23') ajustée avec écrou encastré dans la bague. Selon une dernière caractéristique de l'installation l'arbre (11) repose sur un socle (24) ou platine de forte épaisseur fixée sur la TABLE DE ROTATION maintenue par des boulons (25) ou soudée de manière à assurer une meilleure fixation du pied de cet arbre qui reçoit la base du barillet en charge lors de la pose sur l'arbre de rotation, tandis qu'un moyen articulé de blocage (26) pneumatique ou hydraulique assurera à son sommet l'immobilisation du crochet de suspension. Pour cette réalisation il convient selon l'invention de prévoir un barillet d'alimentation porteur des diamètres de 508 mm à 219 mm, et de longueur efficace de 150 mètres, 200 mètres, et de 300 mètres, à chaque intervention de barillet. Lors d'une réduction les ciments à haute résistance "HR", et les liants à prise rapide font office de garnissage qui assure par la rotation extrèmement rapide de la TABLE DE ROTATION et DE FORAGE le maintien concentrique des éléments de réduction et forme ainsi en durcissant la structure de la TIGE DE FORAGE. Ainsi le dispositif selon l'invention permet d'augmenter la rapidité d'exécution des opérations de réduction fréquentes pendant les campagnes de forage sur le site. Il convient pour cela de présenter un barillet porteur pour le même diamètre nominal,d'une quantité de tubes nécessaire à une première intervention et ensuite de renouveller l'apport d'un second ou d'un troisième barillet correspondant à la longueur demandée par les SERVICES TECHNIQUES, ou plus si nécessaire. A titre d'illustration des dessins sont joints qui représentent respectivement -Figure 1.-Une vue en élévation de l'ensemble du barillet à son poste d'exploitation sur la TABLE DE ROTATION. -Figure 2.-Une vue de dessus du plateau inférieur du barillet pour le support des tubes de grands diamètres :DN 20 =508 mm et DN 18 =457 mm. -Figure 3.-Une vue de dessus du plateau inférieur du barillet pour le support des tubes de diamètre moyen : DN 14 = 355 mm. -Figure 4.-Une vue de dessus du plateau inférieur du barillet pourle support des tubes de petits diamètres DN 10 = 273 mm et DN 8 = 219 mm. -Figure 5.-Une vue de dessus du plateau inférieur de barillet pour analyser le débattement des vérins pneumatiques de libération des tubes et le passage des tubes DN 20 et DN 18 dans l'axe des ouvertures corres pondant à l'entr'axe d'alimentation et de prise de la TABLE DE FORAGE et ceci pour une valeur opérationnelle de 150 mètres. -Figure &commat;. -Une vue de desti- du plateau inférieur du barillet pour analyse du débattement des vérins pneumatiques de libération des tubes et le passage des tubes DN 14 dans l'axe des ouvertures correspondant à ltentrtaxe d'alimentation et de prise de la TABLE DE FORAGE, et ceci pour une valeur opérationnelle de 200 mètres. -Figure 7.-Une vue de dessus du plateau inférieur du barillet pour analyse du débattement des vérins pneumatiques de libération des tubes et le passage des tubes DNlO et DN 8 dans l'axe des ouvertures correspon dant à ltentrtaxe d'alimentation et de prise de la TABLE DE FORAGE et ceci pour une valeur opérationnelle de 300 mètres. -Figure 8.-Une vue de dessus du plateau inférieur du barillet pour déter mination du point de rotation du barillet par rapport à ltouverture de la TABLE DE FORAGE et définition de 1' entr' axe BARILLET-TABLE DE FORAGE, -Figure 9.-Une vue en demi-ELEVATION et demi-COUPE du barillet et du système d'autocentrage du barillet sur le pivot central de rotation et une position du vérin rotatif d'actionnement du barillet avec sa sortie d'arbre horizontale et son pignon vertical à usinage conique droit à 45 (14), en prise sur la roue horizontale de même usinage avec carter de protection (27). ~Figure 10.-Une vue en demi-ELEVATION et demi-COUPE du barillet et du système d'autocentrage du barillet sur le pivot central de rotation et une position du vérin rotatif d'actionnement du barillet avec sa sortie d'arbre verticale et son pignon horizontal à usinage cylindrique droit (14') en prise avec la roue horizontale de même usinage et sous carter de protection (27') des engrenages et du vérin rotatif. Aprés l'analyse des possibilités qu'offrent les plateaux-barillets il nous faut considérer l'ensemble d'un barillet et la place de stockage qu'il requiert sous la charpente du "DERRICK" en vue d'une utilisation sur le site. Tout barillet stocké auprés de la"TABLE DE ROTATION ET DE FORAGE" sera repris et maintenu en position d'alimentation par un mouflage sous tension de la charge qu'il représente. Pour une opération du barillet et donc pour une alimentation de la TABLE DE FORAGE des quantités énonçées, le vérin hydraulique rotatif permettra de disposer à pied d'oeuvre pour n actionnements d'une longueur totale de -pour une rotation de 60- en 6O en 6 actionnements,de:150 mètres, DN20-DN18 - " " " " 450 " 450 " 8 " ,de:200 " , DN14-DN10 " " 30e " 30' " 300 "12 " ,de:300 " , DN 8. Cela représente pour chacune des opérations de positionnement d'un barillet selon le type de son chargement une longueur de tubes d'intervention appréciable et efficace toujours disponible. L'approvisionnement des tubes sera donc assuré par le maintien à la disposition du personnel de garde sur le site, d'un barillet chargé des éléments d'intervention et consistera donc à tenir prêt à l'utilisation un barillet porteur de diamètres immédiatement inférieurs à ceux engagés dans l'opération de prospection pour obtenir une intervention en réduction parfaitement efficace. L'intervention du barillet d'alimentation devient opérationnelle lorsque -le barillet descends vers l'arbre de rotation (11) et l'entrainement du barillet par le vérin rotatif constitue le premier apport constitutif de la TIGE DE FORAGE, le renouvellement des barillets assurera le prolongement nécessaire jusqu'à la roche dure. C'est alors que l'intervention du barillet de réduction, préalablement stocké sous la charpente du "DERRICK" devient opérationnelle quand le barillet pris dans l'aire de stockage, descends vers l'arbre de rotation (11) guidé par le cône de centrage (5) et vient se placer correctement grâce aux ergots de centrage (20), qui plaçent trés exactement le premier tube du barillet dans l'axe d'ouverture et d'alimentation de la TABLE DE ROTATION. La conception du barillet entraine que l'entr'axe barillet -ouverture de la TABLE DE ROTATION est le même que celui de l'entr'axe du point de rotation du barillet sur les plateaux-porteurs et du cercle, lieu géométrique des centres des ouvertures faites pour le passage des tubes sur l'embase des barillets. Dans toute opération d'alimentation de la TABLE DE ROTATION il y aura donc une synchronisation parfaite de la rotation du vérin hydraulique qui exécutera les ordres donnés par la centrale hydraulique pour chaque avance de 300, de 450 ou de 600 et ceci de 0 à 3600. Préalablement à l'ouverture du premier orifice du barillet, le tube correspondant est pris entre des pinces solidaires d'un support déplacable verticalement pour contrôler son mouvement de descente jusqu 'à la mise en appui sur les éléments déjà engagés du TRAIN DE FORAGE et il en sera de même successivement pour tous les tubes, l'actionnement des vérins pneumatiques (8A-8B-8C) déplacant de façon synchronisée les brasrouleaux (7A - 7B -7C) consécutivement en pas à pas lors de l'avance en rotation du barillet, selon le choix fait au début des opérations. L'actionnement du vérin hydraulique (10) produira l'avance mécanique du barillet et présentera automatiquement et avec une grande précision synchronisée les tubes suivants pour l'opération identique d'aboutement du TRAIN DE FORAGE, l'installation tournant dans un sens de rotation puis dans l'autre, dans le sens trigonométrique-de O à 360" et dans le sens opposé suivant l'action du vérin. Ainsi les tubes se présenteront tous sur la TABLE DE ROTATION, l'action du pignon (14) claveté (15) avec rondelle (16) produira sur la roue (13) une avance semblable et égale qui sera transmise au disque d'appui (19) qui par quatre dés (18) retransmettra le mouvement de rotation au barillet et l'énergie nécessaire.Les ergots (20) en prise directe sur le barillet replaceront chaque tube en face de l'ouverture de la TABLE DE ROTATION, et ce centre d'ouverture et de prise de la TABLE DE ROTATION se trouve sur le lieu géométrique du chargement du barillet. La rotation du barillet terminée il suffira de renouveller l'opération d'approvisionnement du barillet à son poste de chargement et de continuer ainsi par l'apport d'un nouveau barillet de même type dans le cas d'un aboutement de mêmes caractéristiques dimensionnelles, ou bien si une réduction de section de passage du TRAIN DE FORAGE stimposait, de prendre le barillet porteur du module conseillé par les SERVICES TECHNIQUES PETROLI-ERS ou si telle est la conclusion d'assurer l'obturation complète de la TIGE DE FORAGE. REVENDICATIONS: l)-Procédé de conditionnement et d'alimentation automatique à indexage d'un ensemble de tubes constitutifs d'un TRAIN DE FORAGE caractérisé en ce qu'il consiste à disposer des tubes sur un barillet à un diamètre déterminé par rapport à son centre de rotation et à les mettre en vis à vis successivement par une avance de fraction angulaire sur l'ouverture de la TABLE DE ROTATION. 