Brevet FR2977271A1 — publié le 20130104

s ro La présente invention se rapporte au domaine des installations de forage, notamment aux installations mobiles de forage, mais non exclusivement. D'une manière générale, on sait que les forages sont réalisés à l'aide d'unités de forage munies d'un mât le long duquel est monté coulissant un 15 chariot portant une tête d'entraînement. Cette tête d'entraînement sert à engendrer la rotation d'une tige de forage (ou d'un train de tiges de forage) dont l'extrémité inférieure est munie de moyens d'excavation tels que, par exemple, un trépan. Il s'avère que dans les installations de ce type, les efforts de traction exercés sur le câble par le treuil, notamment en vue de remonter les 20 tiges de forage ou les trains de tiges de forage, se reportent sur le mât qui subit donc un effort de compression. Cet effort de compression est la résultante des efforts de traction exercés par le câble, des forces résistantes, notamment le poids de la tige de forage ou du train de tiges de forage et des forces de frottement entre la tige de forage ou le train de tiges de forage et le sol. Pour 25 reprendre ces efforts sans surdimensionner le mât, certaines installations du type susdit font intervenir un mât comprenant une structure fixe sur laquelle est montée coulissante une structure mobile portant la tête de forage. Le document FR 2 916 012 décrit une telle installation, mobile, constituée par un véhicule tracté ou automoteur équipé d'une plateforme. Dans 30 cette installation, l'entraînement de la structure mobile le long de la structure 1 fixe est assuré par un ou plusieurs vérins linéaires axés parallèlement au mât, l'une des extrémités de chaque vérin prenant appui sur la structure fixe, tandis que l'autre extrémité porte une poulie autour de laquelle passe un ou plusieurs câbles ou une ou plusieurs chaînes dont une extrémité est solidaire de la s structure fixe tandis que l'autre extrémité est solidarisée à la structure mobile. Il est cependant parfois nécessaire de retirer les tubes de cuvelage utilisés, ou le train de tiges de forage, lorsqu'ils sont coincés dans le puits. Ce retrait nécessite souvent un effort bien plus important que celui nécessaire au forage. l0 L'invention a pour but de proposer un dispositif et un procédé permettant d'appliquer un effort suffisant, notamment de retirer les tubes de cuvelage; typiquement, pouvoir proposer un dispositif et un procédé permettant d'appliquer au train de tiges de forage ou de tubes de cuvelage un effort double de l'effort de traction disponible au moyen de la tête de forage. ls Selon un premier objet de l'invention, un tel dispositif est un mât de forage caractérisé en ce qu'il comprend: - un chariot muni d'une tête de forage pour la fixation et l'entraînement en rotation d'un élément mené tel qu'une tige de forage ou un train de tiges de forage servant à réaliser le forage; 20 - un outil de traction comprenant des moyens de préhension; - des moyens moteurs pour déplacer le chariot et l'outil selon une direction longitudinale; des moyens d'amplification du déplacement du chariot relativement au déplacement desdits moyens moteurs; et, 25 des moyens de prise directe entre lesdits moyens moteurs et l'outil. Un tel mât de forage peut comprendre, dans un mode de réalisation particulier: une structure fixe; une coulisse montée coulissante sur la structure fixe, selon une 30 direction longitudinale; un chariot monté coulissant sur la coulisse, selon la direction longitudinale, le chariot étant muni d'une tête de forage pour la fixation et l'entraînement en rotation d'un élément mené tel qu'une tige de forage ou un train de tiges de forage servant à réaliser le s forage; au moins un vérin, notamment pour déplacer la coulisse relativement à la structure, la coulisse étant solidaire en déplacement d'une tige du vérin, un outil de traction monté solidaire en déplacement avec la tige du ro vérin, l'outil comprenant des moyens de préhension, au moins une poulie ayant un axe de rotation solidaire en déplacement de la tige de vérin, au moins un câble moufté sur la poulie, une première extrémité du câble étant montée fixe relativement à la structure et la