Tête de forage à avance rapide La présente invention concerne un appareil destiné à faire avancer une tige de forage et à faire tourner celle-ci de manière continue, avec avance ou recul presque continu de la tige de forage. Plus précisément,' l'invention concerne un appareil d'avance de tige de forage qui comporte deux mandrins qui sont manoeuvrés de manière qu'ils fassent tourner de façon continue la tige de forage et qui sont simultanément déplacés en sens opposés afin qu'ils fassent avancer la tige de forage.
Le brevet de la République Démocratique Allemande n[deg.] 25 450 décrit un appareil destiné à faire tourner de façon continue une tige de forage, l'appareil comprenant deux mandrins montés chacun sur deux vérins destinés à déplacer les mandrins en sens opposés. Les mandrins assurent en alternance le serrage et la libération de la tige de forage. D'autres brevets qui décrivent un appareil d'avance de corps allongés et qui comprennent deux mandrins ou d'autres organes de serrage commandés par des moteurs et déplacés en sens opposés axialement sont les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 131 776, 3 190 370, 3 399 735, 3 708 020 et 3 474 946.
Ce dernier brevet cité met en oeuvre un circuit de commande destiné à inverser automatiquement le déplacement axial d'une paire de pinces aux extrémités des courses de tiges de pistons qui portent les pinces, avec commande alternée des manoeuvres de fermeture et d'ouverture des pinces.
Le présent mémoire concerne un appareil d'avance d'une tige de forage destiné à faire tourner et à déplacer axialement un corps allongé tel qu'une tige de forage, l'appareil comprenant deux mandrins ayant des mâchoires et des organes de manoeuvre de mâchoires qui sont déplacés hydrauliquement vers des positions de libération de la tige de forage ou vers une position de serrage de la tige d'une manière telle qu'un mandrin est manoeuvré vers sa position de serrage de la tige avant que l'autre mandrin soit manoeuvré vers sa position de libération de la tige de forage, deux vérins portant chaque mandrin afin que les mandrins soient déplacés simultanément en sens opposés, un mandrin étant dans la position de serrage de la tige de forage et l'autre dans la position de libération,
une tête pivotante de tige de forage portant des paires fixes de tiges de piston des vérins, dépassant en sens opposés, et un circuit hydraulique de commande destiné à manoeuvrer les vérins et les mandrins afin que la tige de forage avance ou recule, son déplacement axial étant interrompu uniquement lorsque les mandrins sont manoeuvrés entre les positions de serrage et de libération de la tige de forage.
L'invention concerne ainsi un appareil d'avance axiale automatique d'une tige de forage avec entraînement continu en rotation de la tige de forage. Elle concerne aussi un dispositif à moteur qui comprend deux mandrins destinés à faire tourner une tige de forage et à faire avancer axialement de façon continue une tige de forage sauf pendant le court temps nécessaire à la manoeuvre des mâchoires de l'un des mandrins vers une position de serrage puis des mâchoires de l'autre mandrin en position de libération. L'invention concerne aussi une tête de tige de forage à avance rapide et un dispositif de montage et de déplacement des mâchoires des mandrins entre des positions de serrage et de libération de tige de forage.
L'invention concerne aussi un dispositif destiné à manoeuvrer automatiquement une tête de tige de forage à avance rapide destinée à faire avancer une tige de forage en direction axiale avec entraînement continu en rotation de la tige. Elle concerne aussi une tête de tige de forage à avance rapide ayant deux mandrins qui sont déplacés axialement en sens opposés en même temps, un dispositif original qui, à la fin du déplacement des mandrins vers l'une de leurs positions axiales d'extrémités, est destiné à manoeuvrer le mandrin afin que ses mâchoires en position de libération soient mises en position de serrage, puis l'autre mandrin afin qu'il soit mis en position de libération, et qu'il commence ensuite à déplacer les mandrins vers leurs positions axiales opposées d'extrémités.
L'invention concerne aussi une commande hydraulique dans laquelle l'augmentation de pression dans la chambre de l'un des mandrins due au déplacement des mâchoires du mandrin vers la position de serrage provoque l'évacuation de fluide de la chambre à haute pression de l'autre mandrin qui était appliqué sous pression afin que les mâchoires de l'autre mandrin soient maintenues à l'état serré après que le premier mandrin a été placé en position de serrage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une élévation latérale en coupe axiale partielle d'une tête de forage à avance rapide selon l'invention, la coupe correspondant à la ligne 1-1 de la figure 3 ; la figure 3 représente sous forme agrandie une partie de la structure de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 1 ; la figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 1 ; la figure 5 est une élévation latérale d'une partie des pistons d'un mandrin représentant le raccordement des différents éléments ;
les figures 6 et 7, placées l'une à côté de l'autre par mise en concordance des lignes A-A et B-B forment un schéma d'un premier mode de réalisation de circuit hydraulique ; et
les figures 8 et 9 sont des schémas d'un second et d'un troisième mode de réalisation de circuit hydraulique.
On se réfère d'abord aux figures 1 à 3 ; la tête de forage à avance rapide qui porte la référence générale 10 comporte un châssis 11 (boîtier) de tête pivotante qui fait partie d'une plate-forme de forage (non représentée). Le boîtier 11 porte deux organes 12, distants axialement, qui constituent des paliers qui supportent un fourreau 13 d'entraînement. Un pignon conique 14 est claveté sur le fourreau afin qu'il fasse tourner celui-ci, le pignon 14 étant entraîné par l'intermédiaire d'une structure classique (non représentée) de la plate-forme de forage.
Le boîtier porte aussi deux tiges 17 de piston inférieures dépassant axialement, en position diamétralement opposée, et deux tiges supérieures de piston disposées axialement, les tiges 17 et 18 étant montées sur des parties 11a de bride du boîtier afin qu'elles soient alignées axialement et s'écartent en sens opposés axialement. Les tiges 17 et 18 portent respectivement des pistons 19 et 20 en position fixe, entre les extrémités opposées. En outre, les tiges 17 et 18 portent respectivement des vérins inférieur et supérieur 21 et 22 d'avance destinés à présenter un déplacement axial relatif.
Une traverse 27 est boulonnée aux extrémités inférieures des vérins 21 afin qu'elle se déplace avec eux, et une traverse 28 est montée de manière analogue aux extrémités supérieures des cylindres des vérins 22. Les traverses portent des capuchons 23 de tige qui se déplacent avec elles et recouvrent les extrémités les plus éloignées des tiges 17, 18. Des mandrins inférieur et supérieur portant les références générales 30 et 31 respectivement sont aussi boulonnés sur les traverses inférieure et supérieure et sur les vérins 21 et 22.
Les mandrins inférieur et supérieur comportent des vérins inférieur et supérieur 32, 33 boulonnés sur la traverse respective et des pistons annulaires 34, 35 qui sont mobiles axialement dans le cylindre respectif. La combinaison 33, 35 d'un cylindre et d'un piston de mandrin supérieur à double effet délimite des chambres supérieure et inférieure 38, 39 de fluide alors que la combinaison
34, 32 de cylindres à pistons à double effet délimite des chambres supérieure et inférieure 40, 41.
Comme les pistons des mandrins sont identiques, mis à part l'inversion de leurs extrémités axiales, on ne décrit plus en détail que le piston supérieur 35. Le piston 35 (voir figure 5) comprend une première partie annulaire 36 ayant un flasque annulaire radial externe 36a qui a une gorge contenant un joint torique destiné à former un joint étanche au fluide dans le cylindre, un flasque annulaire interne radial 36b destiné à se loger contre une bague d'un roulement supérieur 37 et des flasques axiaux 36c, diamétralement opposés, disposés chacun sur des arcs de cercle sensiblement inférieurs à 90[deg.] et qui sont disposés axialement plus loin du flasque 36b que le reste du bord circonférentiel inférieur adjacent 36d de la première partie. Les flasques 36c ont des gorges radialement externes 44.
Le piston 35 du mandrin comporte aussi une seconde partie annulaire 45 ayant un flasque externe radial 45a de diamètre agrandi avec une gorge contenant un joint torique destiné à former un joint étanche avec le cylindre, une découpe annulaire radialement interne
45b destinés à loger une partie de la bague externe du roulement inférieur 37a et des découpes diamétralement opposées 45c qui débouchent vers le bord annulaire supérieur 45d de ladite partie afin que des parties terminales axiales 45e, espacées suivant une courbe, soient formées. Les parties terminales 41e ont des gorges radialement externes 42.
Les deux parties de piston 36, 45 sont raccordées l'une à l'autre par une bague 43 de retenue disposée dans des gorges 38, 42 si bien que les saillies 36c pénètrent dans les découpes 45c. L'épaisseur axiale des gorges et la bague de retenue sont telles que les parties 36, 45 de piston peuvent se déplacer axialement sur une distance limitée l'une par rapport à l'autre, entre des positions espacées, et un bord 36d de positionnement est disposé contre le bord 45d et les bords terminaux courbes des parties 36c sont en butée contre les bords courbes qui délimitent en partie les découpes 45c. Il faut noter que les dimensions circonférentielles des parties 36c sont inférieures dans une certaine mesure aux dimensions correspondantes des découpes 45c.
Un manchon 50 d'appui est monté dans des roulements
37 afin qu'il puisse tourner, en position axiale fixe par rapport à eux, alors qu'un second manchon 51 du mandrin supérieur est boulonné sur le manchin 50 afin qu'il se déplace avec celui-ci. Le manchon 51 a plusieurs surfaces 52 de rampes de mâchoires espacées circonférentiellement et disposées radialement vers l'intérieur, ces surfaces étant inclinées radialement vers l'extérieur vers le haut par rapport à l'axe C-C des mandrins et de la tige de forage serrée dans ceux-ci. Les surfaces 53 des rampes du second manchon 54 du mandrin inférieur sont inclinées de la même manière. Ainsi, le manchon d'appui et le second manchon de chaque mandrin forment un organe de manoeuvre de mâchoire.
Les mandrins supérieur et inférieur comportent un adaptateur 56 (organe tubulaire de montage de mâchoire) formant une tige d'entraînement ayant plusieurs fentes
57 de montage de mâchoire, qui sont espacées circonférentiellement et qui portent des mâchoires 58 afin qu'elles puissent se déplacer radialement par rapport aux fentes, en empêchant un déplacement axial relatif. Les mâchoires ont des surfaces d'inclinaison opposées à celles des surfaces des rampes du second manchon afin qu'elles soient en butée. La partie d'extrémité de chaque adaptateur, placée en face des fentes 57, est raccordée par vissage à une première extrémité d'une tige 59 de manoeuvre. Les tiges de manoeuvre sont montées chacune dans des roulements 60 afin qu'elles puissent tourner, en position axiale fixe par rapport aux paliers.
Les paliers 60 sont portés par la traverse supérieure en position axiale fixe par rapport à celle-ci (la tige d'entraînement du mandrin inférieur étant montée par un palier ou des roulements 60 montés sur la traverse inférieure). Les tiges supérieure et inférieure d'entraînement peuvent glisser dans les ouvertures formées dans la traverse respective et peuvent coulisser dans le fourreau afin qu'elles soient entraînées par celui-ci, indépendamment de leur déplacement axial l'une par rapport à l'autre ou de leur position fixe par rapport au fourreau.
On se réfère aux figures 6 et 7, le premier mode de réalisation de commande hydraulique portant la référence générale 80 comprend une pompe hydraulique 81 reliée à un réservoir 82. Une canalisation 83 à haute pression relie la pompe à une soupape réglable de dosage 84. Une soupape
85 à commande pilote retenue élastiquement en position d'ouverture est montée entre la soupape de dosage et un orifice 86 d'un distributeur 87 d'alimentation à deux positions et à commande pilote qui est retenu élastiquement dans la position représentée. Lorsque la pression dans la canalisation entre la soupape 85 et l'orifice 86 dépasse une valeur prédéterminée, la soupape 85 se ferme.
Dans la position représentée, l'organe 89 d'obturation du distributeur 87 relie l'orifice 86 à l'orifice 88 et l'orifice 90 à l'orifice 91, alors que, lorsqu'une pression de fluide suffisamment élevée règne dans la canalisation pilote 92, l'organe d'obturation se déplace et relie l'orifice 86 à l'orifice 90 et l'orifice 88 à l'orifice 91. Une canalisation 99 relie l'orifice 88 à l'orifice 93 d'un distributeur à deux positions 94 haut et bas, du même type que le distributeur 87, le distributeur 94 ayant un orifice 95 relié par la canalisation 96 à l'orifice 90. Dans la position représentée, l'organe 100 d'obturation relie l'orifice 93 à l'orifice 97 et l'orifice 95 à l'orifice 98 ; cependant, lorsque la pression est suffisamment élevée dans la canalisation 101, l'obturateur se déplace et relie l'orifice 93 à l'orifice 98 et l'orifice 95 à l'orifice 97.
Un distributeur 107 qui est du même type que le distributeur 87 a un orifice 106 relié par une canalisation 105 à l'orifice 97, un orifice 108 relié à la canalisation 109 et à l'orifice 98 et un obturateur 110 qui, dans la position représentée, relie les orifices 106 et
112 l'un à l'autre et les orifices 108 et 111 l'un à l'autre, cependant, lorsque la pression est suffisamment élevée dans la canalisation pilote 114, l'organe d'obturation se déplace et relie les orifices 106 et 111 d'une part et les orifices 108 et 112 d'autre part. Une canalisation 115 relie l'orifice 111 au raccord 118.
Une soupape à commande pilote 116 et un clapet de retenue 117 sont montés en parallèle par rapport aux raccords 118, 119, la soupape 116 étant retenue élastiquement dans sa position de fermeture, mais, lorsque la pression au raccord 118 dépasse une valeur réglable prédéterminée, la soupape 116 est commandée par la pression pilote et prend la position d'ouverture. Le clapet 117 de retenue est orienté de manière qu'il empêche la circulation du fluide de la connexion 118 à la connexion 119 mais permette l'écoulement du fluide dans l'autre sens. La connexion 119 est reliée par une canalisation 120 à la chambre supérieure 38 du mandrin supérieur 31. Une canalisation 124 relie le raccord
127 à la chambre inférieure 39 du mandrin 31, un clapet
126 de retenue à commande pilote étant monté entre le raccord 127 et l'orifice 112.
Le clapet 126 permet au fluide de s'écouler de l'orifice 112 au raccord 127 mais empêche la circulation du fluide sauf lorsque la pression dans la canalisation 120 dépasse une valeur prédéterminée, et il est alors commandé par la pression pilote en position d'ouverture. La canalisation à la pression pilote porte la référence 123. Une canalisation 143 relie un raccord 153 de la canalisation 109 à un raccord 144 alors qu'un raccord
145 est relié par une canalisation 146 à la chambre supérieure 40 du mandrin inférieur 30. Un clapet 148 de retenue et une soupape 149 commandée par une pression pilote et qui est retenue élastiquement en position de fermeture, sont montés en parallèle par rapport aux raccords 144, 145.
La soupape 149 est commandée vers sa position d'ouverture par le fluide sous pression lorsque la pression au raccord
144 dépasse une valeur prédéterminée, par exemple 38,5 bars, alors que la soupape 148 empêche la circulation du raccord
144 vers le raccord 145 mais permet la circulation en sens opposé. Un clapet de retenue 150 commandé par une pression pilote est relié par une canalisation 153 à la chambre inférieure 41 du mandrin inférieur et à un raccord 152 de la canalisation 105. La soupape 150 permet la circulation du raccord 152 à la chambre inférieure 41 du mandrin inférieur, mais empêche la circulation dans l'autre sens, sauf lorsque la pression au niveau du raccord 145 dépasse une valeur prédéterminée.
Une canalisation 128 de retour relie l'orifice de sortie d'une soupape 129 commandée par la pression pilote au réservoir alors qu'une canalisation 130 relie l'orifice d'entrée de la soupape à l'orifice 91. La soupape
129 est maintenue élastiquement en position de fermeture mais s'ouvre lorsque la pression dans la canalisation 130 dépasse une valeur prédéterminée, par exemple 3,5 bars. Une soupape réglable de dosage 132 est montée entre la canalisation 83 et l'orifice 133 d'entrée d'un distributeur 134 à trois positions et commandé par une pression pilote, retenue élastiquement dans la position représentée.
Le distributeur 134 a aussi un orifice 135 d'échappement relié à la canalisation 130, des orifices 136, 137 et un organe d'obturation 140 qui est retenu élastiquement afin qu'il empêche la communication entre les orifices 133 et
135 à 137, l'organe d'obturation étant déplacé par le fluide à la pression de la canalisation pilote 138 afin que les orifices 135 et 137 soient reliés l'un à l'autre et les orifices 133 et 136 soient reliés l'un à l'autre, l'organe d'obturation étant déplacé par le fluide à la pression de la canalisation pilote 139 afin qu'il relie les orifices 135 à 137 l'un à l'autre et ferme l'orifice
133.
Un clapet de retenue 155 est monté entre l'orifice
136 et l'orifice 157 d'un distributeur 156 à deux positions et commandé par une pression pilote, le clapet 155 empêchant la circulation de l'orifice 157 à l'orifice 136 mais permettant la circulation en sens opposé. Le distributeur
156 a aussi des orifices 158 à 160 et un organe 161 d'obturation qui, lorsqu'une pression élevée est appliquée à la canalisation pilote 163, se déplace et relie l'orifice 158 à l'orifice 160 et l'orifice 157 à l'orifice
159 alors que, lorsque la pression transmise à la canalisation pilote 162 est élevée, il se déplace et relie l'orifice
159 à l'orifice 160 et l'orifice 157 à l'orifice 158. L'orifice 158 est relié par une canalisation au raccord 170 qui est lui-même relié par une canalisation 174 aux chambres supérieures 172 des vérins d'avance inférieurs.
Les chambres inférieures 177 des vérins inférieurs sont reliées par une canalisation 176 aux chambres inférieures 175 des vérins supérieurs d'avance.
