Brevet FR2949084A1 — publié le 20110218

PROCESSUS DE REALISATION DE PARTIES REFOULEES D'UNE TIGE DE FORAGE POUR CHAMP PETROLIER Domaine de l'invention La présente invention concerne le processus de fabrication d'une tige de forage pour champ pétrolier. Au cours du processus de fabrication d'une tige de forage pour champ pétrolier, une extrémité d'une tige cylindrique est � refoulée �, c'est-à-dire qu'on lui confère un diamètre et une épaisseur supérieurs à ceux de la tige d'origine. Cela permet de souder directement la tige à un raccord de tige pour champ pétrolier, procédé bien connu et représenté, par exemple, sur la Figure 1 du Brevet américain 6 244 631. Au cours du processus de refoulement, une extrémité de la tige est préchauffée, puis passe par un processus de forgeage qui augmente à la fois le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi de son extrémité, tout en réduisant typiquement (mais pas toujours) son diamètre intérieur. Cela permet ultérieurement de souder directement l'extrémité refoulée de la tige de forage à l'extrémité d'un raccord de tige qui est ensuite typiquement fileté lors d'un processus ultérieur d'usinage. Le plus souvent, le processus de refoulement fait intervenir deux ou parfois trois phases de refoulement, et est typiquement réalisé à des températures situées dans une plage de 2000 à 2350 degrés F. Le processus est ensuite répété pour refouler l'autre extrémité de la tige de forage de manière similaire. La tige à refouler est posée sur un ou plusieurs râteliers à tiges d'un côté du bâtiment de forge et transportée dans le sens transversal en un processus continu passant par les opérations de préchauffage et de refoulement. Les tiges sont alors acheminées jusqu'à l'autre côté du bâtiment en vue de la poursuite du traitement. Comme indiqué précédemment, le refoulement peut être un processus en deux phases ou en trois phases, suivant le type de tige. De nombreux types et tailles de tiges nécessitant un processus de refoulement en trois phases refroidissent rapidement pendant le processus de refoulement, ce qui les rend trop froides pour être correctement refoulées au cours de la troisième phase du refoulement sans un réchauffage. Auparavant, pour ces types de tige, l'ensemble du processus de fabrication servant au refoulement de la tige devait être rééquipé et / ou reconfiguré en vue du troisième refoulement, une telle opération de rééquipement pouvant prendre 4 à 8 heures. Une fois le rééquipement achevé, l'ensemble du lot de tiges partiellement refoulées est transporté en contournant le bâtiment et passe une seconde fois par le processus de forgeage (tel que décrit ci-dessus) pour effectuer uniquement la troisième phase de refoulement nécessaire pour achever le processus de refoulement. Du fait de ce processus actuel, des tiges nécessitant une troisième phase de refoulement devaient généralement effectuer deux passages complets à travers l'ensemble du processus de refoulement de tiges afin de refouler une seule extrémité, et quatre passages complets afin de refouler les deux extrémités. Art antérieur Le processus actuel pour la fabrication d'une tige de forage pour champ pétrolier consiste à produire une tige cylindrique à paroi épaisse d'environ trente pieds de long, aux extrémités de laquelle sont soudés des raccords de tiges. Typiquement, la tige et les raccords de tiges diffèrent du point de vue métallurgique et chimique, car le raccord de tige doit être capable de tolérer le montage et le démontage répétés de ses extrémités filetées lorsque la tige de forage est hissée et / ou abaissée dans un puits de forage. Comme le diamètre et l'épaisseur de l'extrémité du raccord de tige sont généralement supérieurs à ceux de la tige de forage, les extrémités de la tige de forage sont � refoulées � par un processus de refoulement pour faire correspondre les diamètres intérieur et extérieur des extrémités de la tige de forage à ceux du raccord de tige. Lorsque le refoulement de la tige se termine, la plage préférée de température de forgeage se situe habituellement entre environ 2000 et 2350 degrés F. Après que l'extrémité de la tige a été chauffée jusqu'à la température adéquate, elle est amenée jusqu'à la machine à refouler, où l'extrémité de la tige est introduite dans une série de filières progressives de la machine à refouler et progressivement mise en forme selon un processus de forgeage conçu pour réaliser les diamètres intérieur et extérieur finals de son extrémité. Comme le temps s'écoule après que la tige a quitté sa source de chaleur, la température décroît. Par ailleurs, les filières elles-mêmes tendent à refroidir