deuxième ls extrémité du câble étant solidaire du chariot, de sorte que lorsque la tige de vérin se déplace dans un sens, le chariot se déplace dans le même sens, sur une distance multiple de la course du vérin. Les moyens de préhension peuvent être prévus pour venir en prise avec un tube de cuvelage et/ou être prévus pour venir en prise avec une tige de 20 forage. Les moyens de préhension peuvent avantageusement comprendre un coin hydraulique. L'installation, par exemple l'outil de traction, peut comprendre des moyens pour déplacer le tube, par exemple latéralement, en dehors de l'aplomb 2s du forage. La direction longitudinale étant considérée sensiblement verticale, la coulisse peut comprendre une poutre qui repose sur les extrémités supérieures des tiges de chaque vérin et des montants, prévus pour y faire coulisser le chariot, qui s'étendent vers le bas depuis la poutre, l'outil de traction étant fixé 30 à des extrémités inférieures desdits montants. Selon un deuxième objet de l'invention, un procédé pour extraire un objet, notamment un tube de cuvelage, d'un forage à l'aide d'un mât comprenant: un chariot muni d'une tête de forage pour la fixation et s l'entraînement en rotation d'un élément mené tel qu'une tige de forage ou un train de tiges de forage servant à réaliser le forage; - des moyens moteurs pour déplacer le chariot et l'outil selon une direction longitudinale; - des moyens d'amplification du déplacement du chariot relativement lo au déplacement desdits moyens moteurs, se caractérise en ce que l'on saisit l'objet à l'aide d'un outil de traction en prise directe avec les moyens moteurs, puis en ce que l'on déplace l'outil à l'aide des moyens moteurs en l'éloignant du forage. Ainsi, lorsque le mât utilisé comprend une coulisse coulissant dans ls une structure fixe et une tête de forage coulissant dans la coulisse et reliée à ladite structure fixe par un mouflage porté par ladite coulisse, de sorte que la vitesse de déplacement de la tête de forage est double de celle de la coulisse, le procédé est caractérisé en ce que l'on saisit l'objet à l'aide d'un outil de traction solidaire en translation de ladite coulisse, puis en ce que l'on déplace ladite 20 coulisse en l'éloignant du forage. Cette opération peut être répétée jusqu'à ce que l'objet soit extrait du forage. Ensuite, lorsque l'objet est extrait du forage, on peut avantageusement le déplacer en dehors de l'aplomb du forage puis le saisir à l'aide d'un moyen de levage. Ces moyens de levage sont avantageusement des moyens 25 conventionnels, telle qu'une grue mobile, par exemple. Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en élévation et "de face" d'un mât selon l'invention, dans une première phase de retrait d'un tube de cuvelage; - la figure 2 est similaire à celle de la figure 1, à la fin de la première phase de retrait du tube; - la figure 3 est similaire à celle de la figure 1, dans une deuxième phase de retrait du tube; - la figure 4 est similaire à celle de la figure 2, à la fin de la deuxième phase de retrait du tube; - la figure 5 est une vue schématique de profil du mât, dans une troisième phase de retrait du tube; et, - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, illustrant l'enlèvement du tube à l'aide d'une grue. On nommera "haut" et "bas" les éléments décrits selon la disposition de ces éléments dans les figures. En outre, par mesure de simplification, le terme "câble" est utilisé dans la description pour désigner tout moyen du même type, notamment aussi, une chaîne. De plus, la description est faite dans le cas d'un forage vertical; l'invention reste applicable dans le cas de forage non verticaux, notamment dans le cas de machines pouvant avoir la même cinématique, mais prévues pour forer avec un angle pouvant atteindre 45° par rapport à la verticale. La figure 1 illustre un mât de forage 1 selon l'invention. Les figures 2, 3 et 4 illustrent le même mât dans d'autres configurations que celle de la figure 1, à une échelle réduite. Les figures 1 à 4 illustrent ensemble l'extraction d'un tube de cuvelage 2 du forage dans lequel il avait été disposé. Le mât 1 repose sur une plateforme 3. Cette plateforme 3 peut avantageusement