Un distributeur 178 à deux positions destiné à inverser les vérins a un orifice 179 relié à une canalisation pilote 92, un orifice 180, un orifice 181 relié par une canalisation 185 à la canalisation 128 et un organe 182 d'obturation qui reste dans la position dans laquelle il a été déplacé en dernier. Des organes 183, 184 de manoeuvre de distributeur sont destinés à déplacer l'obturateur et sont fixés par exemple au vérin 22 afin qu'ils se déplacent avec lui. Lorsque l'organe 184 se déplace près de la position la plus basse de la course du cylindre, il déplace l'organe 182 d'obturation afin qu'il relie les orifices 179, 181 et, lorsque l'organe 183 se déplace près de la partie la plus élevée de la course du cylindre, il déplace déplace l'organe d'obturation et relie les orifices 179 et 180 l'un à l'autre.
Un distributeur 188 à trois positions et commandé manuellement a un orifice 189 relié par une canalisation à une canalisation 185, un orifice 190 relié par une canalisation au raccord 191, des orifices 192, 193 et un organe 194 d'obturation qui, lorsqu'il est dans la position neutre représentée, assure la connexion des orifices
189, 192 et 193, qui, dans une seconde position, relie l'orifice 189 à l'orifice 193 et l'orifice 190 à l'orifice
192 et, dans une troisième position, relie l'orifice
190 à l'orifice 192. Un clapet 196 de retenue commandé par la pression pilote est monté entre le raccord 164 et la canalisation 186, alors qu'un clapet 197 commandé par la pression pilote est monté entre le raccord 170 et la canalisation 187. Les canalisations 186, 187 sont reliées aux orifices 192 et 913 respectivement.
Le clapet de retenue 197 permet la circulation de la canalisation
187 au raccord 170 et empêche la circulation en sens opposé sauf lorsque la pression dans la canalisation 186 est suffisamment élevée. Le clapet 196 de retenue permet la circulation de la canalisation 186 au raccord 164 et empêche la circulation dans le sens opposé sauf lorsque la pression dans la canalisation 187 est suffisamment élevée.
Un distributeur 199 à deux positions et à commande manuelle a un orifice 200 relié au raccord 191, un orifice
201 relié à une canalisation 185, un orifice 202 relié par une canalisation 203 à une canalisation 83 et un organe
204 d'obturation qui, dans une première position, relie les orifices 200 et 201 l'un à l'autre et, dans une seconde position, relie les orifices 200 et 202 l'un à l'autre. Un distributeur 208 à trois positions, à commande manuelle et de montée-descente ou haut-bas a un orifice 209 relié à la canalisation 83, un orifice 210 relié à la canalisation
185, un orifice 211, un orifice 212 relié à un raccord
214 et un organe 213 d'obturation.
Dans la position neutre représentée, l'organe d'obturation 213 relie les orifices
210, 211, 212 ; en position "haut", il relie les orifices
209 et 212 d'une part et 210 et 211 d'autre part, et, dans une position "basse", il relie les orifices 209 et 211 d'une part et 210 et 212 d'autre part. L'orifice 211 est relié à l'orifice 218 d'un distributeur 217 à deux positions et à commande manuelle qui a un orifice 219, un orifice
220, un orifice 221 relié à la canalisation 185 et un organe 223 d'obturation.
Une soupape sélectrice 226 a un premier orifice relié par une canalisation 227 à un raccord 250, un second orifice relié à un raccord 228 et un troisième orifice relié à une canalisation 114 à une pression pilote. Lorsque la pression dans la canalisation 227 dépasse celle du raccord 228, l'organe d'obturation de la soupape 226 se déplace si bien que le fluide sous pression est transmis par la canalisation 227 à la canalisation 114 et, lorsque la pression dans la canalisation 227 est inférieure à celle du raccord 228, l'organe d'obturation de la soupape
226 se déplace si bien que la pression du fluide est transmise du raccord 228 à la canalisation 114 à laquelle est aussi reliée une canalisation 230.
Cette dernière est reliée à un orifice d'une soupape sélectrice 231 et un second orifice est relié à l'orifice 220, un troisième orifice étant relié au raccord 214. Ce dernier raccord 214 est relié par une canalisation 235 à un premier orifice d'une soupape sélectrice 232 qui a un autre orifice relié à la canalisation 237 qui est elle-même reliée au raccord
191 et un troisième orifice relié à la canalisation 101. Les soupapes sélectrices 226, 231 et 236 sont du même type et fonctionnent de la même manière, une pression étant transmise par la soupape 231 du raccord 214 à la canalisation 230 lorsque la pression au raccord 214 dépasse celle de l'orifice 220 et, lorsque la pression est plus faible au raccord 214, le fluide est transmis de l'orifice 220 à l'orifice 230.
Les canalisations 139 et 227 sont aussi reliées à un raccord 250 qui est relié par une canalisation à l'orifice 219. Un clapet 243 de retenue et une soupape
242 commandé par la pression pilote sont montés en parallèle par rapport aux raccords 240, 241, le raccord 241 étant relié par une canalisation à la canalisation 235. La soupape 242 est maintenue élastiquement en position fermée mais elle s'ouvre lorsque la pression au raccord 241 est suffisamment élevée alors que le clapet 243 de retenue empêche la circulation du raccord 241 au raccord 240 mais permet la circulation dans l'autre sens.
Un clapet
244 de retenue, commandé par la pression pilote, est monté entre les raccords 245, 246, et permet la circulation du fluide du raccord 245 au raccord 246 mais empêche la circulation du fluide dans l'autre sens, sauf lorsque la pression dans la canalisation pilote 247 dépasse une valeur prédéterminée. La canalisation 247 est reliée au raccord 240. Un rétrécissement réglable 248 est monté entre les raccords 245, 246, le raccord 245 étant raccordé à l'orifice 137. Le raccord 246 est relié à l'orifice 160. L'orifice 180 est relié par une canalisation 254 à une canalisation pilote 114.
Un clapet 257 de retenue et une soupape 258 commandée par la pression pilote, maintenue élastiquement en position fermée, sont montés en parallèle entre les canalisations 256 et 163. La soupape 258 est déplacée en position d'ouverture lorsque la pression dans la canalisation 256 dépasse une valeur prédéterminée alors que le clapet 257 permet la circulation de la canalisation 163 à la canalisation 56 mais l'empêche dans l'autre sens. La canalisation 256 est reliée à un raccord 265 de la canalisation 99.
Un clapet 263 de retenue et une soupape 264 à commande pilote maintenue élastiquement en position fermée, sont montés en parallèle entre les canalisations 162 et
262. La soupape 264 est commandée vers sa position d'ouver-
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une valeur prédéterminée alors que le clapet 263 empêche la circulation de la canalisation 262 à la canalisation 162 mais permet la circulation dans l'autre sens. La canalisattion 262 est reliée à un raccord 259 de la canalisation 96.
Un raccord 260 de la canalisation 153 est relié à un orifice d'une soupape sélectrice 252, un second orifice de cette dernière étant relié au raccord 127 et un troisième orifice à un accumulateur 253. Lorsque les pressions ne sont pas les mêmes aux raccords 127 et 260 et lorsque la pression de l'un des raccords dépasse celle de l'accumulateur, le fluide s'écoule du raccord à la plus haute pression vers l'accumulateur. Cependant, lorsque la pression dans l'accumulateur dépasse les pressions au niveau des deux raccords 127, 260, le fluide circule de l'accumulateur vers le raccord qui est à la pression la plus élevée. Grâce à l'accumulateur qui fait ainsi l'appoint de fluide hydraulique, les mandrins restent fermés pendant de longues périodes lorsque la tige de forage est descendue malgré les conditions thermiques ou les lentes fuites de fluide hydraulique.
On suppose, en référence à la description du fonctionnement de ce premier mode de réalisation de circuit de commande, que le distributeur 208 est dans la position basse, et que le distributeur 217 est dans sa position sous pression si bien que la canalisation 114 de fluide pilote communique avec les canalisations 230, 138, les orifices 220, 218, 211, 209 et la canalisation 83, et ainsi le distributeur 107 a ses orifices 108, 112 qui sont reliés et ses orifices 106, 111 qui sont aussi reliés. Lorsque les soupapes et distributeur ont les positions indiquées, la tige de forage avance vers le bas sous pression tout en tournant. En outre, lorsque la canalisation 138 est sous pression, l'organe 140 d'obturation se déplace si bien que l'orifice 135 est relié à l'orifice 137 et l'orifice 133 est relié à l'orifice 136.
En outre, on suppose que les distributeurs 188, 199 ont leurs organes d'obturation dans les positions représentées et que les organes de manoeuvre 183, 184 sont distants de l'organe 182 d'obturation qui se trouve dans la position représentée. Ainsi, à ce moment, les distributeurs 96, 94 ont leurs organes d'obturation qui assurent les connexions représentées et du fluide sous pression est transmis afin qu'il maintienne le mandrin inférieur en position fermée et le mandrin supérieur en position ouverte, et le distributeur 156 d'inversion d'avance a son organe d'obturation dans la position représentée.
Comme le fluide sous pression provenant de la canalisation 83 est transmis à la chambre supérieure des vérins d'avance supérieurs qui provoque un déplacement vers le haut des vérins supérieurs et ainsi augmente la pression du fluide des chambres inférieures qui s'écoule par les canalisations 176 vers les chambres inférieures 177 des vérins 21 afin qu'ils se déplacent, et le mandrin inférieur fermé descend afin qu'il fasse descendre la tige de forage sous pression pendant que celle-ci tourne. Il faut noter que le fluide s'échappant des chambres supérieures des vérins inférieurs s'écoule dans un organe
248 d'étranglement et passe en dérivation par rapport au clapet de retenue 244 qui est alors fermé. L'organe d'étranglement ou de rétrécissement peut être réglé afin qu'il règle la vitesse axiale de descente de la tige de forage.
Lorsque l'organe 183 de manoeuvre s'est suffisamment déplacé vers le haut pour que l'organe 182 d'obturation soit déplacé, l'orifice 180 est relié par l'orifice 179 à la canalisation pilote 92 si bien que l'organe 89 d'obturation dans cette séquence de déplacement de distributeur, assure la liaison des orifices 91 et 88 d'une part et 86 et 90 d'autre part. En conséquence, du fluide sous pression est transmis à la chambre inférieure du mandrin supérieur et la chambre supérieure du mandrin supérieur évacue du fluide. Cependant, lorsque le piston du mandrin supérieur se déplace vers sa position de serrage de mâchoires, la pression au raccord 144 ne suffit pas pour que la soupape 149 s'ouvre et le clapet 150 empêche l'évacuation du fluide de la chambre inférieure du mandrin inférieur.
En conséquence, le mandrin inférieur reste fermé lorsque le mandrin supérieur se ferme. Il faut noter que les cylindres d'avance cessent de se déplacer lorsque les mâchoires du mandrin supérieur se déplacent vers leur position de serrage ou lorsque la vitesse d'avance est plus élevée, avant le déplacement des mâchoires en position de serrage.
Après fermeture du mandrin supérieur, la pression dans la chambre inférieure du mandrin supérieur et dans la canalisation 143 augmente suffisamment pour que la soupape 149 s'ouvre et mette la canalisation 146 à une pression qui suffit pour que la soupape 150 s'ouvre. En conséquence, le fluide sous pression est transmis à la chambre supérieure du mandrin inférieur et permet aux mâchoires de se déplacer vers leur position d'ouverture (les mâchoires étant repoussées élastiquement vers leur position radialement externe).
En outre, après fermeture des mâchoires supérieures, la pression s'élève dans la canalisation 262 et provoque une ouverture de la soupape 264 si bien que l'organe 161 d'obturation se déplace et relie les orifices 159 et 160 d'une part et les orifices 158 et
157 d'autre part lorsque le fluide sous pression provenant de la canalisation 83 s'écoule dans la chambre supérieure des vérins inférieurs d'avance et dans les chambres supérieures des vérins supérieurs d'avance, avant évacuation par la canalisation 165. Ceci provoque un déplacement simultané des mandrins et vérins supérieurs et inférieurs d'avance, y compris l'organe 183 de manoeuvre qui s'écarte du distributeur 178 et de l'org ane 184 de manoeuvre qui se rapproche du distributeur 178.
Lorsque les vérins 22 se sont déplacés à proximité de l'extrémité de leur course vers le bas, l'organe 184 déplace l'organe d'obturation 182 et le ramène vers la position de raccordement des orifices 179 et 181, provoquant une réduction de pression dans la canalisation pilote 92, l'organe 89 d'obturation du distributeur de séquence d'avance étant rappelé élastiquement vers sa position de référence représentée sur la figure 7. Le fluide sous pression est alors conduit par la soupape 150 à la chambre inférieure du mandrin inférieur afin que celui-ci soit fermé.
Cependant, les clapets de retenue 117, 126 se ferment et maintient le mandrin supérieur en position de fermeture jusqu'à la fermeture du mandrin inférieur, et l'augmentation résultante de pression au niveau du raccord 118 provoque l'ouverture de la soupape 116 et la transmission de fluide vers la canalisation 120 afin que la soupape 126 soit ouverte, la chambre supérieure du mandrin supérieur recevant du fluide sous pression qui déplace le piston du mandrin vers sa position de libération des mâchoires.
Lorsque le mandrin inférieur s'est fermé, l'élévation de pression au raccord 165 provoque l'ouverture de la soupape 158 et l'organe 161 d'obturation revient vers la position représentée sur la figure 7, du fluide sous pression étant transmis aux chambres supérieures des vérins 22 afin que les cylindres .21, 22 soient déplacés simultanément en sens opposés, à distance l'un de l'autre. Le cycle de fonctionnement automatique se poursuit comme décrit précédemment jusqu'à ce que le distributeur 208 soit déplacé de sa position supérieure ou jusqu'à ce que l'un des autres distributeurs à commande manuelle soit déplacé à la main.
Lorsque le distributeur 208 est déplacé afin qu'il assure une avance vers le haut (retrait de la tige de forage), le distributeur 218 restant dans l'une de ses positions, les canalisations 230, 133 reçoivent du fluide à une pression élevée provenant de l'orifice 212 et par l'intermédiaire du raccord 214 et de la soupape sélectrice 231, et du fluide à une pression élevée est transmis à la canalisation 254 par la soupape 226. Ainsi, l'organe 110 d'obturation est déplacé de sa position de référence représentée sur la figure 7 de la manière indiquée précédemment.
En outre, étant donné la pression élevée au raccord 214, une pression élevée est transmise par la soupape 236 à la canalisation pilote du distributeur
94 si bien que les orifices 93 et 98 sont reliés l'un à l'autre et les orifices 95 et 97 sont reliés l'un à l'autre et à la canalisation pilote de la soupape 242 qui est ouverte et transmet la pression du fluide par la canalisation 247 afin que la soupape 244 soit ouverte et maintenue ouverte. Lorsque la soupape de 244 est retenue en position d'ouverture, la résistance opposée à l'évacuation du fluide des chambres supérieures du jeu de vérins d'avance
21, 22 est réduite et en conséquence le déplacement axial de la tige de forage vers le haut est plus rapide que le déplacement vers le bas.
Mis à part le fait indiqué précédemment et le fait que les mâchoires des mandrins supérieur et inférieur sont fermées lorsqu'elles sont déplacées vers le haut et ouvertes lorsqu'elles sont déplacées vers le bas au lieu d'être ouvertes lorsque les vérins respectifs d'avance se déplacent vers le haut et fermées lorsqu'ils se déplacent vers le bas dans le cas précédent d'avance vers le bas, l'opération de recul ou d'avance vers le haut peut être facilement comprise d'après l'opération d'avance vers le bas indiquée précédemment.
Lorsque le distributeur 217 est dans sa position de flottement" représentée sur la figure 7 et lorsque le distributeur 208 est dans sa position "basse", du fluide sous pression est transmis par la canalisation 227 et la soupape 226 aux canalisations 254, 114 dans le but indiqué précédemment et à la canalisation 139 afin que l'organe 140 d'obturation relie les orifices 135-137. En conséquence, du fluide sous pression destiné à déplacer les vérins d'avance ne provient pas de la pompe 81 mais plutôt de la masse de la tige de forage, dans l'hypothèse où le sens d'avance est descendant. L'ouverture et la fermeture des mâchoires des mandrins sont réalisées cycliquement comme décrit dans l'opération descendante et la commande du fonctionnement du distributeur 156 est la même.
Cependant, la masse de la tige de forage et le débit de fluide dans l'étranglement 248 règle la force descendante appliquée au trépan ; il faut noter que le fluide qui s'écoule à partir des chambres supérieures des vérins d'avance et vers celles-ci circule dans l'organe d'obturation 140, entre les orifices
136, 137, et que le distributeur 156 est manoeuvré de manière que le courant de retour de chacune des chambres supérieures des cylindres d'avance circule dans l'organe
248 d'étranglement.
Lorsque le distributeur 208 est dans sa position haute ou basse, un jeu de mâchoires de mandrin est toujours serré, cette caractéristique donnant une sécurité.
Lorsque le distributeur 208 à trois positions est dans sa position neutre et lorsque le distributeur 199 est dans position de fermeture comme représenté, les distributeurs 87, 94 et 107 sont dans les positions de référence représentées sur les dessins et du fluide sous pression est transmis aux chambres inférieures des vérins des mandrins si bien que toutes les mâchoires sont en position fermée et serrent la tige de forage 48. Dans une variante, lorsque le distributeur 208 est en position neutre et le distributeur 199 en position d'ouverture, du fluide sous pression est transmis à toutes les chambres supérieures des vérins des mandrins si bien que toutes les mâchoires sont maintenues en position d'ouverture et une tige de forage peut passer dans les mandrins.
Les organes de manoeuvre des mâchoires des mandrins sont maintenus en position d'ouverture car du fluide sous pression est transmis par les orifices 200, 202, la canalisation 237 et la soupape
236 à la canalisation pilote 101 si bien que les orifices
93 et 98 d'une part et les orifices 95 et 97 d'autre part sont reliés et permettent la transmission de fluide à la pression pilote aux canalisations pilotes des soupapes
116, 149 qui s'ouvrent et permettent la circulation du fluide vers les chambres supérieures des vérins des mandrins.
