Brevet FR3094740A1 — publié le 20201009

Description Titre de l'invention : COLLIER DE LEVAGE ROTATIF [0001] L'invention concerne le domaine des équipements de levage utilisé dans l'industrie du forage pétrolier terrestre ainsi que dans certaines configurations off-shore et plus particulièrement les équipements utilisés pour lever l'organe de sécurité de tête de puits qui est destiné à prévenir l'irruption d'hydrocarbure et son explosion, plus communément appelé "BOP" (Blow Out Preventer) afin de le positionner sur ladite tête de puits. Le levage de l'organe de sécurité de tête de puits et le positionnement sont effectués grâce à un système de levage de l'organe de sécurité de tête de puits qui se trouve sous le plancher de la station de forage. Le système de levage de l'organe de sécurité de tête de puits est actionné par un treuil ou un équipement de levage hydraulique, électrique ou pneumatique se connectant au col de l'organe de sécurité de tête de puits et servant à le lever. [0002] Les équipements de levage comprennent des chariots de levage avec des chaînes ou des câbles pour lever la charge, en général deux chariots. Ces chariots peuvent aussi être accrochés à la charge par un crochet ou oeil de levage ou autre type de terminaison. Ces chariots se déplacent sur deux rails parallèles toujours situés en dessous du plancher de forage. [0003] Pour amener l'organe de sécurité de tête de puits en place, on l'amène par une grue jusqu'à une extrémité des deux rails, il est ensuite accroché aux deux chariots qui lèvent l'organe de sécurité de tête de puits. Les chariots se déplacent ensuite jusqu'à arriver dans l'alignement du puit. L'organe de sécurité de tête de puits est ensuite descendu et fixé sur la tête de puit par l'intermédiaire une bride haute pression. [0004] L'organe de sécurité de tête de puits est l'organe de sécurité numéro 1 sur la station de forage. C'est aussi un équipement très onéreux. Il s'agit donc de le manipuler avec précaution. Une station de forage nécessite généralement 1, 2 ou 3 tailles d'organe de sécurité de tête de puits en fonction du plan de construction du puit. [0005] L'organe de sécurité de tête de puits se caractérise par son diamètre nominal, sa pression de service et le nombre d'étages (rams) qu'il comporte. Le nombre d'étages correspond aux niveaux de sécurité nécessaires mais la configuration de l'organe de sécurité de tête de puits doit aussi être définie en fonction de la hauteur sous plancher disponible, elle-même caractéristique déterminante de la station de forage. Ainsi, il est très fréquent de rencontrer des problèmes liés à l'encombrement pour permettre de lever l'organe de sécurité de tête de puits tout en étant en conformité avec les étages de sécurité requis. [0006] La largeur des étages de l'organe de sécurité de tête de puits peut aussi être source de difficultés dans le cas d'une station étroite. Dans certain cas. il est nécessaire d'orienter 2 l'organe de sécurité de tête de puits autour de son axe vertical. Pour cela, les opérateurs décalent les deux chariots du système de levage de l'organe de sécurité de tête de puits et tentent de trouver une position satisfaisante tout en garantissant des conditions de levage acceptables (levage dévié). Cette méthode n'offre qu'une amplitude de position angulaire limitée car liée à la course des chariots et pose le problème supplémentaire de faire fonctionner les palans en levage dévié. Il en résulte des usures prématurées de galets, rails et autres éléments mécaniques. [0007] Actuellement, les organes de sécurité de tête de puits sont levés grâce à des colliers classiques sur lesquels viennent se connecter le système de levage de l'organe de sécurité de tête de puits. Ceux-ci permettent simplement de lever l'organe de sécurité de tête de puits mais n'autorisent pas de degré de liberté en rotation suivant l'axe vertical de l'organe de sécurité de tête de puits. [0008] On connaît un collier permettant la rotation de l'organe de sécurité de tête de puits qui utilise quatre paires de rouleaux et une bague intermédiaire venant s'ajouter à la pile d'organe de sécurité de tête de puits. C'est par cette bague que vient prendre appui le poids de l'organe de sécurité de tête de puits qui est ensuite transféré aux quatre paires de rouleaux jusqu'au système de levage de l'organe de sécurité de tête de puits. [0009] Les rouleaux utilisés sur cc collier existant sont de conception simple, ils sont centrés sur un axe de rotation et utilisent, très probablement, deux roulements par rouleau. Il est aussi très probable que ces ensembles de paires de rouleaux soient des équipements standards, ce qui a l'avantage d'avoir un coût faible et une disponibilité de pièces de rechange très important. [0010] Cependant, le rajout de cette bague intermédiaire n'est pas anodin puisque cela a pour effet d'augmenter la hauteur totale de l'organe de sécurité de tête de puits. Pour beaucoup de stations de forage ne bénéficiant pas d'une