être la plateforme d'une véhicule tracté ou automoteur. Le mât comprend notamment une structure fixe 4, une coulisse 6, un chariot 7 et des vérins 8. La coulisse est prévue pour se déplacer en translation le long de la structure 4 et le chariot 7 est prévu pour se déplacer en translation le long de la coulisse 6. Les vérins 8 sont notamment prévus pour assurer les déplacements de la coulisse 6 et du chariot 7. Dans la position de forage, illustrée aux figures, le mât 1 est disposé sensiblement verticalement et les déplacements de la coulisse et du chariot sont des déplacements sensiblement verticaux. Dans cette position, le mât est sensiblement symétrique par rapport à un plan vertical P, qui, dans le cas des s figures 1 à 4 serait parallèle à l'élévation de chaque figure, et, simultanément, perpendiculaire au plan des figures. La structure fixe 4 comprend notamment deux colonnes 11, chacune disposée verticalement dans l'exemple illustré. Dans cet exemple, les vérins 8 sont du type vérin hydraulique dont le cylindre 14, fixe, repose sur la lo plateforme 3; chacun des vérins 8 est disposé verticalement dans une colonne 11 respective, de sorte que lorsque la tige 12 du vérin 8 se déploie, elle s'étend verticalement vers le haut, au-delà d'une extrémité supérieure 13 de la colonne 11 respective. La coulisse 6 comprend deux montants 16 sensiblement verticaux et ls une poutre horizontale 17. Les montants 16 s'étendent vers le bas depuis la poutre 17. Chaque extrémité 18 de la poutre 17 repose sur une extrémité supérieure 19 de la tige 12 d'un vérin respectif 8. Ainsi, la coulisse 6 est directement entraînée en translation verticale par les vérins 8. Les colonnes 11 fournissent un guidage en translation pour la coulisse 6. 20 Une poulie 21 est fixée à la coulisse 6 au-dessus de chaque extrémité 18 de la poutre 17. Les poulies sont solidaires en translation avec la coulisse 6. Chaque poulie a un axe de rotation X21 horizontal et parallèle au plan de symétrie P. Au moins un câble 22 est moufté à chaque poulie 21. Une première extrémité du câble 22 est fixée à la structure fixe; ici à l'extrémité supérieure 25 13 d'une colonne 11 respective, du même côté que la poulie 21 sur laquelle le câble 22 est mouflé; l'autre extrémité du câble est fixée au chariot 7. Le chariot 7 est ainsi maintenu suspendu aux câbles 22. Le chariot 7 est monté en translation verticale entre les montants 16 de la coulisse 6; les montants 16 fournissant un guidage en translation pour le chariot 7. Le chariot 7 comprend 30 une tête de forage 23. Le mât 1 comprend en outre un outil de traction 24. L'outil 24 comprend un coin hydraulique 26 porté par deux bras 27. Chaque bras 27 est monté à une extrémité inférieure 28 d'un montant 16 respectif, et y est articulé autour d'un axe de rotation X24, horizontal et perpendiculaire au plan de s symétrie P, commun aux deux bras 27. Le coin hydraulique 26 est monté articulé au bout des bras 27, autour d'un axe de rotation X26, horizontal et perpendiculaire au plan de symétrie P; le coin hydraulique 26 est appelé coin de traction 26 dans la suite de la description. Aux figures 1 à 4, les bras 27 s'étendent sensiblement verticalement à partir des extrémités inférieures 28 des lo montants 16. On note que, dans un déplacement vertical de la coulisse 6 vers le haut, l'outil 24 est en prise directe avec les vérins 8, c'est à dire solidaire du déplacement des tiges 12 des vérins 8, de sorte que s'il est convenablement dimensionné, la force de traction de l'outil 24 est égale à la somme des forces ls générées par l'ensemble des vérins; au contraire du chariot, qui, du fait du mouflage, déploie une force qui est la moitié de la somme des forces générées par l'ensemble des vérins. Cependant, la course de l'outil 24 ne peut être qu'égale à la course des vérins 8. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif, lorsqu'il est 20 utilisé pour retirer un tube de cuvelage 2 ou un train de tubes. On note que la plateforme 3 comprend son propre coin hydraulique 29, dit coin de retenue, prévu pour retenir le tube supérieur 2. L'outil 24 est utilisé pour le retrait du tube 2, lorsque c'est nécessaire, par exemple en cas de coincement dans le forage en cours. 