Lorsque le distributeur 208 à trois voies est en position neutre et lorsque le distributeur 199 est en position d'ouverture de mandrin, l'organe 100 d'obturation se déplace comme décrit dans le paragraphe précédent et, après manoeuvre du distributeur 188 afin que les orifices 193 et 189 d'une part et les orifices 192 et 190 d'autre part soient reliés, du fluide sous pression est transmis aux chambres supérieures des cylindres d'avance alors que la pression dans la canalisation 186 provoque l'ouverture de la soupape 197, le fluide pouvant être évacué des chambres supérieures des vérins inférieurs d'avance. En conséquence, les vérins supérieurs et inférieurs d'avance s'écartent l'un de l'autre, les deux mandrins étant ouverts.
D'autre part, lorsque le distributeur 188 est commandé manuellement afin qu'il relie l'orifice 190 à l'orifice 193 et l'orifice 189 à l'orifice 192, le fluide sous pression est transmis aux chambres supérieures des vérins inférieurs si bien que les vérins supérieurs et inférieurs d'avance se déplacent l'un vers l'autre.
Dans un mode de réalisation de l' invention considéré à titre purement illustratif, les soupapes 116,
149, 258, 164 s'ouvrent lorsque la pression pilote est au moins égale à 38,5 bars alors que la soupape 129 s'ouvre lorsque la pression pilote dépasse 3,5 bars environ.
On se réfère maintenant à la figure 8 pour la description d'un second mode de réalisation de circuit de commande hydraulique portant la référence 190. Le circuit de commande comprend une pompe hydraulique 81 reliée à un réservoir 82 de fluide. Une canalisation 291 sous pression relie la pompe au raccord 292 ; une soupape réglable
293 de dosage et une soupape réglable 294 à commande pilote retenue élastiquement en position d'ouverture, sont montées en série entre les raccords 292, 295 afin que, au cas où la pression au raccord 295 dépasse une valeur prédéterminée, la soupape 294 se ferme.
Le raccord 295 est relié à un orifice 296 d'un distributeur 300 à commande pilote qui a aussi des orifices
297, 298, 299 et un organe d'obturation retenu élastiquement dans une position dans laquelle il relie des orifices
296 et 299 et les orifices 297 et 298 mais, lorsque la pression dans la canalisation pilote 301 dépasse une valeur prédéterminée, l'organe d'obturation se déplace et relie l'orifice 296 à l'orifice 298, et l'orifice 297 à l'orifice 299. Un organe 305 d'étranglement est monté entre l'orifice 299 et le raccord 302, ce dernier étant relié à un raccord 303 qui est lui-même relié par une canalisation
304 à la chambre supérieure 38 d'un vérin 33. La chambre inférieure 39 est reliée par une canalisation 308 à un clapet de retenue 309 à commande pilote qui est lui-même relié par une canalisation à l'orifice 298.
Le clapet de retenue 309 permet au fluide de s'écouler de l'orifice 298 à la chambre 39, mais il empêche la circulation de la chambre vers l'orifice 298, sauf lorsque la pression dans la canalisation 304 dépasse une valeur prédéterminée.
L'orifice 297 est relié par une canalisation
310 à une soupape 311 à commande pilote qui est retenue élastiquement en position de fermeture tant que la pression dans la canalisation est inférieure à une valeur prédéterminée, mais elle s'ouvre lorsque la pression dépasse cette valeur. La soupape 311 est reliée au réservoir. Un distributeur 321 à commande pilote a des orifices 317 à 320, l'orifice 317 étant relié par une canalisation 316 à un raccord 315 de la canalisation 310, et un organe d'obturation qui est retenu élastiquement en position de raccordement des orifices 318 et 320 d'une part et 317 et 319 d'autre part. Lorsque du fluide sous pression est transmis par la canalisation pilote 322, l'organe d'obturation du distributeur 321 se déplace et relie les orifices 318 et
319 d'une part et les orifices 317 et 320 d'autre part.
Un organe 327 d'étranglement est monté entre l'orifice 320 et le raccord 322 qui est lui-même relié par une canalisation 323 à la chambre supérieure du vérin du mandrin inférieur. La chambre inférieure du vérin du mandrin inférieur est reliée par une canalisation 324 à un raccord 325. Un clapet de retenue 326 à commande pilote est relié de manière qu'il permette au fluide de s'écouler de l'orifice 319 au raccord 325, et il empêche la circulation du raccord 325 à l'orifice 319, sauf lorsque la pression dans la canalisation 323 dépasse une valeur prédéterminée. Une soupape sélectrice 329 a des orifices reliés à un raccord 328 placé dans la canalisation 308, à un raccord 325 et à un accumulateur 330 respectivement. L'accumulateur 330 a le même rôle que l'accumulateur du premier mode de réalisation.
Un distributeur 334 à deux positions et à commande pilote a un orifice 336 relié par une canalisation 335 à un raccord 292, un orifice 337 et un organe d'obturation maintenu élastiquement en position d'interruption de la circulation entre les orifices 336 et 337 ; cependant, lorsque la pression dans la canalisation 337 dépasse une valeur prédéterminée, il relie les orifices 336 et 337. Une soupape réglable 338 de dosage est montée entre les orifices 337 et 341 du distributeur 339 à commande pilote à trois positions qui a aussi des orifices 341 à 343.
Lorsque du fluide ayant une pression suffisamment élevée n'est pas transmis par l'une ou l'autre des canalisations pilotes
345 et 344, l'organe d'obturation du distributeur 339 se déplace vers sa position neutre et/ou y est retenu élastiquement si bien que du fluide ne s'écoule pas dans le distributeur, entre ses divers orifices ; lorsqu'une pression suffisamment élevée est appliquée par la canalisation pilote 345, l'orifice 341 est relié à l'orifice 343, et l'orifice 340 est relié à l'orifice 342, et, lorsqu'une pression suffisamment élevée est transmise par la canalisation pilote 344, l'organe d'obturation se déplace et relie les orifices 340 et 343 d'une part et les orifices 341 et
342 d'autre part.
Une canalisation 348 relie l'orifice 340 à un raccord de la canalisation 310 alors qu'une canalisation 349 est montée entre un raccord de la canalisation 348 et l'orifice 350 d'un distributeur 351 commandé par une pression pilote.
Le distributeur 351 a des orifices 352, 353 et un organe d'obturation qui est retenu élastiquement en position afin qu'il relie les orifices 352 et 353 et bouche l'orifice
350, et il est mobile sous la commande du fluide de la canalisation pilote 354 afin qu'il bouche l'orifice 352 et relie les orifices 350 et 353. L'orifice 353 est relié par une canalisation à l'orifice 355 d'un distributeur 357 de sens d'avance à commande pilote qui a aussi des orifices
356, 360, 361. L'orifice 360 est relié par une canalisation
365 à la chambre supérieure des vérins inférieurs alors que l'orifice 361 est relié par une canalisation 364 aux chambres supérieures 167 des cylindres supérieurs d'avance.
Un organe réglable 358 d'étranglement et un clapet de retenue 359 qui empêche la circulation de l'orifice 356 à l'orifice 342 mais la permet en sens opposé, sont montés en parallèle entre les orifices 342 et 356. Lorsque du fluide à une pression suffisamment élevée est transmis par la canalisation pilote 362, l'organe d'obturation du distributeur 357 se déplace et relie les orifices 355 et 361 d'une part et 356 et 360 d'autre part alors que, lorsqu'un fluide à une pression suffisamment élevée est transmis par la canalisation pilote 353, l'organe d'obturation relie l'orifice 356 à l'orifice 361 et l'orifice 355 à l'orifice 360. La canalisation pilote 363 est reliée au raccord 322 alors que la canalisation pilote 363 est reliée au raccord 302.
Un distributeur 368 d'ouverture-fermeture de mandrin, à commande manuelle, a un orifice 369 relié à une canalisation 291, un orifice 370 relié à une canalisation
310 et des orifices 371, 372. L'organe d'obturation du distributeur 368, dans la position représentée de référence, relie les orifices 369 et 372 d'une part et 370 et 371 d'autre part et, lorsqu'il est déplacé en position d'ouverture, il relie les orifices 369 et 371 d'une part et les orifices 370 et 372 d'autre part.
Le distributeur 374 de réglage de sens d'avance, commandé manuellement, a un orifice 375 relié à l'orifice
372, un orifice 376 relié à l'orifice 371, un orifice 377 relié à la canalisation 344 et un orifice 378. Lorsque l'organe d'obturation du distributeur 374 est dans sa position neutre représentée, il relie les orifices 375, 377,
378 ; dans sa position d'avance vers le bas, il relie les orifices 376 et 378 d'une part et les orifices 375 et 377 d'autre part. Dans sa position haute, il relie l'orifice
375 à l'orifice 378, et l'orifice 376 à l'orifice 377. L'orifice 378 est relié par une canalisation à la canalisation 379 et à un orifice 383 d'un distributeur 382 de réglage d'avance à pression flottante, commandé manuellement et qui a aussi un orifice 381 relié au réservoir et un orifice 384 relié à la canalisation 354.
Un distributeur 387 de déplacement de mandrin, à deux positions, a un orifice 388 relié à la canalisation
345, un orifice 389 relié à la canalisation 344, des orifices 390, 391 et un organe 392 d'obturation déplacé entre ses positions par des organes 183, 184 de manoeuvre. L'organe 392, dans la position représentée, relie les orifices 388 et 391 d'une part et les orifices 389 et 390 d'autre part et, dans son autre position, il relie les orifices 388 et 390 d'une part et les orifices 389 et 391 d'autre part.
Une soupape sélectrice 397 a un orifice relié par une canalisation 398 à l'orifice 390, un second orifice relié au raccord 303 et un troisième orifice relié à la canalisation 322. Lorsque la pression dans la canalisation 398 dépasse celle du raccord 303, la soupape sélectrice relie les canalisations 398 et 322 et, lorsque la pression au raccord 303 est plus élevée, la canalisation 322 est reliée par la soupape au raccord 303. Une soupape sélectrice 399 a l'un de ses orifices relié par la canalisation
400 à l'orifice 391, un second orifice relié par une canalisation à la canalisation 323 et un troisième orifice relié à la canalisation pilote 301.
Lorsque la pression dans la canalisation 400 dépasse celle de la canalisation
323, la soupape relie les canalisations 400 et 301 et, lorsque la presion dans la canalisation 323 dépasse celle de la canalisation 400, la canalisation 301 est reliée par la soupape à la canalisation 323.
On se réfère maintenant au fonctionnement du second mode de réalisation ; on suppose que le distributeur
374 est dans sa position basse, que le distributeur 368 est dans sa position de mandrin fermé comme représenté et que le distributeur 382 est dans sa position d'avance sous pression comme représenté. En conséquence, le fluide de la canalisation 344 est à une pression telle que le distributeur 339 est commandé par la pression pilote et relie les orifices 340 et 343 d'une part et 341 et 342 d'autre part. En outre, on suppose que l'organe 392 d'obturation est dans une position dans laquelle il relie les orifices 389 et 391 et les orifices 388 et 390 si bien que la canalisation 344 est reliée à la canalisation 400 et, par l'intermédiaire de la soupape 399, à la canalisation pilote 301.
En conséquence, les orifices 296 et 298 sont reliés si bien que du fluide sous pression est présent dans la chambre 39, et les mâchoires du mandrin supérieur sont maintenues dans leur position serrée. Comme le distributeur 321 est alors retenu élastiquement dans sa position de référence, du fluide sous pression est transmis par la canalisation 323 à la chambre supérieure 40 du mandrin inférieur afin que les mâchoires du mandrin inférieur se trouvent dans leur position de libération.
Lorsqu'une pression élevée existe dans la canalisation 323, la canalisation pilote 363 est mise sous pression de manière que le distributeur 357 ait ses orifices 356, 361 reliés afin que du fluide sous pression soit transmis aux chambres supérieures des vérins 22, les vérins supérieur et inférieur se déplaçant axialement en s'écartant l'un de l'autre, l'organe 133 de manoeuvre se rapprochant de l'organe
392 d'obturation.
Lorsque l'organe 183 de manoeuvre déplace l'organe d'obturation 392 afin qu'il relie les orifices 389 et 390 d'une part et 388 et 391 d'autre part, la canalisation pilote 322 est sous pression et manoeuvre le distributeur
321 afin que les orifices 318 et 319 d'une part et 317 et
320 d'autre part soient reliés. En conséquence, du fluide sous pression est transmis à la chambre inférieure 41 du mandrin inférieur si bien que les mâchoires du mandrin inférieur se déplacent vers leur position de fermeture et le fluide est chassé de la chambre supérieure du mandrin inférieur.
Etant donné l'organe 327 d'étranglement, pendant le déplacement des mâchoires inférieures vers leur position de serrage, la pression dans la canalisation 323 reste suffisamment élevée pour que la pression transmise par la soupape 399 à la canalisation 301 provoque le maintien de l'organe d'obturation du distributeur 300 dans une position telle que les mâchoires du mandrin supérieur restent en position de serrage et la canalisation 363 est aussi à une pression suffisante pour qu'elle maintienne l'organe d'obturation du distributeur 357 si bien que les vérins supérieur et inférieur d'avance sont arrêtés dans leurs positions les plus éloignées en direction axiale, pourvu qu'ils se soient déplacés dans ces positions avant le déplacement des mâchoires inférieures vers leurs positions de serrage.
Cependant, lorsque les mâchoires inférieures se sont déplacées vers les positions de serrage, la pression du fluide de la canalisation 323 diminue suffisamment pour que la canalisation pilote 301 ne soit plus à une pression suffisamment élevée pour que l'organe d'obturation du distributeur 300 ne puisse pas revenir sous l'action de son ressort vers sa position de référence afin que du fluide sous pression soit transmis par la canalisation 304 avec une pression suffisamment élevée pour que le clapet 309 soit ouvert, le fluide parvenant à la chambre 38 afin que les mâchoires soient déplacées en position de libération.
La pression dans la chambre supérieure du mandrin supérieur et dans la canalisation 304 lorsque la position du mandrin supérieur s'est déplacée vers la position basse, augmente suffisamment pour que la pression de la canalisation pilote 362 manoeuvre le distributeur 357 si bien que l'orifice 355 est relié à l'orifice 361 et l'orifice 356 est relié à l'orifice 360 afin que du fluide sous pression soit transmis aux chambres supérieures 172 des cylindres inférieurs d'avance qui se déplacent axialement l'un vers l'autre, l'organe 184 de manoeuvre étant déplacé vers l'organe d'obturation 392.
Lorsque l'organe 184 de manoeuvre coopère avec l'organe d'obturation 392, il revient vers une position de raccordement des orifices 388 et 390 d'une part et
389 et 391 d'autre part. Du fluide sous pression est alors appliqué à la canalisation pilote 301 et à l'organe d'obturation du distributeur 300 qui se déplace afin que du fluide sous pression soit transmis et déplace les mâchoires du mandrin supérieur vers leur position de serrage après que les vérins d'avance se sont déplacés à proximité de leurs positions axialement adjacentes, ou les cylindres d'avance sont fixes dans leurs positions axiales adjacentes.
Lorsque la pression dans la canalisation
304 diminue parce que le piston du mandrin supérieur cesse de remonter, l'organe d'obturation du distributeur 321 se déplace si bien que les mâchoires du mandrin inférieur s'ouvrent et la pression dans la canalisation pilote 363 s'élève alors afin que l'organe d'obturation du distributeur 357 se déplace et assure la transmission de fluide sous pression à la chambre supérieure 167 des vérins supérieurs d'avance.
Etant donné que les soupapes et distributeur 309, 397, 300 ont un type et un fonctionnement identiques à ceux des soupapes et distributeur 326, 399 et 321 respectivement et étant donné que les étranglements
305, 327 jouent des rôles identiques, il n'est pas nécessaire de décrire en détail le fonctionnement pour comprendre celui-ci à partir du moment où l'org ane 183 de manoeuvre vient au contact de l'organe 392 d'obturation, et jusqu'à ce que l'organe 184 de manoeuvre vienne au contact de l'organe 392 d'obturation.
Lorsque le distributeur 374 est déplacé vers la position de liaison des orifices 376 et 377 d'une part et 375 et 378 d'autre part à la place de la transmission du fluide à la pression pilote à la canalisation 344, le fluide est transmis à la canalisation 345 si bien que la pression pilote est appliquée à l'orifice 388 et au distributeur 339 et les orifices 340 et 343 sont reliés. En conséquence, la tige de forage est ramenée en retrait par la tête d'avance au lieu d'avancer vers le bas comme décrit précédemment en référence au fonctionnement du second mode de réalisation.
On suppose que le distributeur 374 est dans sa position neutre et que le distributeur 368 d'ouverturefermeture de mandrin est dans sa position fermée ; à ce moment les orifices du distributeur 387 sont reliés aux canalisations 291, quelle que soit la position de l'organe
392 et ainsi le fluide est transmis par les soupapes 397,
398 et les canalisations pilotes 301, 322. En conséquence, les organes d'obturation des distributeurs 300, 321 sont déplacés vers des positions dans lesquelles du fluide est transmis aux chambres inférieures des deux mandrins afin que les mâchoires des deux mandrins restent en position serrée.
De manière correspondante, lorsque le distributeur
374 est en position neutre et lorsque le distributeur 368 est ouvert, du fluide sous pression ne parvient pas à l'un ou l'autre des orifices 388, 389, et du fluide sous pression est transmis aux chambres supérieures des deux mandrins afin que les organes de manoeuvre des mâchoires gardent leurs positions de libération de mâchoires.
Lorsque le distributeur 368 est en position de fermeture et lorsque le distributeur 382 est dans sa position de flottement de la figure 8, alors que le distributeur 374 est dans sa position haute, du fluide sous pression est transmis par les orifices 383, 384 si bien que l'organe d'obturation du distributeur 351 relie les orifices 350, 353. Simultanément, du fluide sous pression est transmis par la canalisation 345 si bien que l'organe d'obturation du distributeur 339 se déplace et relie les orifices 340 et 342, et une pression est transmise à l'orifice 389.
