FR2536455A1

FR2536455A1 - DEVICE FOR ENSURING VERTICALITY OF A PERFORATION MACHINE

Info

Publication number: FR2536455A1
Application number: FR8219393A
Authority: FR
Inventors: Alfio Bertelli; Karl Bolinger
Original assignee: Soletanche SA
Current assignee: Soletanche SA
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1984-05-25
Also published as: DE3370674D1; DE109907T1; JPS59173488A; ATE26325T1; JPH0358037B2; EP0109907B1; EP0109907A2; EP0109907A3; FR2536455B1

Abstract

1. Device for maintaining a boring machine in a vertical position, comprising a suspended frame (1) on which is mounted a drill head (3), characterised by the fact that said drill head is fixed to a coupling plate (7) normally in contact with a support plate (6) fixed to the frame, means (19) being provided for moving the coupling plate apart from the support plate in a selected direction.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour assurer la verticalitéThe present invention relates to a device for ensuring verticality

en cours de forage d'un engin de perforation et plus particulièrement pour le contrôle de la verticalité d'un tel engin comprenant during the drilling of a perforating machine and more particularly for controlling the verticality of such a machine comprising

un châssis suspendu sur lequel est montée une tête de forage. a suspended frame on which is mounted a drill head.

Des engins de ce type, suspendus par exemple à un câble, à un flexible ou à des tiges, sont notamment utilisés sur les chantiers de pétrole Devices of this type, suspended for example from a cable, a hose or rods, are used in particular on oilfields

et pour l'exécution de fondations dans tous types de terrains durs ou tendres. and for the execution of foundations in all types of hard or soft ground.

Au début du forage, le châssis servant de guide et/ou la simple gravité permettent d'assurer la verticalité de l'engin Toutefois, lorsque ce châssis est entièrement enfoncé en-dessous de la surface terrestre, et que les variations de dureté du terrain tendent à le dévier, on ne dispose d'aucun moyen mécanique direct permettant de contr 6 ler la verticalité de l'engin et At the beginning of the drilling, the frame serving as a guide and / or the simple gravity makes it possible to ensure the verticality of the machine However, when this frame is fully sunk below the earth's surface, and that the variations of hardness of the ground tend to deviate, there is no direct mechanical means to control the verticality of the machine and

donc du forage.therefore drilling.

La présente invention vise à palier cet inconvénient en fournissant un dispositif permettant de contrôler la verticalité d'un engin de perforation à tout instant, y compris lorsque cet engin se trouve entièrement en-dessous The present invention aims to overcome this disadvantage by providing a device for controlling the verticality of a perforating machine at any time, including when this machine is entirely below.

de la surface du sol.of the soil surface.

A cet effet, l'invention prévoit un dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation comprenant un châssis suspendu sur lequel est montée une tête de forage, caractérisé par le fait que ladite tête de forage est fixée sur un organe de liaison relié de façon orientable à un For this purpose, the invention provides a device for ensuring the verticality of a perforating machine comprising a suspended frame on which is mounted a drill head, characterized in that said drill head is fixed on a connected connecting member in an orientable way to a

organe de support solidaire du châssis. support member secured to the frame.

La verticalité du forage peut ainsi être assurée en orientant de façon convenable la tête de forage par rapport au châssis, grâce à un The verticality of the drilling can thus be ensured by appropriately orienting the drill head relative to the frame, thanks to a

déplacement relatif de l'organe de liaison par rapport à l'organe de support. relative movement of the connecting member relative to the support member.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'organe de liaison et l'organe de support sont deux plaques métalliques normalement en contact l'une avec l'autre, des moyens étant prévus pour écarter dans une In a preferred embodiment of the invention, the connecting member and the support member are two metal plates normally in contact with each other, means being provided to separate in a

direction choisie la plaque de liaison de la plaque de support. direction chosen the connecting plate of the support plate.

Ces plaques peuvent par exemple être sensiblement horizontales. These plates may for example be substantially horizontal.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la plaque de liaison est montée sur la plaque de support par l'intermédiaire d'au moins -deux organes élastiques opposés chacun à un vérin par rapport à la direction In a particular embodiment of the invention, the connecting plate is mounted on the support plate via at least two resilient members each opposed to a jack relative to the direction.

de l'orientation.of orientation.

Ainsi, lorsque l'on actionne l'un des vérins pour orienter convenablement la plaque de liaison par rapport à la plaque de support, l'organe élastique situé du même côté que ce vérin se déforme dans une première direction pour permettre l'écartement des plaques, alors que l'autre Thus, when one actuates one of the cylinders to properly orient the connecting plate relative to the support plate, the elastic member on the same side as the cylinder is deformed in a first direction to allow the spacing of plates, while the other

organe élastique se déforme dans une seconde direction en formant charnière. elastic member is deformed in a second direction forming hinge.

-2- Les organes élastiques peuvent comprendre un goujon traversant avec jeu une des plaques et vissé dans l'autre plaque avec interposition d'éléments compressibles. Le goujon peut traverser avec jeu soit la plaque de liaison soit la plaque de support en étant vissé respectivement dans la plaque de support ou dans la plaque de liaison, les éléments compressibles pouvant être interposés, soit entre la tête du goujon et la plaque traversée avec jeu, soit entre les The resilient members may comprise a through stud with play one of the plates and screwed into the other plate with the interposition of compressible elements. The stud can pass freely either through the connecting plate or the support plate by being respectively screwed into the support plate or into the connecting plate, the compressible elements being interposed, or between the head of the stud and the plate traversed with game, either between

deux plaques.two plates.