25 Une première phase de retrait est illustrée aux figures 1 et 2. Comme illustré à la figure 1, on vient d'abord prendre le tube 2 au voisinage de son extrémité supérieure, à l'aide du coin de traction 26, sous la bride 31 prévue pour la liaison du tube 2 avec un autre. Un anneau de levage 32, muni d'une élingue 33, est disposé entre le coin de traction 26 et la bride 30 31. Le coin de traction est disposé de façon à ce que l'anneau 31 ne soit pas pincé entre le coin 26 et la bride 31 au cours des opérations de retrait du tube 2. Une fois l'outil 24 convenablement en prise avec le tube 2, le tube est libéré du coin de retenue 29, puis la coulisse 6 est déplacée vers le haut, tout au plus jusqu'à ce que le chariot 7 atteigne sa hauteur maximale possible sous la poutre, comme illustré à la figure 2. Si la course des vérins 8, donc de l'outil 24, est plus courte que le tube n'est long, une reprise du tube 2 est nécessaire. C'est le cas dans l'exemple décrit. Une deuxième phase de retrait, pour la reprise du tube, est illustrée aux figures 3 et 4. Le tube 2 est alors repris par le coin de retenue 29, puis l'outil 24 est redescendu le plus bas possible sans que le chariot 7 ne heurte l'extrémité supérieure du tube 2, comme illustré à la figure 3. On vient alors reprendre le tube 2 à l'aide du coin de traction 26, et, une fois l'outil 24 convenablement en prise avec le tube 2, le tube est libéré du coin de retenue 29, puis la coulisse 6 est déplacée vers le haut, jusqu'à ce que le chariot 7 atteigne tout au plus sa hauteur maximale sous la poutre, comme illustré à la figure 4. La phase de reprise est répétée autant de fois que nécessaire pour que le tube 2 puisse être séparé d'un tube 102 qui lui est immédiatement inférieur, s'il y en a un, comme c'est le cas illustré aux figures 5 et 6. Les figures 5 est 6 décrivent une troisième phase d'enlèvement du tube 2, une fois que celui-ci a été extrait du forage lors des première et deuxième phases précédemment décrites. Comme illustré à la figure 5, une fois le tube inférieur 102 en prise avec le coin de retenue 29, puis le tube 2 désolidarisé du tube inférieur 102, les bras 27 sont basculés autour de l'axe X24 de façon à dégager le tube 2 de l'aplomb du forage et l'élingue 33 est fixée à une grue 36. Comme illustré à la figure 6, une fois l'élingue mise en tension, la prise de l'outil 24 sur le tube 2 est relâchée, puis, l'outil 24 est descendu jusqu'à 2977271 -9- échapper au tube 2 par son extrémité inférieure 37. Le tube 2 est alors indépendant du mât 1 et peut être librement manipulé par la grue 36. La même opération peut ensuite être répétée pour chacun des tubes d'un train de tubes 2, 102, successivement, pour reprendre le forage. s Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Ainsi, bien que la description ait été fait en référence à un forage vertical, un mât selon l'invention est tout a fait adapté à faire des forages inclinés ou horizontaux. lo Aussi, les vérins peuvent, par exemple, être remplacés par des moyens de crémaillère et/ou les câbles être remplacés par des chaînes. Les moyens de préhension, c'est-à-dire le coin de traction, peuvent être, comme dans l'exemple illustré, un coin hydraulique, mais aussi, par exemple, un coin pneumatique ou mécanique. Il en va de même pour le coin de ls retenue. Un mât selon l'invention a donc une capacité de levage augmentée, adaptée à l'extraction de tubes de cuvelage ou d'un train de tige. Un mât selon l'invention permet donc d'appliquer au train de tiges ou au cuvelage la totalité de l'effort de traction dont l'installation est capable. Ainsi, dans l'exemple 20 illustré, la capacité de levage est doublée par rapport à un mât de l'art antérieur. Ide ce fait, un mât selon l'invention ayant, par exemple, une capacité de forage nominale de 160T a une capacité de traction 320T, là où un mât similaire de l'art antérieur aurait une capacité de traction de seulement 160T. REVENDICATIONS1. Mât de forage caractérisé en ce qu'il comprend: - un chariot (7) muni d'une tête de forage (23) pour la fixation et s l'entraînement en rotation d'un élément mené tel qu'une tige de forage ou un train de tiges de forage servant à réaliser le forage; - un outil de traction (24) comprenant des moyens de préhension (26); - des moyens moteurs (8) pour déplacer le chariot (7) et l'outil (24) selon une direction longitudinale (D); Io - des moyens d'amplification (21, 22) du déplacement du chariot relativement au déplacement desdits moyens moteurs; et, - des moyens de prise directe (6) entre lesdits moyens moteurs et l'outil. 