l'extrémité de la tige. Du fait de leur masse, la plupart des tailles et des types de produits pour tige sont capables de conserver assez de chaleur pour achever le processus de forgeage au premier passage. Toutefois, en fonction des dimensions initiales et finales des tiges et d'autres facteurs, les extrémités de certains types de tiges descendent au-dessous d'une température admissible de forgeage avant que les cotes finales de forgeage ne soient atteintes. En pareil cas, chaque tige doit à nouveau être transportée en parcourant l'ensemble du processus, réchauffée et forgée aux cotes finales. Il convient d'observer que tous les types de tige n'ont pas besoin d'être réchauffés et reforgé au cours du processus de refoulement. Cependant, pour celles des tiges qui nécessitent un réchauffage en vue de l'opération finale de forgeage, l'ensemble du lot de tiges repasse généralement par le cycle de chauffage et de forgeage deux fois pour chaque extrémité û soit en tout quatre fois û ce qui perturbe le déroulement du processus existant et réduit considérablement le rendement. Le réchauffage en ligne de l'extrémité de la tige éliminerait la nécessité de transporter la tige en parcourant l'ensemble du processus une seconde fois. La tige est acheminée via un balancier à travers une ou plusieurs bobines de chauffage par induction conçues pour chauffer une extrémité de la tige jusqu'à une température de forgeage. Au niveau de la bobine finale, ou primaire, de chauffage par induction, l'extrémité de la tige est chauffée jusqu'à une température maximale de 2350 degrés F. La température est contrôlée et régulée via deux pyromètres infrarouges. Une fois qu'elle a atteint 2350 degrés F, la température de l'extrémité de la tige est maintenue pendant un minimum de 7 secondes. Cela permet un chauffage uniforme dans toute la zone affectée par la chaleur. Après que l'extrémité de la tige a été chauffée, un robot transporte la tige de la bobine primaire de chauffage par induction jusque dans la machine à forger, où l'extrémité de la tige est refoulée dans une ou plusieurs filières d'une machine à refouler. Pour ceux des types de tiges où l'on sait que la température de l'extrémité de la tige tombe au-dessous des limites de température admissible pendant ou après le deuxième refoulement, le robot amène l'extrémité de la tige à une bobine auxiliaire de chauffage par induction positionnée près de l'avant de la machine à refouler, où la tige est réchauffée jusqu'à une température admissible de forgeage. Comme le réchauffage de la tige peut provoquer une hausse inacceptable de la température de la tige au voisinage de la région de refoulement, un anneau de refroidissement par air monté sur la bobine auxiliaire de chauffage par induction peut être actionné sélectivement pour assurer un refroidissement afin de limiter la température de la zone de la tige affectée par la chaleur. Le robot ramène alors la tige dans la filière finale de la machine à forger, où l'extrémité de la tige est forgée à ses cotes finales. La Fig. 1 est une vue en perspective d'une tige de forage avant le processus de refoulement. La Fig. 2 est une vue en perspective d'une tige de forage après le processus de refoulement. La Figure 3A est un dessin au trait d'un équipement typique utilisé dans une opération de refoulement selon la présente invention, et illustre la bobine secondaire de chauffage. La Figure 3B est une vue en perspective de l'équipement pour opération de refoulement de la Figure 1. Description détaillée de l'invention En se référant à présent aux Figures 1, 2, 3A et 3B, dans la présente invention, une tige 10 de forage � à refouler � est acheminée via un balancier 12 placé à une certaine distance en avant d'une ou de plusieurs bobines 14, 16 de chauffage par induction. Un processus de chauffage préliminaire effectué par la bobine 14 de chauffage par induction peut chauffer l'extrémité 18 de la tige 10 jusqu'à une température préliminaire d'environ 1800°F. Cela se fait en introduisant séquentiellement l'extrémité de la tige dans la paire de bobines 14, 16 de chauffage par induction de telle sorte que le centre 20 de la bobine 14 soit positionné aux environs de l'extrémité de la tige et que la tige se trouve à l'intérieur de la bobine 14 d'induction. Les bobines 14, 16 de chauffage sont alimentées et induisent un courant alternatif dans l'extrémité 18 de la tige 10 de forage, ce qui génère de la chaleur et provoque une augmentation rapide de la température de l'extrémité 18 de la tige 10. La paire de bobines 14, 16 de chauffage par induction est alors rétractée après chaque cycle de chauffage, permettant à la tige 10 