hauteur sous plancher suffisante, l'utilisation de cette conception avec ajout de bague intermédiaire n'est pas possible. [0011] Il est également à noter que l'ajout de la bague intermédiaire représente deux points supplémentaires de défaillance possible au niveau des deux brides inferieures et supérieures. Après installation de la bague, l'organe de sécurité de tête de puits doit subir une nouvelle phase de tests pour garantir l'étanchéité du système complet, pour la pression maximum et pour les différents cas d'utilisation de l'organe de sécurité de tête de puits. [0012] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionné ci-dessus et en particulier de permettre: d'assembler le collier directement sur l'organe de sécurité de tête de puits existant, sans bague intermédiaire; avoir de dimensions réduites 3 une installation simple et rapide; d'adapter les dimensions du collier pour s'adapter à différentes tailles, géométries et marques d'anneau sans remettre en cause le concept général; pouvoir éventuellement motoriser la rotation de l'organe de sécurité de tête de puits. [0013] Le collier de levage d'un organe de sécurité de tête de puits selon l'invention, comprend une partie principale, un bras articulé fermant le collier et des rouleaux dépassant sur une surface du collier, chacun desdits rouleaux étant rotatifs par rapport à un axe parallèle à ladite surface, il est caractérisé en ce que les axes de rotations sont fixés d'un seul côté au collier et que les rouleaux sont affleurant et alignés sur une face intérieure du collier. Ce positionnement intérieur avec des rouleaux au plus près de l'organe de sécurité de tête de puits permet un contact direct sur un des étages de l'organe de sécurité de tête de puits sans bague intermédiaire, d'où un montage plus simple et un encombrement moindre. [0014] En effet, par rapport à un collier standard, le collier selon l'invention permet une ins- tallation du collier plus rapide car il est simple (bras articulé, pas d'assemblage boulonnés), d'où une manutention et installation du organe de sécurité de tête de puits plus rapide. [0015] Il donne également la possibilité d'ajuster l'orientation de l'organe de sécurité de tête de puits à 360 degrés ce qui permet une grande flexibilité opérationnelle. [0016] 11 permet d'utiliser les systèmes de levage de l'organe de sécurité de tête de puits en levage vertical (en ligne) d'où une réduction des risques d'usure prématurée des chariots. En effet, avec un collier de levage ordinaire, l'orientation (angulaire) de l'organe de sécurité de tête de puits ne peut s'effectuer qu'en déplaçant un chariot vers l'avant et le chariot opposé vers l'arrière. Mais en opérant de cette manière, les chaînes de levage ne sont plus parfaitement verticales. Et plus l'éloignement des chariots est grand, plus l'angle des chaînes de levage est important. En plus, l'amplitude d'orientation angulaire est limitée géométriquement à 45 degrés avec des conditions de levage absolument pas satisfaisantes. [0017] Par rapport à un collier rotatif de l'état de la technique, le collier selon l'invention ne nécessite pas d'intervention sur l'organe de sécurité de tête de puits puisqu'il n'y a pas de bague intermédiaire d'appui, d'où un gain de temps, et il permet une réduction des risques de défaillance sur l'organe de sécurité de tête de puits, d'où une diminution des risques opérationnels. [0018] D'autre part, l'invention permet une distance maximale entre les points de levages plus faible que le collier rotatif de l'état de la technique, par exemple de 3,5 mètres correspondant à l'espace entre deux rails. Et dans le cas où le client souhaite utiliser le collier avec des chariots fixés sur des rails espacés de 2,9 mètres (à titre d'exemple), il est possible de réduire les bras à 2,9 mètres exactement au moment de la fabrication sans altération de la conception générale. [0019] Avantageusement, la partie principale constitue plus de la moitié de la périphérie du collier et comporte plus de rouleaux que le bras articulé. La partie principale constituant plus de la moitié de la périphérie du collier, la surface de contact avec l'organe de sécurité est plus importante. [0020] Selon un mode de réalisation, les rouleaux sont au nombre de neuf et regroupés par trois. On pourrait ainsi avoir six rouleaux sur la partie principale et trois sur le bras articulé. Le collier étant de dimension plus faible, on a besoin de moins de rouleaux. [0021] Avantageusement, le collier de lavage comprend deux manilles de levage et que lesdites manilles sont disposées sur la partie principale. La mise en place est ainsi plus aisée. [0022] Avantageusement, les rouleaux et les bras de levage sont disposés selon des axes différents. L'augmentation de la distance entre les deux points de levage augmente la taille du bras de levier, c'est pourquoi les rouleaux sont répartis de telle manière qu'ils ne tombent pas au niveau de la connections entre le collier principal