2)-Conditionnement des éléments d'un TRAIN DE FORAGE pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication 1,caractérisé en ce qu'il est constitué d'une part d'un élément central (4) pourvu en partie supérieure d'un moyen de prise et de manutention (28) dans son axe vertical et d'un plateau-porteur (3) de tubes (2) solidaire de l'élément central (4) à sa base, pourvu d'orifices de dégagement des tubes pour l'alimentation de la TABLE DE ROTATION et d'un moyen d'auto-centrage (5) disposé sur son axe en partie inférieure destiné à le positionner au moment de l'approche lors de la descente vers la table et des parties de réception indexée aux organes d'entrainement, et d'autre part d'un moyen latéral de maintien (9) des tubes (2) sur des berceaux (32) contre l'élément central (4) répartis sur sa hauteur, et enfin d'un moyen de retenue (7) sur le plateau-porteur (3) articulé à l'une des extrémités intérieure (29) sur un axe de rotation et de l'autre, côté prise (30), actionné par un vérin pneumatique (8) ouvrant chaque ouverture en synchronisme avec le mouvement du barillet. 3)-Conditionnement selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément central (4) de structure du barillet comporte un renforcement (28) dans sa partie supérieure avec un perçage dans l'axe pour passage du crochet et prise de levage et de manutention. 4)-Conditionnement selon revendication 2 caractérisé en ce que l'embase (3A - 3B - 3C) dont un modèle conforme aux trois types de diamètres de tubes est à mettre en ligne sur le meme lieu géométrique pour la constitution du TRAIN DE FORAGE, comporte un cône de centrage (5) en son centre, destiné à maintenir et à garder son point de rotation fixe , et des entretoises (6) reliées au corps central (4) assurent la rigidité et la résistance mécanique nécessaire en ce point de friction et d'approche lors de la descente du barillet, tandis qu'un repère (32) sur l'embase (3A - 3B - 3C) aura son repère analogue correspondant préalablement fixé sur la TABLE DE ROTATION. 5)-Conditionnement selon revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de retenue verticale sur l'embase du plateau-porteur est constitué d'un bras (7) articulé à un point fixe intérieur (29) et mis en mouvement à son autre extrémité (30) extérieure par un vérin (8) pneumatique qui actionnera l'ouverture pour libérer le passage des tubes, ou la fermeture pour obtenir leur retenue en synchronisme avec la rotation du barillet. 6)-Conditionnement selon revendication 2, caractérisé en ce que les différents tubes sont maintenus dans leur position par des moyens d'attache (9) en trois points sur la hauteur du barillet de façon à les plaquer chacun vers l'élément central (4) par des éléments de ceinturage (9) tels que chaînes, secteurs, sangles métalliques sur des berceaux (31) au droit des attaches dont l'empreinte sera égale au diamètre extérieur des tubes en charge et dans le prolongement ou l'axe de leur alignement. 7)-Installation d'alimentation automatique d'un TRAIN DE FORAGE pour la mise en oeuvre du procédé selon revendication l,et destiné à recevoir le conditionnement selon revendication 2, et à synchroniser l'action des vérins d'ouverture (8) du plateau-porteur selon revendication 3, avec le mouvement de rotation du barillet en lui donnant une avance fractionnée angulaire par exemple de 300 en 30 , de 450 en 45C ou de 60 en 60 , régulièrement et progressivement de 0 à 360",caractérisé en ce que la rotation du barillet se fera sur un arbre (11), destiné à recevoir et à centrer le plateau porteur lors de sa descente; la masse du' barillet sera reçue sur l'épaulement de l'arbre de rotation (11) du barillet par une butée (12) qui en assurera la rotation sous charge,et pourvu d'une roue d'entrainement en rotation (13) lui donnant le mouvement demandé communiqué soit par un pignon conique droit à 450 (14), relié à un vérin rotatif (10) à sortie d'arbre horizontale, soit par un pignon cylindrique droit (14') relié au vérin rotatif (10) à sortie d'arbre verticale, position réduisant la hauteur d'approche du carter (27)en(27') de protection protégeant à la fois : la roue d'entrainement du barillet, le pignon d' entraînement et le corps du vérin rotatif. 8)-Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que quatre dés (18) rendent la roue (13) solidaire du disque d'appui (19) porteur de quatre ergots (20) de guidage et d'entrainement des plateaux en charge (3A - 3B - 3C). 9)-Installation selon revendication 8, caractérisée en ce que le disque d'entrainement (19) sera porteur d'une contre-butée (21) bloquée par une bague de protection (22), elle-même arrêtée par une goupille "MECANINDUS" (23) de fort diamètre, ou une cheville conique (23') à écrou encastré dans la bague. 10)-Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'arbre (11) repose sur un socle de forte épaisseur (24) ou une platine fixée sur la TABLE DE FORAGE par boulons (25) ou soudure de manière à assurer une meilleure fixation du pied de cet arbre qui reçoit la base du barillet en charge lors de la pose sur l'arbre de rotation, tandis qu'un moyen articulé de blocage (26) pneumatique ou hydraulique assurera à son sommet l'immobilisation du crochet de suspension.