d'avancer et de s'aligner avec la deuxième bobine 16 de chauffage par induction. Au niveau de la deuxième et dernière bobine 16 de chauffage par induction (dite bobine primaire), l'extrémité 18 de la tige est chauffée jusqu'à une température maximale de 2350 degrés F tandis qu'un deuxième segment de la tige 10 peut être préchauffé dans la première bobine 14 de chauffage par induction comme décrit précédemment. En faisant ainsi agir de façon cyclique la paire de bobines 14, 16 de chauffage par induction, un processus continu de chauffage des extrémités de la tige 10 est possible. La température des extrémités 18 de tige est contrôlée et régulée via deux pyromètres infrarouges (non représentés). Lorsqu'elle atteint 2350 degrés dans la deuxième bobine 16, la température de l'extrémité de la tige est maintenue pendant un minimum de 7 secondes. Cela permet un chauffage uniforme dans toute la zone. Après que la tige a été chauffée, un robot (non représenté) transporte la tige de la bobine primaire 16 de chauffage par induction jusque dans un type de machine à forger appelé machine 30 à refouler, où l'extrémité de la tige est refoulée dans chacune des trois filières (typiquement) de la machine à refouler : la première filière 32 de la machine à refouler, la deuxième filière 34 de la machine à refouler et la troisième filière 36 de la machine à refouler. Pour la plupart des tiges, la température de l'extrémité de la tige 10 reste suffisamment élevée pour progresser à travers les trois opérations de refoulement sans interruption. Toutefois, certains types de tige refroidissent trop rapidement pendant le refoulement et nécessitent un réchauffage avant la troisième phase du refoulement. Pour ces types de tiges, la température de l'extrémité 18 de la tige peut tomber au- dessous d'une température admissible de refoulement après la deuxième phase 34 du processus de refoulement. Dans le processus selon la technique antérieure, les tiges repasseraient alors une seconde fois par l'ensemble du processus en vue du troisième refoulement û ce qui doublerait en pratique le temps de traitement de la tige et doublerait également l'usure concomitante sur la machinerie de manutention des tiges. En revanche, dans le processus de la présente invention, pour celles des tiges qui nécessitent un réchauffage, le programme du robot amène automatiquement l'extrémité 18 de tige des tiges en question jusqu'à une bobine supplémentaire auxiliaire 24 de chauffage par induction positionnée près de l'avant de la machine 30 à refouler. La bobine auxiliaire 24 de chauffage par induction réchauffe alors l'extrémité 18 de la tige jusqu'à une température admissible de forgeage en vue de la troisième phase de refoulement. Afin d'empêcher la zone non refoulée de la tige immédiatement adjacente à la partie refoulée de s'échauffer excessivement du fait de la conduction thermique de la chaleur quittant la partie refoulée chauffée par induction de la tige, un collecteur semi-circulaire 40 d'air doté d'une pluralité d'orifices à air (non représentés) espacés autour de son diamètre intérieur est mis sous pression à l'aide d'air comprimé. Le collecteur 40 est monté sur la face 42 de la bobine auxiliaire 24 de chauffage par induction, et les orifices à air espacés autour du diamètre intérieur du collecteur 40 distribuent un flux d'air de refroidissement à la zone non refoulée de la tige immédiatement adjacente à la bobine auxiliaire 24 de chauffage par induction. Lorsque la bobine auxiliaire 24 de chauffage par induction est alimentée, l'écoulement d'air vers le collecteur 40 est activé et l'extrémité 18 de la tige est réchauffée. Le robot ramène alors la tige dans la ou les filières finales de la machine à forger, où l'extrémité de la tige est forgée à ses cotes finales. Dans les processus de refoulement selon la technique antérieure, les produits 10 de tige nécessitant un réchauffage avant la troisième opération de refoulement auraient dû faire l'objet d'un passage de chaque extrémité par le processus des deux premières phases de refoulement comme il a été décrit, puis chaque extrémité aurait dû repasser par l'ensemble du processus une seconde fois en vue du troisième refoulement. Comme les personnes qualifiées s'en rendront compte, le nouveau processus décrit ici améliore considérablement le rendement et la cadence du processus de refoulement de l'extrémité 18 de la tige en éliminant le besoin de faire passer deux fois chaque extrémité de la même tige par le processus. Le cheminement des produits dans le nouveau processus de la présente invention, pour une tige dont les extrémités doivent être réchauffées entre les