et les bras de levage, ces connexions étant sujettes à fortes contraintes. [0023] Avantageusement, le collier de levage est de forme circulaire ou rectangulaire. La forme circulaire est plus facile à manoeuvrer tandis que la forme rectangulaire est moins chère à fabriquer. La forme pourra ainsi être choisie selon les contraintes de l'application prévue. [0024] Selon une disposition particulière, le collier de levage comprend un moteur ac- tionnant les rouleaux. Le moteur facilite la rotation du collier. [0025] Selon une autre disposition, le collier de levage est en acier haute limite élastique. Ceci afin de reprendre les efforts par le collier et qui sont importants, [0026] Selon cette autre disposition, l'acier a une limite élastique d'au moins 460MPa. Par exemple, le collier étant réalisé par mécano-soudage, cette valeur permet une mise en forme roulée d'acier de 25mm d'épaisseur. [0027] L'invention concerne également un procédé de levage d'un organe de sécurité de tête de puits avec un collier de levage ayant au moins une des caractéristiques précédentes, ledit procédé est caractérisé qu'il comprend les étapes suivantes: on place la partie principale du collier autour d'un organe de sécurité de tête de puits directement en dessous d'un étage supérieur dudit organe de sécurité, on met les rouleaux en contact avec le dessous de l'étage supérieur, on ferme le bras, on verrouille le bras autour de l'organe de sécurité de tête de puits, on lève l'organe de sécurité de tête de puits avec des câbles. [0028] Une fois l'organe de sécurité de tête de puits positionné on déverrouille le bras et on retire le collier. [0029] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : [0030] [fig.1] est une vue générale d'une station de forage terrestre ; [0031] [fig.2] montre un organe de sécurité de tête de puits avec quatre étages ; [0032] [fig.3] illustre un organe de sécurité de tête de puits avec un collier de levage ordinaire de l'état de la technique; [0033] [fig.4] est un premier exemple de collier de levage ordinaire de l'état de la technique; [0034] [fig.5] illustre un organe de sécurité de tête de puits avec un collier de levage avec un degré de liberté en rotation de l'état de la technique [0035] [fig.6] est un deuxième exemple de collier de levage avec degré dc liberté en rotation de l'état de la technique; [0036] [fig.7] est le collier de levage selon l'invention; [0037] [fig.8] montre le montage du collier de levage selon l'invention sur l'organe de sécurité de tête de puits; [0038] [fig.9] montre le collier de levage dc la figure 7 monté sur l'organe de sécurité de tête de puits, [0039] [fig.10] est une coupe d'un organe de sécurité de tête de puits avec un collier selon l'invention, [0040] [fig.11] est une variante du collier. [0041] La station de forage 4 de la figure 1 comprend un plancher 40 et un organe de sécurité de tête de puits 1 disposé sous le plancher 40 au-dessus du sol 5. [0042] L'organe de sécurité de tête de puits 1 de la figure 2 est constitué de quatre étages 10, 11, 12 et 13. Un collier de levage 2 est disposé entre les deux étages supérieurs 10 et 11 (cf figure 3). [0043] Le collier 2a de l'état de la technique monté à la figure 4 est simplement composé de deux parties symétriques 20a fermées par un assemblage boulonné et avec deux manilles de levage 23. [0044] Le deuxième collier 2b de l'état de la technique visible aux figures 5 et 6 est constitué d'une partie principale 20b et d'un bras de fermeture 21b. La partie principale 20b est équipée de trois séries de deux rouleaux 22b et le bras de fermeture 21b d'une série de deux rouleaux 22b. Les rouleaux 22b sont affleurant sur la face supérieure du collier 2b pour permettre à l'organe de sécurité de tête de puits 1 de tourner. Les séries de rouleaux 22b sont équitablement répartis. [0045] Le bras de fermeture 21b est articulé sur la partie fixe du collier 20b pour pouvoir Ouvrir et fermer le collier 2b afin de le disposer sur l'organe de sécurité de tête de puits 6 1. Les rouleaux 22h sont placés dans des évidements fermés 24h, leur axe de rotation étant fixés de chaque côté de chacun des rouleaux 22h. De cc fait l'épaisseur radiale de ce collier 2h est importante puisqu'il comprend des rouleaux 22h et deux bords 25h et 26h. [0046] Les rouleaux étant placés à distance de l'organe de sécurité de tête de puits à cause du bord interne 25h, il faut insérer une bague d'appui 6 entre deux étages 10 et 11 afin que les rouleaux 22h aient une surface d'appui. [0047] Le collier 2 selon l'invention, illustré figure 7, est constitué d'une partie principale 20 et d'un bras articulé de fermeture 21. La partie principale 20 est équipée de deux séries de trois rouleaux 22 et le bras de fermeture 21 d'une série de trois rouleaux 22. Le bras de fermeture 21 est articulé sur la partie fixe du collier 20 pour pouvoir ouvrir et fermer le collier 2 afin de le disposer sur l'organe de sécurité de tête de puits 1. [0048] Les rouleaux 22 sont affleurant