Si l'on suppose que l'organe d'obturation
392 est dans la position de liaison des orifices 389 et
391 d'une part et 388 et 390 d'autre part, l'organe d'obturation du distributeur 321 est en position de liaison des orifices 318 et 319 si bien que les mâchoires du mandrin inférieur sont en position de serrage et que du fluide sous pression est transmis par le distributeur
300 à la chambre supérieure du mandrin supérieur et par la canalisation 362 de manière que le distributeur 357 ait ses orifices 360 et 356 d'une part et ses orifices 361 et
355 d'autre part reliés mutuellement. Comme la tige de forage tourne de façon continue, sa masse provoque sa descente si bien que le mandrin inférieur se déplace axialement dans le même sens.
Ceci oblige le fluide provenant des chambres supérieures des vérins inférieurs d'avance à circuler dans la canalisation 365, dans l'org ane 358 d'étranglement, de l'orifice 342 à l'orifice 340, dans la canalisation 349 puis à nouveau dans le distributeur
357 vers les chambres supérieures des vérins d'avance. Comme la canalisation 349 a une section relativement faible, l'organe 358 d'étranglement et cette canalisation règlent la vitesse de descente de la tige de forage et la force appliquée au trépan.
Lorsque les vérins inférieurs d'avance se déplacent près de leur position axiale la plus éloignée par rapport aux cylindres supérieurs, l'org ane 184 de manoeuvre coopère avec l'organe 392 d'obturation et relie les orifices 389, 390 et 388, 391, si bien que les mâchoires du mandrin supérieur se ferment et les mâchoires du mandrin inférieur s'ouvrent alors que les vérins d'avance sont arrêtés, et le distributeur 357 est alors manoeuvré dans l'autre position, les vérins supérieurs et inférieurs se déplaçant axialement en se rapprochant. On considère que la description précédente du fonctionnement est suffisante pour la compéhension de l'utilité de ces distributeurs à flottement vers le haut, sans que des détails supplémentaires soient nécessaires.
L'épaisseur axiale des gorges 38, 42 des parties
14, 36 de piston est suffisamment supérieure à celle de la bague 43 de retenue (par exemple d'environ 1,5 mm) pour que les parties de piston puissent se déplacer axialement sur une distance limitée l'une par rapport à l'autre. En conséquence, une partie de la charge encaissée par les mandrins est supportée par le roulement 37 et une partie est supportée par les roulements 60. En outre, étant donné les organes d'étranglement 127, 311, une contrepression suffisante est maintenue dans les mandrins pour que les jeux de roulements 37 et les parties 41, 36 de piston soient repoussés les uns vers les autres, bien que ces parties puissent se déplacer sur une distance limitée l'une par rapport à l'autre.
On se réfère maintenant à la figure 9 pour la description du troisième mode de réalisation de circuit de commande hydraulique portant la référence générale
425. Le circuit comporte une pompe hydraulique 81 reliée à un réservoir 82. Une canalisation 426 de fluide sous pression relie la pompe au raccord 427, et une soupape réglable 84 de dosage et une soupape réglable 85 commandées par la pression pilote et retenuesélastiquement en position d'ouverture sont montées en série entre le raccord 427 et l'orifice 429 d'un distributeur 428 commandé par la pression pilote de manière que, lorsque la pression à l'orifice 429 dépasse une valeur prédéterminée, la soupape 85 se ferme.
Le distributeur 428 a des orifices 430, 431, 432 et un organe d'obturation qui est retenu élastiquement dans une position dans laquelle il relie les orifices 429 et
432 d'une part et 430 et 431 d'autre part, mais lorsque la pression dans la canalisation pilote 434 dépasse une valeur prédéterminée, l'organe d'obturation se déplace et relie les orifices 429 et 431 d'une part et les orifices
430 et 432 d'autre part.
Un distributeur 437 qui est du même type que le distributeur 428 a un orifice 438 relié au raccord 442 qui est lui-même relié à l'orifice 432, un orifice 439 relié au raccord 443 qui est lui-même relié à l'orifice 431, des orifices 440, 441 et un organe d'obturation qui, dans la position représentée, relie les orifices
438 et 441 d'une part et 439 et 440 d'autre part ; cependant, lorsque la pression dans la canalisation 44 est suffisante, l'organe d'obturation se déplace et relie les orifices 438 et 440 d'une part et 439 et 441 d'autre part. Une canalisation relie l'orifice 440 au raccord 448.
Une soupape 449 commandée par une pression pilote et un clapet de retenue 450 sont montés en parallèle entre les raccords 448, 441, la soupape 449 étant retenue élastiquement en position de fermeture mais, lorsque la pression au raccord 448 dépasse une valeur réglable prédéterminée, la soupape 449 est commandée par la pression pilote et s'ouvre. Le clapet 450 a une orientation telle qu'il empêche la circulation du fluide du raccord 448 au raccord
451 mais la permet dans l'autre sens. Le raccord 451 est relié par une canalisation 453 à la chambre supérieure 38 du mandrin supérieur 31. Une canalisation 454 relie le raccord 455 à la chambre inférieure 39 du mandrin 31, un clapet de retenue 456 à commande pilote étant monté entre le raccord 455 et l'orifice 441.
Le clapet 456 permet la circulation du fluide de l'orifice 441 au raccord 455 mais empêche la circulation du fluide du raccord 455 à l'orifice
441 sauf lorsque la pression dans la canalisation 453 dépasse une valeur prédéterminée, et il est alors commandé par la pression pilote en position d'ouverture.
Une canalisation 459 relie le raccord 443 à un raccord 460 alors que le raccord 461 est relié par une canalisation 462 à la chambre supérieure 40 du mandrin inférieur 30. Un clapet de retenue 463 et une soupape 464 à commande pilote qui est retenue élastiquement en position de fermeture sont montés en parallèle entre les raccords
460 et 461. La soupape 464 est commandée par la pression en position d'ouverture lorsque la pression au raccord 460 dépasse une valeur prédéterminée, le clapet 463 empêchant la circulation du raccord 460 au raccord 461 mais la permettant dans l'autre sens. Un clapet de retenue 467 à commande pilote est monté entre les raccords 442 et 466, ce dernier étant lui-même relié par une canalisation 468 à la chambre inférieure 41 du mandrin inférieur.
Le clapet
467 permet la circulation du raccord 442 à la chambre inférieure 41 du mandrin inférieur mais empêche la circulation dans l'autre sens, sauf lorsque la pression au raccord 461 dépasse une valeur prédéterminée.
Une canalisation de retour relie l'orifice de sortie d'une soupape 129 à commande pilote au réservoir alors qu'une canalisation 470 relie l'orifice d'entrée de cette soupape à un orifice 430. La soupape 129 est maintenue élastiquement en position fermée mais s'ouvre lorsque la pression dans la canalisation 470 dépasse une valeur prédéterminée. Un raccord présent dans la canalisation 470 est relié par une canalisation à l'orifice 473 d'un distributeur 474 à commande pilote et à trois positions qui est maintenu élastiquement dans la position représentée.
Le distributeur 474 a aussi des orifices 475, 476 et 477 et un organe d'obturation qui est maintenu élastiquement afin qu'il empêche la circulation du fluide entre les orifices
473 et 475 à 477, l'organe d'obturation étant déplacé par le fluide à la pression de la canalisation 478 afin qu'il relie les orifices 473 et 477 d'une part et 475 et 476 d'autre part, l'organe d'obturation étant déplacé par le fluide à la pression de la canalisation pilote 479 afin qu'il relie les orifices 473 et 476 d'une part et 475 et
477 d'autre part.
L'orifice 477 est relié par une canalisation à l'orifice 481 d'un distributeur 480 à deux positions et à commande pilote, ayant aussi des orifices 482 à 484 et un organe d'obturation qui, lorsqu'une pression élevée est appliquée à une canalisation pilote 485, se déplace de manière qu'il relie les orifices 482 et 484 d'une part et 481 et 483 d'autre part, et, lorsqu'une pression élevée est appliquée à la canalisation pilote 486, l'organe d'obturation se déplace afin qu'il relie les orifices 481 et 484 d'une part et 482 et 483 d'autre part. L'orifice 483 est relié par une canalisation 490 aux chambres supérieures des vérins inférieurs d'avance alors que les chambres supérieures des vérins supérieurs sont reliées par une canalisation 491 à l'orifice 484.
Les chambres inférieures 177 des vérins inférieurs sont reliées par une canalisation 176 aux chambres inférieures 175 des vérins supérieurs. Un organe
545 d'étranglement de type réglable et un clapet de retenue 544 qui empêche la circulation d'un orifice 482 à un orifice 476 mais permet la circulation en sens opposé, sont montés en parallèle entre les orifices 476 et 482.
Un distributeur 493 d'inversion de mandrin, à deux positions, a un orifice 494, un orifice bouché 495, un orifice 496, un orifice 497 et un organe de retenue qui reste dans la position dans laquelle il a été déplacé en dernier. Des organes 183, 184 de maneuvre sont destinés à déplacer l'organe d'obturation. Lorsque l'organe 184 se déplace près de sa position la plus basse, il déplace l'organe d'obturation afin qu'il relie les orifices 494,
497 et, lorsque l'organe d'obturation 183 se déplace près de sa position la plus haute, il déplace l'org ane d'obturation afin qu'il relie les orifices 494 et 496.
Un distributeur 500 à trois positions et à commande manuelle a un orifice 501 relié par une canalisation à l'orifice 496, un orifice 502 relié par une canalisation à l'orifice 497, un orifice 503 relié à un raccord 505, un orifice 504 relié par une canalisation au raccord 506, et un organe d'obturation qui, dans la position neutre représentée, relie les orifices 501, 502, 504, et a une seconde position dans laquelle les orifices 502 et 503 d'une part et 501 et 504 d'autre part sont reliés, et une troisième position dans laquelle les orifices 501 et 503 d'une part et 502 et 504 d'autre part sont reliés.
Un distributeur 508 à trois positions, commandé manuellement, de montée et descente a un orifice 509 relié au raccord 519, un orifice 510 relié au raccord 514 de la canalisation 470, un orifice 511 relié au raccord 513 qui est lui-même relié au raccord 506, un orifice 512 relié au raccord 505 et un organe d'obturation. Dans la position neutre représentée, l'organe d'obturation relie les orifices
510-512 ; en position haute, il relie les orifices 509 et
512 d'une part et 510 et 511 d'autre part. En position basse, il relie les orifices 509 et 511 d'une part et les orifices 510 et 512 d'autre part. Le raccord 519 est relié à un raccord de la canalisation 426 à haute pression alors que l'orifice 475 est relié au raccord 520.
Un clapet de retenue 515 est monté entre le raccord 520 et la canalisation 470 de retour et il est orienté de manière qu'il permette la circulation du fluide de la canalisation de retour vers le raccord et empêche la circulation dans l'autre sens. Une soupape 516 à commande pilote maintenue élastiquement en position de fermeture est montée entre les raccords 519, 520. Lorsque la pression au niveau du raccord 519 est suffisamment supérieure à celle du raccord 520 et/ou à celle qui est transmise par la canalisation pilote 517, la soupape 516 s'ouvre. La canalisation
517 à la pression pilote est reliée au raccord 518.
Une soupape sélectrice 521 a un de ses orifices relié par une canalisation à l'orifice 522 d'un distributeur
523 à deux positions et à commande manuelle, un second orifice relié au raccord 518 et un troisième orifice relié à une canalisation pilote 479. Lorsque la pression à l'orifice 522 dépasse celle du raccord 518, l'organe d'obturation de la soupape 521 se déplace si bien que du fluide sous pression est transmis de l'orifice 522 à la canalisation 479 et, lorsqu'une pression plus élevée est appliquée au raccord 518 par rapport à, l'orifice 522, le fluide sous pression est transmis de l'orifice 524 à la canalisation 479.
Le distributeur 523 a aussi un orifice
524 relié au raccord 518, un orifice 525 relié au raccord
513, un orifice 526 relié par une canalisation au raccord
527 et un organe d'obturation qui, dans sa position "sous pression", relie les orifices 522 et 525 d'une part et
524 et 526 d'autre part alors que, dans sa position de "flottement", il relie les orifices 522 et 526 d'une part et les orifices 524 et 525 d'autre part.
Un distributeur 530 d'ouverture-fermeture de mandrin, ayant deux positions et à commande manuelle, a un orifice 531 qui est relié au raccord 527 qui est lui-même relié à la canalisation 470 de retour, un second orifice
572 relié au raccord 427 et un troisième orifice 533 relié à un raccord 534. Lorsque l'organe d'oburation du distributeur 530 est dans sa position de fermeture, les orifices
531 et 533 sont reliés alors que, lorsqu'il est dans sa position d'ouverture, les orifices 532 et 533 sont reliés.
Une canalisation pilote 435 relie le raccord
534 au distributeur 437 si bien que, lorsque la pression du ressort et la pression du fluide dans la canalisation
435, sous forme combinée, dépasse la pression dans la canalisation 444 (ou lorsque du fluide sous pression n'est pas transmis par l'une quelconque des lignes 435, 444), l'organe d'obturation du distributeur 437 est dans la position représentée mais lorsque la pression est inférieure à celle de la canalisation 444, l'organe d'obturation se déplace afin qu'il relie les orifices 441 et 439 d'une part et 440 et 438 d'autre part.
Une canalisation 538 relie l'orifice 494 du distributeur 493 à un orifice d'une soupape sélectrice 537 ayant un second orifice relié par une canalisation au raccord 534 et un troisième orifice relié à la canalisation pilote 434. Lorsque la pression dans la canalisation 538 dépasse celle du raccord 534, la soupape relie les canalisations 538 et 434 alors que, lorsque la pression au raccord
534 est plus élevée, la canalisation 434 est reliée par la soupape au raccord 534. Une soupape sélectrice 540 a l'un de ses orifices reliés par la canalisation 542 au raccord
506, un second orifice relié par une canalisation au raccord 541 et un troisième orifice relié à la canalisation pilote 444.
Lorsque la pression dans la canalisation
542 dépasse celle du raccord 541, la soupape relie les canalisations 542 et 444 alors que, lorsque la pression est plus élevée au raccord 541 que dans la canalisation 542, le raccord 541 est relié par la soupape à la canalisation 444. Le raccord 541 est relié par une canalisation au raccord
505 et à la canalisation 478.
Une soupape sélectrice 548 est reliée à un accumulateur 549 et entre les raccords 455, 466 de la même manière que la soupape sélectrice 252 est reliée à l'accumulateur 253 et aux raccords 127, 260 dans le premier mode de réalisation.
On se réfère maintenant au fonctionnement du troisième mode de réalisation de l'invention ; on suppose que l'organe d'obturation du distributeur 500 est dans une position telle que l'orifice 502 est relié à l'orifice
503, et l'orifice 501 à l'orifice 504, le distributeur
508 est dans sa position basse si bien que son orifice
511 est relié par la canalisation 542 à la canalisation pilote 444, si bien que le distributeur 437 a son orifice
438 relié à l'orifice 440 et son orifice 439 relié à l'orifice 441, le distributeur 523 étant dans sa position "sous pression" comme représenté si bien que du fluide sous pression est transmis du raccord 513 à la canalisation pilote 479 si bien que le distributeur 474 a ses orifices
473 et 576 d'une part et 475 et 477 d'autre part qui sont reliés mutuellement.
Lorsque les distributeurs indiqués ont les positions précisées, la tige de forage descend sous pression tout en tournant. En outre, on suppose que les distributeurs 493 et 530 ont leurs organes d'obturation dans les positions représentées, et que les organes de manoeuvre 183, 194 sont distants de l'organe d'obturation du distributeur 493. Ainsi, à ce moment, le distributeur
428 a son organe d'obturation qui assure les liaisons représentées et du fluide sous pression est transmis afin qu'il maintienne le mandrin inférieur en position de fermeture et le mandrin supérieur en position d'ouverture, et le distributeur 480 d'inversion d'avance a son organe d'obturation qui relie les orifices 481 et 484 d'une part et les orifices 482 et 483 d'autre part.
En conséquence, le fluide sous pression provenant de la canalisation 426 est transmis à la chambre supérieure des vérins supérieurs si bien que ces derniers se déplacent comme décrit en référence au premier mode de réalisation.
Lorsque l'organe 183 de man oeuvre s'est déplacé vers le haut suffisamment pour que l'organe d'obturation du distributeur 493 soit déplacé, l'orifice 496 est relié par l'orifice 494 à la canalisation pilote 434 si bien que l'organe d'obturation du distributeur 428 se déplace et relie les orifices 430 et 432 d'une part et 429 et 431 d'autre part. En conséquence, du fluide sous pression est transmis à la chambre inférieure du mandrin supérieur et la chambre supérieure évacue du fluide, et les mâchoires des mandrins et le distributeur 480 sont manoeuvrés comme décrit précédemment en référence au premier mode de réalisation. Ainsi, les différents organes 456, 449, 450, 463, 464,
467 et 480 ont un fonctionnement correspondant à ce qui a été décrit en référence aux organes 126, 116, 117, 148,
149, 150 et 156 respectivement du premier mode de réalisation.
Il faut noter que, lorsque l'organe de manoeuvre 184 descend afin qu'il déplace l'organe d'obturation du distributeur 493 vers le bas, à nouveau vers la position représentée, du fluide sous pression n'est plus transmis par la canalisation 538 et l'organe d'obturation du distributeur 428 revient dans la position indiquée sur la figure 9. La description qui précède et la description plus détaillée du fonctionnement du premier mode de réalisation rendent évident le fonctionnement de ce troisième mode de réalisation avec avance vers le bas sous pression.
On suppose que la tige de forage qui descend sous pression est constituée de tiges de longueur uniforme, et le fonctionnement du troisième mode de réalisation peut être interrompu à un emplacement quelconque par rapport au train de tiges de forage avant la fin du déplacement des vérins axialement dans un sens lors de la manoeuvre du distributeur 500 qui provoque la liaison des orifices 501 et 503 d'une part et 502 et 504 d'autre part. Cela suppose que, au moment où le distributeur 500 est ainsi manoeuvré, le distributeur 493 est dans la position représentée et l'organe de manoeuvre 183 se déplace vers le distributeur 493, du fluide sous pression étant transmis par la canalisation pilote 434 afin qu'il déplace l'organe d'obturation du distributeur 428.