deuxième et troisième opérations de refoulement, est le suivant : A. La tige est préchauffée à l'intérieur de la bobine (14) B. La tige est amenée jusqu'à la bobine primaire finale (16) C La tige est portée à la température de forgeage (2350 °F maxi) dans la bobine primaire (16) D. La tige est enlevée de sa position au niveau de la bobine primaire (16) au moyen d'un robot à portique E. La tige est transportée jusqu'à la position 1 (32) de la machine à refouler F. La machine à refouler effectue un cycle de fonctionnement G. La tige est transportée jusqu'à la position 2 (34) de la machine à refouler H. La machine à refouler effectue un cycle de fonctionnement I. La tige est transportée jusqu'à la bobine (24) de réchauffage située entre la machine (30) à refouler et la bobine primaire (16) J. La tige est réchauffée jusqu'à une température de forgeage préprogrammée K. La tige est transportée jusqu'à la position 3 (36) de la machine à refouler L. La machine à refouler effectue un cycle de fonctionnement M. La tige est mise à disposition en aval Le cycle se répète. Si une surchauffe est détectée pendant le cycle de réchauffage dans la bobine de réchauffage : une alarme doit être émise ; la tige doit être transportée jusqu'à un râtelier de surchauffe, où elle est identifiée comme devant subir la découpe de l'extrémité surchauffée. Bien que la présente invention ait été décrite en relation particulière avec les dessins ci-joints, il doit être entendu que d'autres modifications supplémentaires, à part celles présentées ou suggérées ici, peuvent être apportées en restant dans les limites du champ et de l'esprit de la présente invention. REVENDICATIONS1. Système de formation de parties refoulées sur les extrémités d'une tige de forage (10), destiné à ceux des types de tige qui nécessitent un réchauffage entre les deuxième et troisième phases de refoulement, comportant les opérations suivantes : A L'extrémité de la tige est préchauffée à l'intérieur d'une première bobine (14) B La tige est amenée jusqu'à une deuxième bobine dite bobine primaire (16) C La tige est portée à la température de forgeage (2350 °F maxi) D La tige est enlevée de sa position au niveau de la bobine primaire au moyen d'un robot à portique E La tige est transportée jusqu'à la position 1 de la machine à refouler F La machine à refouler effectue une première fois un cycle de fonctionnement G La tige est transportée jusqu'à la position 2 de la machine à refouler H La machine à refouler effectue une deuxième fois un cycle de fonctionnement I La tige est transportée jusqu'à une bobine de réchauffage située entre la machine à refouler et la bobine primaire (16) J L'extrémité de la tige est réchauffée jusqu'à une température de forgeage préprogrammée dans la bobine de réchauffage K La tige est transportée jusqu'à la position 3 de la machine à refouler L La machine à refouler effectue pour la dernière fois un cycle de fonctionnement M La tige est mise à disposition en aval 2. Système selon la revendication 1, la partie non refoulée de la tige adjacente à la bobine de réchauffage est refroidie pendant l'opération J de réchauffage. 3. Processus de formation de parties refoulées sur les extrémités d'une tige de forage (10), destiné à ceux des types de tige qui nécessitent un réchauffage entre les deuxième et troisième phases de refoulement, comportant les étapes consistant à : 30 préchauffer une extrémité de tige à l'intérieur d'une première bobine (14), amener la tige jusqu'à une deuxième bobine dite bobine primaire (16), 2949084 -10- porter l'extrémité de la tige à une température de forgeage de 2350 °F maxi, déplacer la tige de la position de la bobine primaire (16) à une position 1 de la machine à refouler au moyen d'un robot à portique, effectuer une première fois un cycle de fonctionnement de la machine à refouler, 5 transporter la tige jusqu'à une position 2 de la machine à refouler, effectuer une deuxième fois un cycle de fonctionnement de la machine à refouler, transporter la tige une bobine de réchauffage située entre la machine à refouler et la bobine primaire, réchauffer l'extrémité de la tige jusqu'à une température de forgeage préprogrammée 10 dans la bobine de réchauffage, transporter la tige jusqu'à une position 3 de la machine à refouler, effectuer pour la dernière fois un cycle de fonctionnement de la machine à refouler, et mettre la tige à disposition en aval. 15 4. Processus selon la revendication 3, comportant l'étape supplémentaire consistant à refroidir une région non refoulée de la tige adjacente à l'extrémité de la tige tout en réchauffant l'extrémité de la tige dans la bobine de réchauffage.