2. Mât de forage caractérisé en ce qu'il comprend: 15 - une structure fixe (4); - une coulisse (6) montée coulissante sur ladite structure fixe, selon une direction longitudinale (D); un chariot (7) monté coulissant sur la coulisse, selon ladite direction longitudinale, ledit chariot étant muni d'une tête de forage (23) pour la 20 fixation et l'entraînement en rotation d'un élément mené tel qu'une tige de forage ou un train de tiges de forage servant à réaliser le forage; au moins un vérin (8), notamment pour déplacer la coulisse relativement à la structure, la coulisse étant solidaire en déplacement d'une tige (12) dudit vérin, 25 - un outil de traction (24) monté solidaire en déplacement avec ladite tige (12) dudit vérin, ledit outil comprenant des moyens de préhension (26); au moins une poulie (21) ayant un axe de rotation (X21) solidaire en déplacement de ladite tige de vérin, au moins un câble (22) mouflé sur ladite poulie, une première extrémité 30 du câble étant montée fixe relativement à la structure et la deuxièmeextrémité dudit câble étant solidaire du chariot, de sorte que lorsque la tige de vérin se déplace dans un sens, le chariot se déplace dans le même sens. 3. Mât de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de préhension (26) sont prévus pour venir en prise avec un tube de cuvelage (2). 4. Mât de forage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de préhension comprennent un coin hydraulique (26). 5. Mât de forage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'outil (24) comprend des moyens (27) pour déplacer le tube en dehors de l'aplomb du forage. 6. Mât de forage selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la direction longitudinale (D) étant considérée verticalement, la coulisse (6) comprend une poutre (17) qui repose sur les extrémités supérieures des tiges de chaque vérin et des montants (16), prévus pour y faire coulisser le chariot (7), qui s'étendent vers le bas depuis la poutre, et, en ce que l'outil (24) est fixé à des extrémités inférieures desdits montants. 7. Procédé pour extraire un objet, notamment un tube de cuvelage (2) ou des tiges de forage, d'un forage à l'aide d'un mât (1) comprenant: - un chariot (7) muni d'une tête de forage (23) pour la fixation et l'entraînement en rotation d'un élément mené tel qu'une tige de forage ou un train de tiges de forage servant à réaliser le forage; - des moyens moteurs (8) pour déplacer le chariot (7) et l'outil (24) selon une direction longitudinale (D); et, - des moyens de réduction (21, 22) entre lesdits moyens moteurs et le chariot, 2977271 -12- caractérisé en ce que l'on saisit l'objet à l'aide d'un outil de traction (24) en prise directe avec lesdits moyens moteurs (8), puis en ce que l'on déplace ledit outil (24) à l'aide desdits moyens moteurs en l'éloignant du forage. s 8. Procédé pour extraire un objet, notamment un tube de cuvelage (2), d'un forage à l'aide d'un mât (1) comprenant une coulisse (6) coulissant dans une structure fixe (4) et une tête de forage (7, 23) coulissant dans la coulisse et reliée à ladite structure fixe (4) par un mouflage (21, 22) porté par ladite coulisse, de sorte que la vitesse de déplacement de la tête de Io forage est double de celle de la coulisse, caractérisé en ce que l'on saisit l'objet à l'aide d'un outil de traction (24) solidaire en translation de ladite coulisse (4), puis en ce que l'on déplace ladite coulisse en l'éloignant du forage. 15 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'on répète l'opération précédente jusqu'à ce que l'objet (2) soit extrait du forage. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que 20 lorsque l'objet est extrait du forage on le déplace en dehors de l'aplomb du forage et on le saisit à l'aide d'un moyen de levage (36).