Ensuite, les mâchoires du mandrin supérieur se ferment les mâchoires du mandrin inférieur s'ouvrent et l'organe d'obturation du distributeur 480 se déplace afin qu'il transmette du fluide sous pression aux chambres supérieures des vérins d'avance si bien que l'organe de manoeuvre 184 descend. A la fin de la course, l'organe 184 de manoeuvre est en butée contre l'organe d'obturation du distributeur 493 et, lorsqu'il se déplace vers cette position, il ne déplace pas l'organe d'obturation. En conséquence, le fonctionnement automatique de l'appareil d'avance cesse. Il faut noter que l'appareil peut être arrêté à l'une ou l'autre extrémité de la course d'un vérin d'avance, suivant le moment auquel le distributeur 500 est manoeuvré afin qu'il relie les orifices
501 et 503 d'une part et 502 et 504 d'autre part.
Le fonctionnement automatique peut être remis en outre par manoeuvre de l'organe d'obturation du distributeur 500 afin que les orifices 502 et 503 d'une part et 501 et 504 d'autre part soient reliés.
Lorsque ce troisième mode de réalisation doit être utilisé en mode flottant bas, les distributeurs à commande manuelle sont mis dans les mêmes positions que dans le mode à pression descendante, mais le distributeur 523 est commandé manuellement afin que l'orifice 525 soit relié à l'orifice 524 et l'orifice 526 à l'orifice 522. En conséquence, le fluide sous pression est transmis du raccord 518 à la canalisation pilote 479 afin que l'organe d'obturation du distributeur 474 soit déplacé comme décrit précédemment, et par l'intermédiaire de la canalisation pilote 517 afin que la soupape 516 empêche la circulation du fluide du raccord 519 au raccord 520. Les vérins d'avance ne _se déplacent pas lorsque du fluide sous pression est transmis par la pompe mais plutôt sous le poids du train de tiges.
Le fluide sous pression est évacué de la paire de chambres supérieures des vérins d'avance et passe dans le distributeur 480, l'organe 545 d'étranglement, l'orifice
473 et la canalisation 470 de retour, puis dans le clapet de retenue 515 jusqu'aux chambres supérieures des autres cylindres d'avance. L'ouverture et la fermeture des mâchoires des mandrins s'effectue comme indiqué précédemment.
Lorsque le troisième mode de réalisation de l'invention doit être utilisé en mode ascendant sous pression, le distributeur 508 est commandé de manière qu'il relie les orifices 508 et 512 d'une part et 510 et
511 d'autre part, le distributeur 500 est commandé de manière qu'il relie les orifices 502 et 503 d'une part et
501 et 504 d'autre part, et les distributeurs 523 et 530 ont les positions représentées. En conséquence, du fluide sous pression est transmis du raccord 505 à la canalisation
444 si bien que l'orifice 439 est relié à l'orifice 441 et l'orifice 438 à l'orifice 440, à la canalisation pilote
478 si bien que l'orifice 473 est relié à l'orifice 477 et l'orifice 475 à l'orifice 476, et à l'orifice 497 si bien que, lorsque le distributeur 493 est dans la position représentée, l'orifice 431 est relié à l'orifice 429 et l'orifice 430 à l'orifice 432.
A ce moment, du fluide sous pression est transmis aux chambres supérieures des cylindres supérieurs et l'organe 183 de manoeuvre se déplace vers le distributeur 493. Une quantité supplémentaire de fluide sous pression est alors appliquée aux chambres inférieures des mandrins supérieurs afin que les mâchoires des mandrins se ferment, et aux chambres supérieures des mandrins inférieurs afin que leurs mâchoires s'ouvrent. On considère que le reste du cycle automatique de fonctionnement du mode sous pression ascendante est évident d'après la description donnée précédemment pour les autres modes de réalisation et le premier notamment.
Lorsque le distributeur 508 de montée-descente est dans sa position neutre, le distributeur 500 a son orifice
501 relié à l'orifice 504 et son orifice 502 relié à l'orifice 503, et les distributeurs 530 et 523 sont dans les positions représentées, aucune canalisation pilote 478,
479 ne recevant du fluide sous pression. Ainsi, l'organe d'obturation du distributeur 474 est dans une position qui empêche la circulation du fluide et en conséquence les cylindres d'avance restent fixes. En outre, lorsque le distributeur 493 est dans l'une ou l'autre de ses positions, la pression dans la canalisation 434 est soit inférieure à celle de la canalisation 470 soit insuffisamment supérieure à celle-ci pour que l'organe d'obturation du distributeur 428 quitte la position représentée.
En outre, la différence de pression entre les canalisations 435 et 444 n'est pas suffisante pour que l'organe d'obturation du distributeur 437 quitte la position représentée. Ainsi, le fluide sous pression provenant de la canalisation 426 est transmis aux chambres inférieures des mandrins supérieurs et aux chambres inférieures des mandrins inférieurs si bien que les mâchoires des deux mandrins sont dans leurs positions de fermeture.
Lorsque les distributeurs 508, 500, 523 et 493 ont les positions indiquées au paragraphe précédent, mais lorsque le distributeur 530 est dans sa position d'ouverture de mandrin, l'ouverture 532 est reliée à l'orifice
533 afin que du fluide sous pression soit transmis au raccord 534 et par la canalisation pilote 435 si bien que l'organe d'obturation du distributeur 437 est dans la position représentée, le fluide étant transmis par la soupape sélectrice 537 et la canalisation 434 de manière que l'organe d'obturation du distributeur 428 soit déplacé en position qui relie les orifices 429 et 431 et les orifices 430 et 432.
En conséquence, du fluide sous pression provenant de la canalisation 426 est transmis aux chambres supérieures du mandrin supérieur et à la chambre supérieure du mandrin inférieur si bien que les mâchoires des deux mandrins sont ouvertes en même temps. Il faut noter que, lorsque l'org ane d'obturation du distributeur 508 est en position haute ou basse, le fluide dans la canalisation pilote 435, dû à la manoeuvre du distributeur 530 dans sa position d'ouverture de mandrin, et la pression du ressort, en combinaison, provoquent le déplacement de l'organe d'obturation du distributeur 437 malgré la pression pilote régnant dans la canalisation 444 si bien que les orifices 438, 441 sont reliés et les orifices 439, 440 sont reliés, et la pression pilote est transmise par la canalisation 434 au distributeur 428 (par la canalisation 538 ou le raccord 534)
si bien que les mâchoires des deux mandrins sont ouvertes même lorsqu'un seul des mandrins a eu ses mâchoires fermées. En outre, lorsque le distributeur 530 est dans sa position d'ouverture de mandrin, les mâchoires des deux mandrins sont ouvertes quel que soit le réglage du distributeur 500 ou 523.
Lorsque le distributeur 508 est à sa position neutre et lorsque l'organe d'obturation du distributeur
530 est dans sa position représentée de fermeture, les mâchoires des deux mandrins sont fermées.
Il faut noter que les termes "supérieur" et "inférieur" ont été utilisés afin que la description de l'invention soit facilitée et ils ne constituent nullement une restriction puisque la tête de forage peut par exemple tourner lors d'un forage en direction horizontale. En outre, il faut noter qu'on a décrit l'opération en référence aux surfaces 52, 53 des rampes qui sont inclinées comme représenté sur les dessins. Cependant, si ces surfaces sont inclinées dans l'autre sens, à la place de la transmission du fluide hydraulique sous pression aux chambres inférieures des mandrins lorsque les mâchoires doivent être déplacées en position de fermeture, le fluide est transmis aux chambres supérieures des mandrins.
Dans ce cas, il est avantageux que les organes de manoeuvre des mâchoires comportent un nombre paire de surfaces formant des rampes espacées circonférentiellement d'une manière régulière, les rampes de part et d'autre d'une surface formant une rampe ayant une inclinaison opposée par rapport à cette surface. En conséquence, la disposition inclinée convenable du manchon d'adaptation de tige d'entraînement par rapport aux organes de manoeuvre des mâchoires et le positionnement des mâchoires de manière que leurs surfaces de rampes soient convenablement inclinées permettent l'utilisation de l'appareil de manière que les mâchoires se déplacent vers leurs positions de fermeture par application de fluide sous pression aux chambres supérieures des mandrins ou aux chambres inférieures des mandrins.
Bien qu'on ait décrit les trois modes de réalisation de circuit de commande avec une canalisation 176 reliant les chambres inférieures des vérins inférieurs aux chambres inférieures des vérins supérieurs, il faut noter que la canalisation 176 peut relier les chambres supérieures des vérins supérieurs aux chambres supérieures des vérins inférieurs. Dans ce cas, les canalisations 165, 364, 491 sont reliées aux chambres inférieures des vérins supérieurs et les canalisations 174, 365, 490 aux chambres supérieures des vérins inférieurs et, lorsqu'une pression est transmise par les canalisations 163, 364, 491 aux vérins supérieurs, les vérins d'avance se déplacent en sens opposés axialement par rapport au sens indiqué précédemment.
Les pistons des mandrins peuvent être réalisés de manière que, par exemple dans le cas du piston 35, les flasques axiaux 36c soient éliminés, les découpes 45c et la gorge 42 de la partie 45 étant éliminées de même que la bague 43. Avec cette modification, des tiges axiales (non représentées) sont placées dans des trous espacés angulairement formés dans les parties 36, 45 afin que les parties ne puissent pas tourner l'une par rapport à l'autre mais puissent cependant se déplacer axialement. Dans cette variante de structure, le fluide sous pression dans les chambres maintient les surfaces 36d, 45d très près l'une de l'autre sur un angle de 360[deg.]C, les parties 36d et 45a étant distantes axialement.
The present invention relates to an apparatus for advancing a drill rod and for rotating it continuously, with almost continuous advance or retreat of the drill rod. More specifically, the invention relates to a drill rod advance apparatus which comprises two mandrels which are maneuvered so that they continuously rotate the drill rod and which are simultaneously moved in opposite directions so that they advance the drill pipe.
Patent of the German Democratic Republic n [deg.] 25,450 describes an apparatus intended to continuously rotate a drill pipe, the apparatus comprising two mandrels each mounted on two jacks intended to move the mandrels in opposite directions. The mandrels alternately tighten and release the drill rod. Other patents which describe an apparatus for advancing elongated bodies and which comprise two mandrels or other clamping members controlled by motors and moved in opposite directions axially are the patents of the United States of America n [deg. ] 3,131,776, 3,190,370, 3,399,735, 3,708,020 and 3,474,946.
This last cited patent implements a control circuit intended to automatically reverse the axial movement of a pair of pliers at the ends of the piston rod races which carry the pliers, with alternating control of the closing and opening operations of the pliers .
The present specification relates to an apparatus for advancing a drill rod intended to rotate and axially move an elongated body such as a drill rod, the apparatus comprising two mandrels having jaws and jaw operating members. which are moved hydraulically to drill rod release positions or to a rod clamping position in such a way that one mandrel is maneuvered to its rod clamping position before the other mandrel is maneuvered towards its drill rod release position, two jacks carrying each mandrel so that the mandrels are moved simultaneously in opposite directions, one mandrel being in the clamping position of the drill rod and the other in the release position,
a pivoting drill rod head carrying fixed pairs of piston rods of the cylinders, projecting in opposite directions, and a hydraulic control circuit for operating the cylinders and the mandrels so that the drill rod moves forward or backward, its axial displacement being interrupted only when the mandrels are operated between the clamping and release positions of the drill pipe.
The invention thus relates to an automatic axial advance device for a drill pipe with continuous rotation drive of the drill pipe. It also relates to a motorized device which comprises two mandrels intended to rotate a drill rod and to continuously advance axially a drill rod except for the short time necessary to operate the jaws of one of the mandrels towards a clamping position and then the jaws of the other mandrel in the release position. The invention also relates to a rapidly advancing drill pipe head and a device for mounting and moving the jaws of the mandrels between clamping and release positions of the drill pipe.
The invention also relates to a device for automatically operating a rapidly advancing drill rod head intended to advance a drill rod in the axial direction with continuous rotation drive of the rod. It also relates to a rapidly advancing drill pipe head having two mandrels which are moved axially in opposite directions at the same time, an original device which, at the end of the displacement of the mandrels towards one of their axial end positions, is intended to operate the mandrel so that its jaws in the release position are put in the clamping position, then the other mandrel so that it is put in the release position, and that it then begins to move the mandrels towards their positions opposite axial ends.
The invention also relates to a hydraulic control in which the increase in pressure in the chamber of one of the mandrels due to the displacement of the jaws of the mandrel towards the clamping position causes the evacuation of fluid from the high-pressure chamber of the the other mandrel which was applied under pressure so that the jaws of the other mandrel were held in the clamped state after the first mandrel was placed in the clamping position.
Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a side elevation in partial axial section of a rapidly advancing drilling head according to the invention. 'invention, the section corresponding to line 1-1 of Figure 3; Figure 3 shows in enlarged form part of the structure of Figure 1; Figure 3 is a cross section along line 3-3 of Figure 1; Figure 4 is a cross section along line 4-4 of Figure 1; Figure 5 is a side elevation of part of the pistons of a mandrel showing the connection of the different elements;
Figures 6 and 7, placed one beside the other by matching lines A-A and B-B form a diagram of a first embodiment of the hydraulic circuit; and
Figures 8 and 9 are diagrams of a second and a third embodiment of the hydraulic circuit.
We first refer to Figures 1 to 3; the rapid advance drilling head which bears the general reference 10 comprises a frame 11 (casing) of a pivoting head which is part of a drilling platform (not shown). The housing 11 carries two members 12, axially distant, which constitute bearings which support a drive sleeve 13. A bevel gear 14 is keyed onto the sleeve so that it rotates the latter, the pinion 14 being driven by means of a conventional structure (not shown) of the drilling platform.
The housing also carries two lower piston rods 17 protruding axially, in diametrically opposite position, and two upper piston rods arranged axially, the rods 17 and 18 being mounted on flange portions 11a of the housing so that they are aligned axially and deviate in opposite directions axially. The rods 17 and 18 respectively carry pistons 19 and 20 in a fixed position, between the opposite ends. In addition, the rods 17 and 18 respectively carry lower and upper cylinders 21 and 22 in advance intended to have a relative axial displacement.
A cross member 27 is bolted to the lower ends of the cylinders 21 so that it moves with them, and a cross member 28 is similarly mounted to the upper ends of the cylinders of the cylinders 22. The cross members carry rod caps 23 which move with they and cover the most distant ends of the rods 17, 18. Lower and upper mandrels bearing the general references 30 and 31 respectively are also bolted to the lower and upper cross members and to the jacks 21 and 22.
The lower and upper mandrels have lower and upper cylinders 32, 33 bolted to the respective cross member and annular pistons 34, 35 which are axially movable in the respective cylinder. The combination 33, 35 of a cylinder and a double-acting upper mandrel piston delimits upper and lower chambers 38, 39 of fluid while the combination
34, 32 of double-acting piston cylinders delimits upper and lower chambers 40, 41.
As the pistons of the mandrels are identical, apart from the reversal of their axial ends, only the upper piston 35 is described in more detail. The piston 35 (see FIG. 5) comprises a first annular part 36 having a radial annular flange outer 36a which has a groove containing an O-ring intended to form a fluid-tight seal in the cylinder, an internal radial annular flange 36b intended to be housed against a ring of an upper bearing 37 and axial flanges 36c, diametrically opposite, each arranged on circular arcs substantially less than 90 [deg.] and which are arranged axially further from the flange 36b than the rest of the adjacent lower circumferential edge 36d of the first part. The flanges 36c have radially external grooves 44.
The piston 35 of the mandrel also comprises a second annular part 45 having an external radial flange 45a of enlarged diameter with a groove containing an O-ring intended to form a tight seal with the cylinder, a radially internal annular cutout
45b intended to accommodate a part of the outer ring of the lower bearing 37a and diametrically opposite cutouts 45c which open towards the upper annular edge 45d of said part so that axial end parts 45e, spaced along a curve, are formed. The end portions 41e have radially external grooves 42.
The two piston parts 36, 45 are connected to each other by a retaining ring 43 arranged in grooves 38, 42 so that the projections 36c penetrate into the cutouts 45c. The axial thickness of the grooves and the retaining ring are such that the piston parts 36, 45 can move axially over a limited distance relative to each other, between spaced positions, and a positioning edge 36d is arranged against the edge 45d and the curved end edges of the parts 36c are in abutment against the curved edges which partially delimit the cutouts 45c. It should be noted that the circumferential dimensions of the parts 36c are to a certain extent smaller than the corresponding dimensions of the cutouts 45c.
A support sleeve 50 is mounted in bearings
37 so that it can rotate, in a fixed axial position relative to them, while a second sleeve 51 of the upper mandrel is bolted to the manchin 50 so that it moves therewith. The sleeve 51 has several surfaces 52 of circumferentially spaced jaw ramps arranged radially inwards, these surfaces being inclined radially outward upwards relative to the axis CC of the mandrels and the drill rod clamped in these. The surfaces 53 of the ramps of the second sleeve 54 of the lower mandrel are inclined in the same way. Thus, the support sleeve and the second sleeve of each mandrel form a jaw operating member.
The upper and lower mandrels have an adapter 56 (tubular jaw mounting member) forming a drive rod having several slots
57 jaw mounting, which are spaced circumferentially and which carry jaws 58 so that they can move radially with respect to the slots, preventing relative axial movement. The jaws have inclination surfaces opposite to those of the surfaces of the ramps of the second sleeve so that they are in abutment. The end part of each adapter, placed opposite the slots 57, is connected by screwing to a first end of an operating rod 59. The operating rods are each mounted in bearings 60 so that they can rotate, in a fixed axial position relative to the bearings.
The bearings 60 are carried by the upper cross member in a fixed axial position relative to the latter (the drive rod of the lower mandrel being mounted by a bearing or bearings 60 mounted on the lower cross member). The upper and lower drive rods can slide in the openings formed in the respective cross member and can slide in the sleeve so that they are entrained by it, independently of their axial displacement relative to each other or from their fixed position relative to the sheath.
Referring to FIGS. 6 and 7, the first embodiment of hydraulic control bearing the general reference 80 comprises a hydraulic pump 81 connected to a reservoir 82. A high-pressure pipe 83 connects the pump to an adjustable metering valve 84. A valve
85 with pilot control resiliently retained in the open position is mounted between the metering valve and an orifice 86 of a two-position supply distributor 87 and pilot control which is resiliently retained in the position shown. When the pressure in the pipeline between the valve 85 and the orifice 86 exceeds a predetermined value, the valve 85 closes.