sur une surface 200 de la partie principale 20 et une surface 210 du bras de fermeture 21 pour permettre la rotation de l'organe de sécurité de tête de puits 1. Chaque rouleau 22 tourne autour d'un axe 220. Chaque axe 220 est fixé au collier 2 d'un seul coté à la différence de l'état de la technique précédent, les rouleaux sont donc alignés avec la face intérieure 25 du collier. Le collier 2 est donc beaucoup moins épais radialemcnt et surtout les rouleaux sont directement en contact avec un étage de l'organe de sécurité de tête de puits sans nécessiter l'usage d'une bague intermédiaire d'appui. [0049] Le collier 2 comprend deux bras de lavage 27 sur lequel sont fixés des manilles de levage 23. [0050] On peut voir sur la figure 10 que les rouleaux 22 sont beaucoup plus près de la surface supérieure 200, 210 du collier 2 que le collier de l'état de la technique pour un gain de place optimum. Le rouleau dépassera de lOmm par exemple. On choisira un matériau à forte limite élastique mais d'autres choix de conception pour résister aux efforts sont possibles. [0051] Les rouleaux 22 étant en appui direct sur l'organe de sécurité de tête de puits où l'espace est restreint, il faut limiter leur dépassement au-dessus de la face supérieure 200, 210. Le collier 2b n'a pas de problèmes d'encombrements puisqu'il utilise une bague intermédiaire 6. [0052] Le variante illustrée figure 11 montre un collier 2 avec des pans sur la périphérie ex- térieure 201 et intérieure 202 de la partie principale 20 et la périphérie extérieure 211 et intérieure 212 du bras articulé 21. Ce mode de réalisation est plus facile à réaliser, car on peut utiliser des tôles embouties et prédécouper les trous des axes des rouleaux sur banc de découpe numérique (oxy, plasma, lazer ou eau) avec une précision satisfaisante et faire l'économie d'usinages onéreux. [0053] Les bras de levage 23 sont ici plus longs et comportent plusieurs trous 270 7 permettant de fixer les manilles de levage 23 dans différentes positions selon l'écartement des rails existant sur la station de forage. [0054] Conventionnellement dans la présente description on entend par radial, une distance calculé par rapport à l'axe AA de la station de forage sans préjuger de la forme du collier qui pourra être circulaire ou rectangulaire ou toute autre forme fermée: hexagone, pentagone, etc. [0055] Sur les figures 8 et 9, on peut voir la mise en place du collier 2 sur l'organe de sécurité de tête de puits 1: on place la partie principale 20 autour de l'organe de sécurité de tête de puits 1, on ferme le bras articulé 21, on verrouille le bras articulé 21 autour de l'organe de sécurité de tête de puits, on lève l'organe de sécurité de tête de puits avec les câbles 3. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] REVENDICATIONSCollier (2) de levage d'un organe de sécurité de tête de puits (1) comprenant une partie principale (20), un bras articulé (21) fermant le collier et des rouleaux (22) dépassant sur une surface (200, 210) du collier (2), chacun desdits rouleaux (22) étant rotatif par rapport à un axe (220) parallèle à ladite surface, caractérisé en ce que les axes de rotations (220) sont fixés d'un seul côté au collier (2) et que les rouleaux (22) sont affleurant et alignés sur une face intérieure (25) du collier. Collier (2) de levage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie principale (20) constitue plus de la moitié de la périphérie du collier et comporte plus de rouleaux (22) que le bras articulé (21). Collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les rouleaux (22) sont au nombre de neuf et regroupés par trois. Collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend deux manilles de levage (23) et que lesdites manilles sont disposées sur la pallie principale (20). Collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les rouleaux (22) et les bras de levage (27) sont disposés selon des axes différents. Collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est de forme circulaire ou rectangulaire. Collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un moteur actionnant les rouleaux (22). Collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est en acier haute limite élastique. Collier (2) de levage selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'acier a une limite élastique d'au moins 460MPa. Procédé de levage d'un organe de sécurité de tête de puits (1) avec un collier (2) de levage selon une des revendications précédentes caractérisé qu'il comprend les étapes suivantes: on place la partie principale (20) du collier (2) autour d'un organe de sécurité de tête de puits (1) directement en dessous d'un étage supérieur (10) dudit organe de sécurité, on met les rouleaux (22) en contact avec le dessous de l'étage supérieur (10), on ferme le bras articulé (21), on verrouille le bras articulé (21) autour de l'organe de sécurité de tête de puits, on lève l'organe de sécurité de tête de puits avec des câbles (3)-