In the position shown, the member 89 for closing the distributor 87 connects the orifice 86 to the orifice 88 and the orifice 90 to the orifice 91, while, when a sufficiently high fluid pressure prevails in the pilot line 92, the shutter member moves and connects orifice 86 to port 90 and port 88 to port 91. A line 99 connects port 88 to port 93 of a distributor with two positions 94 up and down, of the same type as the distributor 87, the distributor 94 having an orifice 95 connected by the pipe 96 to the orifice 90. In the position shown, the shutter member 100 connects the port 93 to port 97 and port 95 to port 98; however, when the pressure is sufficiently high in the pipe 101, the shutter moves and connects the orifice 93 to the orifice 98 and the orifice 95 to the orifice 97.
A distributor 107 which is of the same type as the distributor 87 has an orifice 106 connected by a line 105 to the orifice 97, an orifice 108 connected to the line 109 and to the orifice 98 and a shutter 110 which, in the position shown, connects the holes 106 and
112 to each other and the ports 108 and 111 to each other, however, when the pressure is high enough in the pilot line 114, the shutter member moves and connects the ports 106 and 111 on the one hand and the orifices 108 and 112 on the other hand. A pipe 115 connects the orifice 111 to the fitting 118.
A pilot-operated valve 116 and a check valve 117 are mounted in parallel with respect to the connections 118, 119, the valve 116 being retained elastically in its closed position, but, when the pressure at the connection 118 exceeds a predetermined adjustable value, valve 116 is controlled by pilot pressure and assumes the open position. The check valve 117 is oriented so that it prevents the circulation of the fluid from the connection 118 to the connection 119 but allows the flow of the fluid in the other direction. The connection 119 is connected by a pipe 120 to the upper chamber 38 of the upper mandrel 31. A pipe 124 connects the connector
127 to the lower chamber 39 of the mandrel 31, a valve
126 with pilot control retainer being mounted between fitting 127 and port 112.
The valve 126 allows the fluid to flow from the orifice 112 to the connector 127 but prevents the circulation of the fluid except when the pressure in the pipe 120 exceeds a predetermined value, and it is then controlled by the pilot pressure in the position of opening. The pilot pressure pipe bears the reference 123. A pipe 143 connects a fitting 153 of the pipe 109 to a fitting 144 while a fitting
145 is connected by a pipe 146 to the upper chamber 40 of the lower mandrel 30. A check valve 148 and a valve 149 controlled by a pilot pressure and which is retained elastically in the closed position, are mounted in parallel with respect to the fittings 144 , 145.
The valve 149 is controlled to its open position by the pressurized fluid when the pressure at the fitting
144 exceeds a predetermined value, for example 38.5 bars, while the valve 148 prevents circulation of the fitting
144 towards connection 145 but allows circulation in the opposite direction. A check valve 150 controlled by a pilot pressure is connected by a pipe 153 to the lower chamber 41 of the lower mandrel and to a connector 152 of the pipe 105. The valve 150 allows the circulation of the connector 152 to the lower chamber 41 of the mandrel lower, but prevents circulation in the other direction, except when the pressure at the connection 145 exceeds a predetermined value.
A return line 128 connects the outlet port of a valve 129 controlled by the pilot pressure to the reservoir while a line 130 connects the inlet port of the valve to port 91. The valve
129 is held resiliently in the closed position but opens when the pressure in the pipe 130 exceeds a predetermined value, for example 3.5 bars. An adjustable metering valve 132 is mounted between the pipe 83 and the inlet port 133 of a distributor 134 with three positions and controlled by a pilot pressure, resiliently retained in the position shown.
The distributor 134 also has an exhaust port 135 connected to the pipe 130, ports 136, 137 and a shutter member 140 which is resiliently retained so that it prevents communication between the ports 133 and
135 to 137, the closure member being moved by the fluid at the pressure of the pilot line 138 so that the orifices 135 and 137 are connected to each other and the orifices 133 and 136 are connected to each other to the other, the closure member being moved by the fluid at the pressure of the pilot line 139 so that it connects the orifices 135 to 137 to one another and closes the orifice
133.
A check valve 155 is mounted between the orifice
136 and the orifice 157 of a distributor 156 with two positions and controlled by pilot pressure, the valve 155 preventing the circulation of the orifice 157 to the orifice 136 but allowing circulation in the opposite direction. The distributor
156 also has orifices 158 to 160 and a shutter member 161 which, when high pressure is applied to the pilot line 163, moves and connects the orifice 158 to the orifice 160 and the orifice 157 to the 'orifice
159 while, when the pressure transmitted to the pilot line 162 is high, it moves and connects the orifice
159 to the orifice 160 and the orifice 157 to the orifice 158. The orifice 158 is connected by a pipe to the connector 170 which is itself connected by a pipe 174 to the upper chambers 172 of the lower advance jacks.
The lower chambers 177 of the lower cylinders are connected by a line 176 to the lower chambers 175 of the upper advance cylinders.
A two-position distributor 178 for reversing the cylinders has an orifice 179 connected to a pilot line 92, an orifice 180, an orifice 181 connected by a line 185 to the line 128 and a shutter member 182 which remains in the position in which it was last moved. Distributor operating members 183, 184 are intended to move the shutter and are fixed for example to the jack 22 so that they move with it. When the member 184 moves near the lowest position of the cylinder stroke, it moves the shutter member 182 so that it connects the orifices 179, 181 and, when the member 183 moves near the highest part of the cylinder stroke, it moves displaces the shutter member and connects the orifices 179 and 180 to each other.
A distributor 188 with three positions and manually controlled has an orifice 189 connected by a pipe to a pipe 185, an orifice 190 connected by a pipe to the connector 191, orifices 192, 193 and a shutter member 194 which, when is in the neutral position shown, ensures the connection of the orifices
189, 192 and 193, which, in a second position, connects the orifice 189 to the orifice 193 and the orifice 190 to the orifice
192 and, in a third position, connects the orifice
190 to the orifice 192. A check valve 196 controlled by the pilot pressure is mounted between the connector 164 and the pipe 186, while a valve 197 controlled by the pilot pressure is mounted between the connector 170 and the pipe 187. The pipes 186, 187 are connected to the orifices 192 and 913 respectively.
The check valve 197 allows the circulation of the pipe
187 at connection 170 and prevents circulation in the opposite direction except when the pressure in line 186 is sufficiently high. The check valve 196 allows circulation of the line 186 at the connector 164 and prevents circulation in the opposite direction except when the pressure in the line 187 is sufficiently high.
A two-position, manually operated valve 199 has a port 200 connected to the fitting 191, a port
201 connected to a pipe 185, an orifice 202 connected by a pipe 203 to a pipe 83 and a member
Shutter 204 which, in a first position, connects the orifices 200 and 201 to each other and, in a second position, connects the orifices 200 and 202 to one another. A three-position distributor 208 with manual control and up-down or up-down has an orifice 209 connected to the pipe 83, an orifice 210 connected to the pipe
185, an orifice 211, an orifice 212 connected to a fitting
214 and a shutter member 213.
In the neutral position shown, the shutter member 213 connects the orifices
210, 211, 212; in the "up" position, it connects the orifices
209 and 212 on the one hand and 210 and 211 on the other hand, and, in a "low" position, it connects the orifices 209 and 211 on the one hand and 210 and 212 on the other hand. Port 211 is connected to port 218 of a two-position, manually operated valve 217 which has port 219, port
220, an orifice 221 connected to the pipe 185 and a shutter member 223.
A selector valve 226 has a first port connected by a line 227 to a connector 250, a second port connected to a connector 228 and a third port connected to a line 114 at pilot pressure. When the pressure in the line 227 exceeds that of the connector 228, the shutter member of the valve 226 moves so that the pressurized fluid is transmitted by the line 227 to the line 114 and, when the pressure in the line 227 is less than that of fitting 228, the valve closure member
226 moves so that the pressure of the fluid is transmitted from the connector 228 to the pipe 114 to which is also connected a pipe 230.
The latter is connected to an orifice of a selector valve 231 and a second orifice is connected to the orifice 220, a third orifice being connected to the connector 214. This last connector 214 is connected by a pipe 235 to a first orifice a selector valve 232 which has another orifice connected to the pipe 237 which is itself connected to the fitting
191 and a third orifice connected to the pipe 101. The selector valves 226, 231 and 236 are of the same type and operate in the same way, a pressure being transmitted by the valve 231 from the fitting 214 to the pipe 230 when the pressure at the fitting 214 exceeds that of the orifice 220 and, when the pressure is lower at the connection 214, the fluid is transmitted from the orifice 220 to the orifice 230.
The lines 139 and 227 are also connected to a connector 250 which is connected by a line to the orifice 219. A check valve 243 and a valve
242 controlled by the pilot pressure are mounted in parallel with respect to the fittings 240, 241, the fitting 241 being connected by a pipe to the pipe 235. The valve 242 is held elastically in the closed position but it opens when the pressure at the fitting 241 is high enough while the check valve 243 prevents circulation of the connector 241 to the connector 240 but allows circulation in the other direction.
A valve
244 retaining, controlled by pilot pressure, is mounted between fittings 245, 246, and allows the circulation of fluid from fitting 245 to fitting 246 but prevents the flow of fluid in the other direction, except when the pressure in the pipeline pilot 247 exceeds a predetermined value. The pipe 247 is connected to the fitting 240. An adjustable constriction 248 is mounted between the fittings 245, 246, the fitting 245 being connected to the orifice 137. The fitting 246 is connected to the orifice 160. The orifice 180 is connected by a pipe 254 to a pilot pipe 114.
A check valve 257 and a valve 258 controlled by the pilot pressure, resiliently held in the closed position, are mounted in parallel between the pipes 256 and 163. The valve 258 is moved to the open position when the pressure in the pipe 256 exceeds a predetermined value while the valve 257 allows the circulation of the pipe 163 to the pipe 56 but prevents it in the other direction. Line 256 is connected to a connector 265 of line 99.
A check valve 263 and a pilot-operated valve 264 held resiliently in the closed position are mounted in parallel between the pipes 162 and
262. Valve 264 is actuated to its open position
<EMI ID = 1. 1>
a predetermined value while the valve 263 prevents the circulation of the pipe 262 to the pipe 162 but allows the circulation in the other direction. The pipe 262 is connected to a connector 259 of the pipe 96.
A connector 260 of the pipe 153 is connected to an orifice of a selector valve 252, a second orifice of the latter being connected to the connector 127 and a third orifice to an accumulator 253. When the pressures are not the same at fittings 127 and 260 and when the pressure of one of the fittings exceeds that of the accumulator, the fluid flows from the fitting at the highest pressure to the accumulator. However, when the pressure in the accumulator exceeds the pressures at the two connections 127, 260, the fluid circulates from the accumulator to the connection which is at the highest pressure. Thanks to the accumulator which thus makes up the hydraulic fluid, the mandrels remain closed for long periods when the drill pipe is lowered despite the thermal conditions or the slow leaks of hydraulic fluid.
It is assumed, with reference to the description of the operation of this first embodiment of the control circuit, that the distributor 208 is in the low position, and that the distributor 217 is in its pressure position so that the fluid line 114 pilot communicates with the lines 230, 138, the ports 220, 218, 211, 209 and the line 83, and thus the distributor 107 has its ports 108, 112 which are connected and its ports 106, 111 which are also connected. When the valves and distributor have the positions indicated, the drill pipe advances downward under pressure while turning. In addition, when the line 138 is under pressure, the shutter member 140 moves so that the orifice 135 is connected to the orifice 137 and the orifice 133 is connected to the orifice 136.
In addition, it is assumed that the distributors 188, 199 have their shutter members in the positions shown and that the operating members 183, 184 are distant from the shutter member 182 which is in the position shown. Thus, at this time, the distributors 96, 94 have their shutter members which ensure the connections shown and the pressurized fluid is transmitted so that it keeps the lower mandrel in the closed position and the upper mandrel in the open position, and the distributor 156 for inversion of advance has its shutter member in the position shown.
As the pressurized fluid from the line 83 is transmitted to the upper chamber of the upper advance cylinders which causes an upward displacement of the upper cylinders and thus increases the pressure of the fluid from the lower chambers which flows through the lines 176 towards the lower chambers 177 of the jacks 21 so that they move, and the closed lower mandrel descends so that it lowers the drill pipe under pressure while the latter rotates. It should be noted that the fluid escaping from the upper chambers of the lower cylinders flows into an organ
248 throttling and passes in bypass with respect to the check valve 244 which is then closed. The throttle or constriction member can be adjusted to regulate the axial rate of descent of the drill pipe.
When the actuating member 183 has moved sufficiently upwards for the shutter member 182 to be displaced, the orifice 180 is connected by the orifice 179 to the pilot line 92 so that the member 89 shutter in this dispenser displacement sequence, ensures the connection of the orifices 91 and 88 on the one hand and 86 and 90 on the other hand. As a result, pressurized fluid is transmitted to the lower chamber of the upper mandrel and the upper chamber of the upper mandrel discharges fluid. However, when the piston of the upper mandrel moves to its jaw tightening position, the pressure at the fitting 144 is not enough for the valve 149 to open and the valve 150 prevents the evacuation of the fluid from the lower chamber of the mandrel. inferior.
As a result, the lower mandrel remains closed when the upper mandrel closes. It should be noted that the advance cylinders cease to move when the jaws of the upper mandrel move to their clamping position or when the advance speed is higher, before the jaws move to the clamping position.
After closing the upper mandrel, the pressure in the lower chamber of the upper mandrel and in the line 143 increases enough for the valve 149 to open and puts the line 146 at a pressure which is sufficient for the valve 150 to open. Consequently, the pressurized fluid is transmitted to the upper chamber of the lower mandrel and allows the jaws to move towards their open position (the jaws being pushed elastically towards their radially external position).
In addition, after closing the upper jaws, the pressure rises in the pipe 262 and causes an opening of the valve 264 so that the shutter member 161 moves and connects the openings 159 and 160 on the one hand and orifices 158 and
157 on the other hand when the pressurized fluid coming from the line 83 flows in the upper chamber of the lower advance cylinders and in the upper chambers of the upper advance cylinders, before evacuation via the line 165. This causes a simultaneous displacement of the upper and lower mandrels and jacks in advance, including the operating member 183 which moves away from the distributor 178 and from the operating organ 184 which approaches the distributor 178.
When the jacks 22 have moved close to the end of their downward stroke, the member 184 moves the shutter member 182 and brings it back to the connection position of the orifices 179 and 181, causing a reduction in pressure in the pilot line 92, the member 89 for closing the advance sequence distributor being resiliently returned to its reference position shown in FIG. 7. The pressurized fluid is then led by the valve 150 to the lower chamber of the lower mandrel so that the latter is closed.
However, the check valves 117, 126 close and keep the upper mandrel in the closed position until the lower mandrel is closed, and the resulting increase in pressure at the connection 118 causes the valve 116 to open and the transmission of fluid to the pipe 120 so that the valve 126 is open, the upper chamber of the upper mandrel receiving pressurized fluid which moves the piston of the mandrel towards its position for releasing the jaws.
When the lower mandrel has closed, the pressure increase at the connector 165 causes the valve 158 to open and the shutter member 161 returns to the position shown in FIG. 7, fluid under pressure being transmitted to the upper chambers of the jacks 22 so that the cylinders. 21, 22 are moved simultaneously in opposite directions, at a distance from each other. The automatic operating cycle continues as described above until the distributor 208 is moved from its upper position or until one of the other manually controlled distributors is moved by hand.
When the distributor 208 is moved so that it provides an upward advance (withdrawal of the drill pipe), the distributor 218 remaining in one of its positions, the pipes 230, 133 receive fluid at high pressure from from the orifice 212 and via the connector 214 and the selector valve 231, and fluid at a high pressure is transmitted to the pipe 254 by the valve 226. Thus, the shutter member 110 is moved from its reference position shown in FIG. 7 in the manner indicated above.
In addition, given the high pressure at fitting 214, high pressure is transmitted through valve 236 to the pilot line of the distributor.
94 so that the ports 93 and 98 are connected to each other and the ports 95 and 97 are connected to each other and to the pilot line of the valve 242 which is open and transmits the pressure of the fluid through line 247 so that valve 244 is open and kept open. When the valve of 244 is retained in the open position, the resistance opposed to the evacuation of the fluid from the upper chambers of the set of advance jacks
21, 22 is reduced and consequently the axial movement of the drill rod upwards is faster than the movement downwards.
Apart from the fact indicated above and the fact that the jaws of the upper and lower mandrels are closed when they are moved up and open when they are moved down instead of being opened when the respective cylinders of advance move up and closed when they move down in the previous case of advance down, the operation of reversing or advancing up can be easily understood from operation d 'advance down previously indicated.
When the distributor 217 is in its floating position "shown in FIG. 7 and when the distributor 208 is in its" low "position, pressurized fluid is transmitted through the line 227 and the valve 226 to the lines 254, 114 in the purpose indicated above and to the pipe 139 so that the shutter member 140 connects the orifices 135-137. Consequently, the pressurized fluid intended to move the advance cylinders does not come from the pump 81 but rather from the mass of the drill pipe, in the event that the direction of advance is descending. The opening and closing of the jaws of the mandrels are carried out cyclically as described in the downward operation and the control of the operation of the distributor 156 is the same.
However, the mass of the drill pipe and the flow of fluid in the constriction 248 regulates the downward force applied to the drill bit; it should be noted that the fluid which flows from and towards the upper chambers of the advance jacks circulates in the shutter member 140, between the orifices
136, 137, and that the distributor 156 is maneuvered so that the return current from each of the upper chambers of the advance cylinders flows through the member
248 throttling.
When the distributor 208 is in its high or low position, a set of mandrel jaws is always tight, this characteristic giving security.
When the three-position valve 208 is in its neutral position and when the valve 199 is in the closed position as shown, the valves 87, 94 and 107 are in the reference positions shown in the drawings and pressurized fluid is transmitted to the lower chambers of the cylinders of the mandrels so that all the jaws are in the closed position and tighten the drill pipe 48. In a variant, when the distributor 208 is in the neutral position and the distributor 199 in the open position, pressurized fluid is transmitted to all the upper chambers of the cylinders of the mandrels so that all the jaws are kept in the open position and a drill pipe can pass through the chucks.
The operating members of the jaws of the mandrels are kept in the open position because pressurized fluid is transmitted through the orifices 200, 202, the pipe 237 and the valve.
236 to pilot line 101 so that the orifices
93 and 98 on the one hand and the openings 95 and 97 on the other hand are connected and allow the transmission of fluid at pilot pressure to the pilot lines of the valves
116, 149 which open and allow the circulation of the fluid towards the upper chambers of the cylinders of the mandrels.
When the three-way distributor 208 is in the neutral position and when the distributor 199 is in the chuck opening position, the shutter member 100 moves as described in the preceding paragraph and, after operating the distributor 188 so that the orifices 193 and 189 on the one hand and the orifices 192 and 190 on the other hand are connected, pressurized fluid is transmitted to the upper chambers of the advance cylinders while the pressure in the line 186 causes the valve to open 197, the fluid being able to be evacuated from the upper chambers of the lower advance jacks. Consequently, the upper and lower advance cylinders move away from one another, the two mandrels being open.
On the other hand, when the distributor 188 is manually controlled so that it connects the orifice 190 to the orifice 193 and the orifice 189 to the orifice 192, the fluid under pressure is transmitted to the upper chambers of the lower cylinders if although the upper and lower advance cylinders move toward each other.
In one embodiment of the invention considered purely by way of illustration, the valves 116,
149, 258, 164 open when the pilot pressure is at least equal to 38.5 bars while the valve 129 opens when the pilot pressure exceeds approximately 3.5 bars.
Reference is now made to FIG. 8 for the description of a second embodiment of the hydraulic control circuit bearing the reference 190. The control circuit comprises a hydraulic pump 81 connected to a reservoir 82 of fluid. A pressure pipe 291 connects the pump to the fitting 292; an adjustable valve
293 metering and an adjustable valve 294 with pilot control resiliently retained in the open position, are mounted in series between the fittings 292, 295 so that, in the event that the pressure at the fitting 295 exceeds a predetermined value, the valve 294 closes .
The connector 295 is connected to an orifice 296 of a distributor 300 with pilot control which also has orifices
297, 298, 299 and a closure member resiliently retained in a position in which it connects orifices
296 and 299 and the orifices 297 and 298 but, when the pressure in the pilot line 301 exceeds a predetermined value, the shutter member moves and connects the orifice 296 to the orifice 298, and the orifice 297 to orifice 299. A throttle member 305 is mounted between the orifice 299 and the connector 302, the latter being connected to a connector 303 which is itself connected by a pipe
304 to the upper chamber 38 of a jack 33. The lower chamber 39 is connected by a pipe 308 to a check valve 309 with pilot control which is itself connected by a pipe to the orifice 298.
The check valve 309 allows the fluid to flow from the orifice 298 to the chamber 39, but it prevents the circulation of the chamber towards the orifice 298, except when the pressure in the pipeline 304 exceeds a predetermined value.
Port 297 is connected by a pipeline
310 to a pilot-operated valve 311 which is resiliently retained in the closed position as long as the pressure in the pipeline is less than a predetermined value, but it opens when the pressure exceeds this value. The valve 311 is connected to the tank. A distributor 321 with pilot control has orifices 317 to 320, the orifice 317 being connected by a pipe 316 to a connector 315 of the pipe 310, and a shutter member which is retained elastically in the position of connection of the orifices 318 and 320 on the one hand and 317 and 319 on the other. When pressurized fluid is transmitted through the pilot line 322, the shutter member of the distributor 321 moves and connects the orifices 318 and
319 on the one hand and the orifices 317 and 320 on the other hand.
A throttle member 327 is mounted between the orifice 320 and the connector 322 which is itself connected by a pipe 323 to the upper chamber of the cylinder of the lower mandrel. The lower chamber of the cylinder of the lower mandrel is connected by a pipe 324 to a fitting 325. A pilot-operated check valve 326 is connected such that it allows fluid to flow from port 319 to port 325, and prevents circulation of port 325 to port 319, except when the pressure in line 323 exceeds a predetermined value. A selector valve 329 has ports connected to a fitting 328 placed in the line 308, to a fitting 325 and to an accumulator 330 respectively. The accumulator 330 has the same role as the accumulator of the first embodiment.
A distributor 334 with two positions and with pilot control has an orifice 336 connected by a pipe 335 to a connector 292, an orifice 337 and a closure member elastically maintained in the position of interruption of circulation between the orifices 336 and 337; however, when the pressure in the pipe 337 exceeds a predetermined value, it connects the orifices 336 and 337. An adjustable metering valve 338 is mounted between ports 337 and 341 of the three-position pilot-operated distributor 339 which also has ports 341 to 343.
When fluid with sufficiently high pressure is not transmitted through either of the pilot lines
345 and 344, the shutter member of the distributor 339 moves towards its neutral position and / or is retained there elastically so that fluid does not flow into the distributor, between its various orifices; when a sufficiently high pressure is applied by the pilot line 345, the orifice 341 is connected to the orifice 343, and the orifice 340 is connected to the orifice 342, and, when a sufficiently high pressure is transmitted by the pilot line 344, the shutter member moves and connects the orifices 340 and 343 on the one hand and the orifices 341 and
342 on the other hand.
A line 348 connects the orifice 340 to a connector of the line 310 while a line 349 is mounted between a connector of the line 348 and the orifice 350 of a distributor 351 controlled by a pilot pressure.
The distributor 351 has orifices 352, 353 and a closure member which is retained elastically in position so that it connects the orifices 352 and 353 and plugs the orifice
350, and it is movable under the control of the fluid of the pilot line 354 so that it plugs the orifice 352 and connects the orifices 350 and 353. Port 353 is connected by a pipe to port 355 of a pilot operated directional distributor 357 which also has ports
356, 360, 361. Port 360 is connected by pipeline
365 to the upper chamber of the lower cylinders while the orifice 361 is connected by a pipe 364 to the upper chambers 167 of the upper advance cylinders.
An adjustable throttling member 358 and a check valve 359 which prevents the circulation of the orifice 356 to the orifice 342 but allows it in the opposite direction, are mounted in parallel between the orifices 342 and 356. When fluid at a sufficiently high pressure is transmitted through the pilot line 362, the shutter member of the distributor 357 moves and connects the orifices 355 and 361 on the one hand and 356 and 360 on the other hand whereas, when a fluid at a sufficiently high pressure is transmitted by the pilot line 353, the shutter member connects the orifice 356 to the orifice 361 and the orifice 355 to the orifice 360. The pilot line 363 is connected to the connector 322 while the pilot line 363 is connected to the connector 302.
A manually operated mandrel opening-closing distributor 368 has an orifice 369 connected to a line 291, an orifice 370 connected to a line
310 and orifices 371, 372. The valve closure member 368, in the position shown as a reference, connects the orifices 369 and 372 on the one hand and 370 and 371 on the other hand and, when it is moved to the open position, it connects the holes 369 and 371 on the one hand and the holes 370 and 372 on the other.
Distributor 374 for adjusting the direction of advance, manually controlled, has an orifice 375 connected to the orifice
372, an orifice 376 connected to the orifice 371, an orifice 377 connected to the pipe 344 and an orifice 378. When the shutter member of the distributor 374 is in its neutral position shown, it connects the orifices 375, 377,
378; in its downward advance position, it connects the orifices 376 and 378 on the one hand and the orifices 375 and 377 on the other hand. In its high position, it connects the orifice
375 to port 378, and port 376 to port 377. The orifice 378 is connected by a pipe to the pipe 379 and to an orifice 383 of a distributor 382 of floating pressure advance adjustment, manually controlled and which also has an orifice 381 connected to the tank and an orifice 384 connected to line 354.
A two-position mandrel displacement distributor 387 has a port 388 connected to the pipeline
345, an orifice 389 connected to the pipe 344, orifices 390, 391 and a shutter member 392 moved between its positions by operating members 183, 184. The member 392, in the position shown, connects the orifices 388 and 391 on the one hand and the orifices 389 and 390 on the other hand and, in its other position, it connects the orifices 388 and 390 on the one hand and the orifices 389 and 391 on the other hand.
A selector valve 397 has an orifice connected by a pipe 398 to the orifice 390, a second orifice connected to the connector 303 and a third orifice connected to the orifice 322. When the pressure in the pipe 398 exceeds that of the fitting 303, the selector valve connects the pipes 398 and 322 and, when the pressure at the fitting 303 is higher, the pipe 322 is connected by the valve to the fitting 303. A selector valve 399 has one of its orifices connected by the pipeline
400 to the orifice 391, a second orifice connected by a pipe to the pipe 323 and a third orifice connected to the pilot pipe 301.
When the pressure in line 400 exceeds that of line
323, the valve connects the lines 400 and 301 and, when the pressure in the line 323 exceeds that of the line 400, the line 301 is connected by the valve to the line 323.
We now refer to the operation of the second embodiment; we assume that the distributor
374 is in its lower position, that the distributor 368 is in its closed mandrel position as shown and that the distributor 382 is in its pressurized advance position as shown. Consequently, the fluid in the pipe 344 is at a pressure such that the distributor 339 is controlled by the pilot pressure and connects the orifices 340 and 343 on the one hand and 341 and 342 on the other hand. In addition, it is assumed that the shutter member 392 is in a position in which it connects the orifices 389 and 391 and the orifices 388 and 390 so that the line 344 is connected to the line 400 and, via from valve 399 to pilot line 301.
As a result, the ports 296 and 298 are connected so that pressurized fluid is present in the chamber 39, and the jaws of the upper mandrel are held in their clamped position. As the distributor 321 is then resiliently retained in its reference position, pressurized fluid is transmitted through the pipe 323 to the upper chamber 40 of the lower mandrel so that the jaws of the lower mandrel are in their release position.
When a high pressure exists in line 323, the pilot line 363 is pressurized so that the distributor 357 has its orifices 356, 361 connected so that pressurized fluid is transmitted to the upper chambers of the jacks 22, the upper jacks and lower moving axially away from one another, the actuating member 133 approaching the member
392 shutter.
When the operating member 183 moves the closing member 392 so that it connects the orifices 389 and 390 on the one hand and 388 and 391 on the other hand, the pilot pipe 322 is under pressure and operates the distributor
321 so that the orifices 318 and 319 on the one hand and 317 and
320 on the other hand are connected. Consequently, pressurized fluid is transmitted to the lower chamber 41 of the lower mandrel so that the jaws of the lower mandrel move to their closed position and the fluid is expelled from the upper chamber of the lower mandrel.
Given the throttle member 327, during the displacement of the lower jaws towards their clamping position, the pressure in the line 323 remains sufficiently high so that the pressure transmitted by the valve 399 to the line 301 causes the maintenance of the valve closure member 300 in a position such that the jaws of the upper mandrel remain in the clamping position and the pipe 363 is also at a pressure sufficient for it to hold the valve closure member 357 so that the upper and lower advance cylinders are stopped in their most distant positions in the axial direction, provided that they have moved to these positions before the lower jaws move to their clamping positions.
However, when the lower jaws have moved to the clamping positions, the pressure of the fluid in the line 323 decreases enough so that the pilot line 301 is no longer at a pressure high enough for the valve closure member 300 cannot return under the action of its spring to its reference position so that the pressurized fluid is transmitted through the pipe 304 with a pressure high enough for the valve 309 to be opened, the fluid reaching the chamber 38 so that the jaws are moved to the release position.
The pressure in the upper chamber of the upper mandrel and in the line 304 when the position of the upper mandrel has moved to the low position, increases enough for the pressure of the pilot line 362 to operate the distributor 357 so that the orifice 355 is connected to orifice 361 and orifice 356 is connected to orifice 360 so that pressurized fluid is transmitted to the upper chambers 172 of the lower advance cylinders which move axially towards one another, the maneuvering member 184 being moved towards the shutter member 392.
When the operating member 184 cooperates with the closing member 392, it returns to a position for connecting the orifices 388 and 390 on the one hand and
389 and 391 on the other hand. Pressurized fluid is then applied to the pilot line 301 and to the shutter member of the distributor 300 which moves so that pressurized fluid is transmitted and moves the jaws of the upper mandrel to their clamping position after the jacks advance have moved close to their axially adjacent positions, or the advance cylinders are fixed in their adjacent axial positions.
When the pressure in the pipeline
304 decreases because the piston of the upper mandrel stops rising, the shutter member of the distributor 321 moves so that the jaws of the lower mandrel open and the pressure in the pilot line 363 then rises so that the the shutter member of the distributor 357 moves and ensures the transmission of pressurized fluid to the upper chamber 167 of the upper advance jacks.
Since the valves and distributor 309, 397, 300 have a type and function identical to those of the valves and distributor 326, 399 and 321 respectively and since the throttles
305, 327 play identical roles, it is not necessary to describe in detail the operation in order to understand it from the moment when the actuating organ 183 comes into contact with the shutter member 392, and until the operating member 184 comes into contact with the shutter member 392.
When the distributor 374 is moved to the position of connection of the orifices 376 and 377 on the one hand and 375 and 378 on the other hand instead of the transmission of the fluid at the pilot pressure to the line 344, the fluid is transmitted to the pipe 345 so that the pilot pressure is applied to the orifice 388 and to the distributor 339 and the orifices 340 and 343 are connected. Consequently, the drill pipe is brought back by the advance head instead of advancing downward as described above with reference to the operation of the second embodiment.
It is assumed that the distributor 374 is in its neutral position and that the distributor 368 for opening and closing the mandrel is in its closed position; at this time the orifices of the distributor 387 are connected to the pipes 291, whatever the position of the member
392 and thus the fluid is transmitted by the valves 397,
398 and the pilot lines 301, 322. Consequently, the valve closure members 300, 321 are moved to positions in which fluid is transmitted to the lower chambers of the two mandrels so that the jaws of the two mandrels remain in the clamped position.
Correspondingly, when the distributor
374 is in neutral position and when the distributor 368 is open, pressurized fluid does not reach one or other of the orifices 388, 389, and pressurized fluid is transmitted to the upper chambers of the two mandrels so that the jaw actuators keep their jaw release positions.
When the distributor 368 is in the closed position and when the distributor 382 is in its floating position in FIG. 8, while the distributor 374 is in its high position, pressurized fluid is transmitted through the orifices 383, 384 so well that the shutter member of the distributor 351 connects the orifices 350, 353. Simultaneously, pressurized fluid is transmitted through the pipe 345 so that the shutter member of the distributor 339 moves and connects the orifices 340 and 342, and a pressure is transmitted to the orifice 389.
If we assume that the obturation member
392 is in the connection position of the openings 389 and
391 on the one hand and 388 and 390 on the other hand, the shutter member of the distributor 321 is in the position of connection of the orifices 318 and 319 so that the jaws of the lower mandrel are in the clamping position and that of the fluid under pressure is transmitted by the distributor
300 to the upper chamber of the upper mandrel and via the pipe 362 so that the distributor 357 has its orifices 360 and 356 on the one hand and its orifices 361 and
355 on the other hand interconnected. As the drill pipe rotates continuously, its mass causes its descent so that the lower mandrel moves axially in the same direction.
This forces the fluid coming from the upper chambers of the lower advance jacks to circulate in the line 365, in the throttle valve 358, from the orifice 342 to the orifice 340, in the line 349 then again in the distributor
357 to the upper chambers of the advance cylinders. As the pipe 349 has a relatively small section, the throttle member 358 and this pipe regulate the speed of descent of the drill pipe and the force applied to the drill bit.
When the lower advance cylinders move close to their most distant axial position relative to the upper cylinders, the actuating member 184 cooperates with the shutter member 392 and connects the orifices 389, 390 and 388, 391 , so that the jaws of the upper mandrel close and the jaws of the lower mandrel open while the advance cylinders are stopped, and the distributor 357 is then maneuvered into the other position, the upper and lower cylinders moving axially as it approaches. It is considered that the preceding description of the operation is sufficient for understanding the usefulness of these upwardly floating distributors, without additional details being necessary.
The axial thickness of the grooves 38, 42 of the parts
14, 36 of the piston is sufficiently greater than that of the retaining ring 43 (for example about 1.5 mm) so that the piston parts can move axially over a limited distance relative to each other . Consequently, part of the load collected by the mandrels is supported by the bearing 37 and part is supported by the bearings 60. In addition, given the throttling members 127, 311, sufficient back pressure is maintained in the mandrels so that the sets of bearings 37 and the piston parts 41, 36 are pushed towards each other, although these parts can move a limited distance from each other.
Reference is now made to FIG. 9 for the description of the third embodiment of the hydraulic control circuit bearing the general reference
425. The circuit includes a hydraulic pump 81 connected to a reservoir 82. A pipe 426 of pressurized fluid connects the pump to the fitting 427, and an adjustable metering valve 84 and an adjustable valve 85 controlled by the pilot pressure and elastically retained in the open position are mounted in series between the fitting 427 and the orifice 429 of a distributor 428 controlled by the pilot pressure so that, when the pressure at the orifice 429 exceeds a predetermined value, the valve 85 closes.
The distributor 428 has orifices 430, 431, 432 and a closure member which is resiliently retained in a position in which it connects the orifices 429 and
432 on the one hand and 430 and 431 on the other hand, but when the pressure in the pilot line 434 exceeds a predetermined value, the shutter member moves and connects the orifices 429 and 431 on the one hand and the orifices
430 and 432 on the other hand.
A distributor 437 which is of the same type as the distributor 428 has an orifice 438 connected to the connector 442 which is itself connected to the orifice 432, an orifice 439 connected to the connector 443 which is itself connected to the orifice 431 , orifices 440, 441 and a closure member which, in the position shown, connects the orifices
438 and 441 on the one hand and 439 and 440 on the other; however, when the pressure in the pipe 44 is sufficient, the shutter member moves and connects the orifices 438 and 440 on the one hand and 439 and 441 on the other hand. A pipe connects orifice 440 to fitting 448.
A valve 449 controlled by pilot pressure and a check valve 450 are mounted in parallel between the fittings 448, 441, the valve 449 being resiliently retained in the closed position but, when the pressure at the fitting 448 exceeds a predetermined adjustable value, the valve 449 is controlled by pilot pressure and opens. The valve 450 has an orientation such that it prevents the circulation of the fluid from the fitting 448 to the fitting
451 but allows it the other way around. The connector 451 is connected by a pipe 453 to the upper chamber 38 of the upper mandrel 31. A pipe 454 connects the connector 455 to the lower chamber 39 of the mandrel 31, a check valve 456 with pilot control being mounted between the connector 455 and the orifice 441.
The valve 456 allows the circulation of the fluid from the port 441 to the connector 455 but prevents the circulation of the fluid from the connector 455 to the port
441 except when the pressure in the pipe 453 exceeds a predetermined value, and it is then controlled by the pilot pressure in the open position.
A pipe 459 connects the fitting 443 to a fitting 460 while the fitting 461 is connected by a pipe 462 to the upper chamber 40 of the lower mandrel 30. A check valve 463 and a pilot-operated valve 464 which is resiliently retained in the closed position are mounted in parallel between the fittings
460 and 461. The valve 464 is controlled by the pressure in the open position when the pressure at the fitting 460 exceeds a predetermined value, the valve 463 preventing circulation of the fitting 460 to the fitting 461 but allowing it in the other direction. A check valve 467 with pilot control is mounted between the fittings 442 and 466, the latter itself being connected by a pipe 468 to the lower chamber 41 of the lower mandrel.
The valve
467 allows circulation of the connector 442 to the lower chamber 41 of the lower mandrel but prevents circulation in the other direction, except when the pressure at the connector 461 exceeds a predetermined value.
A return line connects the outlet orifice of a pilot-operated valve 129 to the reservoir, while a line 470 connects the inlet orifice of this valve to an orifice 430. The valve 129 is held resiliently in the closed position but opens when the pressure in the pipe 470 exceeds a predetermined value. A connector present in the pipe 470 is connected by a pipe to the orifice 473 of a distributor 474 with pilot control and with three positions which is resiliently held in the position shown.
The distributor 474 also has orifices 475, 476 and 477 and a closure member which is held elastically so that it prevents the circulation of the fluid between the orifices
473 and 475 to 477, the closure member being displaced by the fluid at the pressure of the pipe 478 so that it connects the orifices 473 and 477 on the one hand and 475 and 476 on the other hand, the member shutter being moved by the fluid at the pressure of the pilot line 479 so that it connects the orifices 473 and 476 on the one hand and 475 and
477 on the other hand.
Port 477 is connected by a pipe to port 481 of a pilot-operated two-position valve 480, also having ports 482 to 484 and a shutter member which, when high pressure is applied to a pilot line 485, moves so that it connects the orifices 482 and 484 on the one hand and 481 and 483 on the other hand, and, when high pressure is applied to the pilot line 486, the member d the shutter moves so that it connects the orifices 481 and 484 on the one hand and 482 and 483 on the other hand. The orifice 483 is connected by a pipe 490 to the upper chambers of the lower jacks in advance while the upper chambers of the upper jacks are connected by a pipe 491 to the orifice 484.
The lower chambers 177 of the lower cylinders are connected by a line 176 to the lower chambers 175 of the upper cylinders. An organ
545 adjustable type throttle valve and a check valve 544 which prevents the circulation of an orifice 482 to an orifice 476 but allows circulation in the opposite direction, are mounted in parallel between the orifices 476 and 482.
A two position mandrel reversing distributor 493 has an orifice 494, a plugged orifice 495, an orifice 496, an orifice 497 and a retainer which remains in the position in which it was last moved. Operating members 183, 184 are intended to move the shutter member. When the member 184 moves near its lowest position, it moves the shutter member so that it connects the orifices 494,
497 and, when the shutter member 183 moves near its highest position, it moves the shutter member so that it connects the orifices 494 and 496.
A manually operated distributor 500 with three positions has an orifice 501 connected by a pipe to the orifice 496, an orifice 502 connected by a pipe to the orifice 497, an orifice 503 connected to a connector 505, a orifice 504 connected by a pipe at the connector 506, and a closure member which, in the neutral position shown, connects the orifices 501, 502, 504, and has a second position in which the orifices 502 and 503 on the one hand and 501 and 504 on the other hand are connected, and a third position in which the orifices 501 and 503 on the one hand and 502 and 504 on the other hand are connected.
A distributor 508 with three positions, manually controlled, for raising and lowering has an orifice 509 connected to the connector 519, an orifice 510 connected to the connector 514 of the pipe 470, an orifice 511 connected to the connector 513 which is itself connected to the connector 506, an orifice 512 connected to the connector 505 and a closure member. In the neutral position shown, the closure member connects the orifices
510-512; in the high position, it connects the orifices 509 and
512 on the one hand and 510 and 511 on the other. In the low position, it connects the orifices 509 and 511 on the one hand and the orifices 510 and 512 on the other hand. The connector 519 is connected to a connector of the high-pressure pipe 426 while the orifice 475 is connected to the connector 520.
A check valve 515 is mounted between the connector 520 and the return line 470 and is oriented so that it allows the circulation of the fluid from the return line to the connector and prevents circulation in the other direction. A pilot-operated valve 516 held resiliently in the closed position is mounted between the fittings 519, 520. When the pressure at the connection 519 is sufficiently higher than that of the connection 520 and / or that which is transmitted by the pilot line 517, the valve 516 opens. The pipeline
517 at pilot pressure is connected to fitting 518.
A selector valve 521 has one of its orifices connected by a pipe to the orifice 522 of a distributor
523 with two positions and with manual control, a second orifice connected to the connector 518 and a third orifice connected to a pilot line 479. When the pressure at port 522 exceeds that of fitting 518, the valve member 521 moves so that pressurized fluid is transmitted from port 522 to line 479 and, when pressure higher is applied to the fitting 518 compared to the orifice 522, the pressurized fluid is transmitted from the orifice 524 to the pipe 479.
Distributor 523 also has an orifice
524 connected to fitting 518, an orifice 525 connected to fitting
513, an orifice 526 connected by a pipe to the fitting
527 and a closure member which, in its "pressurized" position, connects the orifices 522 and 525 on the one hand and
524 and 526 on the other hand while, in its "floating" position, it connects the orifices 522 and 526 on the one hand and the orifices 524 and 525 on the other hand.
A mandrel opening-closing distributor 530, having two positions and with manual control, has an orifice 531 which is connected to the connector 527 which is itself connected to the return line 470, a second orifice
572 connected to fitting 427 and a third port 533 connected to fitting 534. When the closure member of the dispenser 530 is in its closed position, the orifices
531 and 533 are connected while, when in its open position, the openings 532 and 533 are connected.
A pilot line 435 connects the fitting
534 to distributor 437 so that when the spring pressure and the fluid pressure in the pipeline
435, in combined form, exceeds the pressure in the line 444 (or when pressurized fluid is not transmitted by any of the lines 435, 444), the valve closure member 437 is in the position shown but when the pressure is lower than that of the pipe 444, the shutter member moves so that it connects the orifices 441 and 439 on the one hand and 440 and 438 on the other hand.
A line 538 connects the orifice 494 of the distributor 493 to an orifice of a selector valve 537 having a second orifice connected by a line to the connector 534 and a third orifice connected to the pilot line 434. When the pressure in line 538 exceeds that of fitting 534, the valve connects lines 538 and 434 while, when the pressure on fitting
534 is higher, the pipe 434 is connected by the valve to the fitting 534. A selector valve 540 has one of its orifices connected by line 542 to the fitting
506, a second orifice connected by a pipe to the fitting 541 and a third orifice connected to the pilot pipe 444.
When the pressure in the pipeline
542 exceeds that of the fitting 541, the valve connects the pipes 542 and 444 whereas, when the pressure is higher at the fitting 541 than in the pipe 542, the fitting 541 is connected by the valve to the pipe 444. The fitting 541 is connected by a pipe to the fitting
505 and to line 478.
A selector valve 548 is connected to an accumulator 549 and between the fittings 455, 466 in the same way as the selector valve 252 is connected to the accumulator 253 and to the fittings 127, 260 in the first embodiment.
We now refer to the operation of the third embodiment of the invention; it is assumed that the shutter member of the dispenser 500 is in a position such that the orifice 502 is connected to the orifice
503, and port 501 to port 504, the distributor
508 is in its low position so that its orifice
511 is connected by line 542 to pilot line 444, so that the distributor 437 has its orifice
438 connected to the port 440 and its port 439 connected to the port 441, the distributor 523 being in its "pressurized" position as shown so that pressurized fluid is transmitted from the connector 513 to the pilot line 479 so well that the distributor 474 has its holes
473 and 576 on the one hand and 475 and 477 on the other which are interconnected.
When the indicated distributors have the specified positions, the drill pipe goes down under pressure while turning. Furthermore, it is assumed that the distributors 493 and 530 have their shutter members in the positions shown, and that the operating members 183, 194 are distant from the shutter member of the distributor 493. So at this point, the distributor
428 has its closure member which ensures the connections shown and pressurized fluid is transmitted so that it maintains the lower mandrel in the closed position and the upper mandrel in the open position, and the distributor 480 for reversing advances to its closure member which connects the orifices 481 and 484 on the one hand and the orifices 482 and 483 on the other.
Consequently, the pressurized fluid coming from line 426 is transmitted to the upper chamber of the upper jacks so that the latter move as described with reference to the first embodiment.
When the operating member 183 has moved upwards enough for the shutter member of the distributor 493 to be moved, the orifice 496 is connected by the orifice 494 to the pilot line 434 so that the 'shutter member of the distributor 428 moves and connects the orifices 430 and 432 on the one hand and 429 and 431 on the other. Consequently, pressurized fluid is transmitted to the lower chamber of the upper mandrel and the upper chamber discharges fluid, and the jaws of the mandrels and the distributor 480 are operated as described above with reference to the first embodiment. So the different organs 456, 449, 450, 463, 464,
467 and 480 have an operation corresponding to what has been described with reference to members 126, 116, 117, 148,
149, 150 and 156 respectively of the first embodiment.
It should be noted that, when the operating member 184 descends so that it moves the shutter member of the distributor 493 downwards, again towards the position shown, the pressurized fluid is no longer transmitted by the pipe. 538 and the valve closure member 428 returns to the position indicated in FIG. 9. The foregoing description and the more detailed description of the operation of the first embodiment make evident the operation of this third embodiment with advance downward under pressure.
It is assumed that the drill rod which descends under pressure is made up of rods of uniform length, and the operation of the third embodiment can be interrupted at any location relative to the drill string before the end of the displacement of the jacks axially in one direction during the operation of the distributor 500 which causes the connection of the orifices 501 and 503 on the one hand and 502 and 504 on the other hand. This supposes that, when the distributor 500 is thus operated, the distributor 493 is in the position shown and the operating member 183 moves towards the distributor 493, fluid under pressure being transmitted by the pilot line 434 so that it moves the shutter member of the distributor 428.
Then, the jaws of the upper mandrel close the jaws of the lower mandrel open and the shutter member of the distributor 480 moves so that it transmits fluid under pressure to the upper chambers of the advance cylinders so that the actuator 184 descends. At the end of the stroke, the operating member 184 is in abutment against the shutter member of the distributor 493 and, when it moves towards this position, it does not move the shutter member. As a result, the automatic operation of the advance device stops. Note that the device can be stopped at either end of the stroke of a feed cylinder, depending on the moment at which the distributor 500 is operated so that it connects the orifices
501 and 503 on the one hand and 502 and 504 on the other.
Automatic operation can also be reset by operating the shutter member of the dispenser 500 so that the orifices 502 and 503 on the one hand and 501 and 504 on the other hand are connected.
When this third embodiment is to be used in low floating mode, the manually controlled distributors are placed in the same positions as in the downward pressure mode, but the distributor 523 is manually controlled so that the orifice 525 is connected to the port 524 and port 526 to port 522. Consequently, the pressurized fluid is transmitted from the connector 518 to the pilot line 479 so that the shutter member of the distributor 474 is moved as described above, and via the pilot line 517 so that the valve 516 prevents the circulation of the fluid from fitting 519 to fitting 520. The advance cylinders do not move when pressurized fluid is transmitted by the pump but rather under the weight of the drill string.
The pressurized fluid is discharged from the pair of upper chambers of the advance cylinders and passes through the distributor 480, the throttle member 545, the orifice
473 and the return line 470, then in the check valve 515 to the upper chambers of the other advance cylinders. The opening and closing of the jaws of the mandrels is carried out as indicated above.
When the third embodiment of the invention is to be used in ascending pressure mode, the distributor 508 is controlled so that it connects the orifices 508 and 512 on the one hand and 510 and
511 on the other hand, the distributor 500 is controlled so that it connects the orifices 502 and 503 on the one hand and
501 and 504 on the other hand, and the distributors 523 and 530 have the positions shown. As a result, pressurized fluid is passed from fitting 505 to the pipeline
444 so that port 439 is connected to port 441 and port 438 to port 440, to the pilot line
478 so that the orifice 473 is connected to the orifice 477 and the orifice 475 to the orifice 476, and to the orifice 497 so that, when the distributor 493 is in the position shown, the orifice 431 is connected to port 429 and port 430 to port 432.
At this time, pressurized fluid is transmitted to the upper chambers of the upper cylinders and the operating member 183 moves towards the distributor 493. An additional amount of pressurized fluid is then applied to the lower chambers of the upper mandrels so that the jaws of the mandrels close, and to the upper chambers of the lower mandrels so that their jaws open. It is considered that the rest of the automatic operating cycle of the rising pressure mode is evident from the description given above for the other embodiments and the first in particular.
When the up-down distributor 508 is in its neutral position, the distributor 500 has its orifice
501 connected to the orifice 504 and its orifice 502 connected to the orifice 503, and the distributors 530 and 523 are in the positions shown, no pilot line 478,
479 not receiving pressurized fluid. Thus, the closure member of the distributor 474 is in a position which prevents the circulation of the fluid and consequently the advance cylinders remain fixed. In addition, when the distributor 493 is in one or other of its positions, the pressure in the pipe 434 is either lower than that of the pipe 470 or insufficiently higher than the latter for the shutter member distributor 428 leaves the position shown.
In addition, the pressure difference between the pipes 435 and 444 is not sufficient for the shutter member of the distributor 437 to leave the position shown. Thus, the pressurized fluid from the line 426 is transmitted to the lower chambers of the upper mandrels and to the lower chambers of the lower mandrels so that the jaws of the two mandrels are in their closed positions.
When the distributors 508, 500, 523 and 493 have the positions indicated in the previous paragraph, but when the distributor 530 is in its mandrel opening position, the opening 532 is connected to the orifice
533 so that pressurized fluid is transmitted to the connector 534 and through the pilot line 435 so that the valve closure member 437 is in the position shown, the fluid being transmitted by the selector valve 537 and the line 434 from so that the shutter member of the distributor 428 is moved into a position which connects the orifices 429 and 431 and the orifices 430 and 432.
Consequently, pressurized fluid from line 426 is transmitted to the upper chambers of the upper mandrel and to the upper chamber of the lower mandrel so that the jaws of the two mandrels are opened at the same time. It should be noted that, when the valve closing organ 508 is in the high or low position, the fluid in the pilot line 435, due to the operation of the distributor 530 in its mandrel opening position, and the pressure of the spring, in combination, cause the closure member of the distributor 437 to move despite the pilot pressure prevailing in the line 444 so that the orifices 438, 441 are connected and the orifices 439, 440 are connected, and the pressure pilot is transmitted via line 434 to distributor 428 (via line 538 or fitting 534)
so that the jaws of both mandrels are open even when only one of the mandrels has had its jaws closed. In addition, when the dispenser 530 is in its mandrel opening position, the jaws of the two mandrels are open regardless of the setting of the dispenser 500 or 523.
When the distributor 508 is in its neutral position and when the valve closure member
530 is in its shown closed position, the jaws of the two mandrels are closed.
It should be noted that the terms "upper" and "lower" have been used to facilitate the description of the invention and they in no way constitute a restriction since the drilling head can for example rotate during drilling in a horizontal direction . In addition, it should be noted that the operation has been described with reference to the surfaces 52, 53 of the ramps which are inclined as shown in the drawings. However, if these surfaces are inclined in the other direction, instead of the transmission of the hydraulic fluid under pressure to the lower chambers of the mandrels when the jaws must be moved in the closed position, the fluid is transmitted to the upper chambers of the mandrels.
In this case, it is advantageous for the jaw operating members to have an even number of surfaces forming ramps spaced circumferentially in a regular manner, the ramps on either side of a surface forming a ramp having an opposite inclination. relative to this surface. As a result, the proper inclined arrangement of the drive rod adapter sleeve relative to the jaw actuators and the positioning of the jaws so that their ramp surfaces are properly inclined allow the apparatus to be used in a manner that the jaws move to their closed positions by applying pressurized fluid to the upper chambers of the mandrels or to the lower chambers of the mandrels.
Although the three embodiments of the control circuit have been described with a line 176 connecting the lower chambers of the lower cylinders to the lower chambers of the upper cylinders, it should be noted that the line 176 can connect the upper chambers of the upper cylinders to the chambers upper cylinders. In this case, the lines 165, 364, 491 are connected to the lower chambers of the upper cylinders and the lines 174, 365, 490 to the upper chambers of the lower cylinders and, when pressure is transmitted through the lines 163, 364, 491 to the upper cylinders, the advance cylinders move in opposite directions axially with respect to the direction indicated above.
The pistons of the mandrels can be produced so that, for example in the case of the piston 35, the axial flanges 36c are eliminated, the cutouts 45c and the groove 42 of the part 45 being eliminated, as is the ring 43. With this modification, axial rods (not shown) are placed in angularly spaced holes formed in the parts 36, 45 so that the parts cannot rotate relative to each other but can however move axially. In this structural variant, the fluid under pressure in the chambers maintains the surfaces 36d, 45d very close to one another at an angle of 360 [deg. ] C, the parts 36d and 45a being axially distant.