Les éléments compressibles peuvent par exemple comprendre un The compressible elements may for example comprise a

empilement de rondelles Belleville.stack of Belleville washers.

De préférence la compression maximale possible des éléments compressibles est limitée par une douille engagée -sur le goujon en parallèle Preferably the maximum possible compression of the compressible elements is limited by a sleeve engaged on the stud in parallel

avec ces éléments.with these elements.

Avantageusement le corps du vérin peut être formé par un trou percé dans une des plaques, dans lequel est placé un piston, ledit trou débouchant Advantageously, the body of the jack can be formed by a hole drilled in one of the plates, in which is placed a piston, said hole opening

dans la face de cette plaque en vis-à-vis de l'autre plaque. in the face of this plate vis-à-vis the other plate.

Cette disposition assure un encombrement minimal puisque les vérins sont intégrés dans une des plaques, ce qui assure de plus leur protection This arrangement ensures minimal space since the cylinders are integrated in one of the plates, which further ensures their protection

vis-à-vis du milieu extérieur.vis-à-vis the external environment.

Cette protection peut également être assurée par une jupe en matériau élastique tel que du caoutchouc, disposée autour des deux plaques pour empêcher la pénétration de la boue de forage lors de l'écartement des plaques. Le dispositif selon l'invention peut être en particulier adapté au contrôle de la verticalité d'un engin de forage dont la tête de forage comprend une paire d'outils tournant en sens inverse de sorte que la verticalité de l'engin de forage est assurée dans le plan de rotation des This protection can also be provided by a skirt of elastic material such as rubber, disposed around the two plates to prevent the penetration of the drilling mud during the spacing of the plates. The device according to the invention can in particular be adapted to controlling the verticality of a drilling machine whose drill head comprises a pair of tools rotating in the opposite direction so that the verticality of the drilling rig is ensured. in the rotation plan of the

outils par un ajustement de la différence de vitesse de rotation des outils. tools by adjusting the difference in rotational speed of the tools.

Dans ce cas, l'organe de liaison peut être monté pivotant par rapport à l'organe de support autour d'au moins un axe horizontal parallèle au plan de In this case, the connecting member may be pivotally mounted relative to the support member around at least one horizontal axis parallel to the plane of

rotation des outils.rotation of tools.

Ainsi, on peut faire basculer la tête de forage de part et d'autre du plan moyen de rotation des outils, afin de contr 6 ler la verticalité de Thus, it is possible to tilt the drill head on either side of the mean plane of rotation of the tools, in order to check the verticality of the

l'engin de forage dans la direction perpendiculaire à ce plan. the drill rig in the direction perpendicular to this plane.

Dans ce cas, le dispositif peut comprendre deux rangées d'organes élastiques disposées de part et d'autre du plan médian du dispositif parallèle In this case, the device may comprise two rows of elastic members arranged on either side of the median plane of the parallel device

au plan de rotation des outils.to the plane of rotation of the tools.

Le pivotement de la tête de forage s'effectue alors en fonction de sa direction, autour de l'un ou l'autre des axes matérialisés par les rangées The pivoting of the drilling head is then made according to its direction, around one or other of the axes materialized by the rows

d'organes élastiques.of elastic members.

3 - On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue de face d'un engin de perforation comportant un dispositif de contrôle de la verticalité conforme à la présente invention. 3 - We will now describe by way of non-limiting example a particular embodiment of the invention with reference to the attached schematic drawings in which: Figure 1 is a front view of a perforating machine comprising a control device of the verticality according to the present invention.

La figure 2 en est une vue de-dessus. Figure 2 is a view from above.

La figure 3 en est une vue de profil. Figure 3 is a side view.

La figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la FIG. 4 is a sectional view along the line IV-IV of FIG.

figure 1.figure 1.

La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 1 E FIG. 5 is a sectional view along line V-V of FIG. 1E

une plus petite échelle que la figure 4. a smaller scale than Figure 4.

La figure 6 est une vue de-dessus de la plaque de liaison. Figure 6 is a view from above of the connecting plate.

L'engin de perforation représenté aux figures 1 à 3 comporte de façon connue un châssis 1 suspendu par un organe 2 à un engin de levage et supportant une tête de forage 3 qui comporte deux paires jumelles d'outils 4 et 4 ', chaque paire d'outils étant entraînée par un moteur hydraulique The perforating machine represented in FIGS. 1 to 3 comprises, in a known manner, a chassis 1 suspended by a member 2 from a hoist and supporting a drilling head 3 which comprises two twin pairs of tools 4 and 4 ', each pair of tools being driven by a hydraulic motor

alimenté à partir de la surface par des canalisations 5. supplied from the surface by pipelines 5.

Les deux paires d'outils 4 et 4 ' tournent en sens inverse, comme The two pairs of tools 4 and 4 'turn in opposite directions, as

indiqué par les flèches sur la figure 1. indicated by the arrows in Figure 1.

En faisant varier la vitesse relative de rotation des paires d'outils 4 et 4 ', il est possible de jouer sur la progression de l'engin de forage dans le plan de rotation des outils Si l'on souhaite par exemple faire dévier l'engin de forage vers + X (figure 2) on fait tourner la paire By varying the relative rotational speed of the pairs of tools 4 and 4 ', it is possible to play on the progress of the drill rig in the plane of rotation of the tools. If, for example, it is desired to deflect the drilling machine towards + X (Figure 2) we rotate the pair

d'outils 4 ' plus vite que la paire d'outils 4. of tools 4 'faster than the pair of tools 4.

On décrira maintenant en détail, en référence à la figure 4, les moyens permettant de jouer sur la verticalité de la descente de l'engin de The means for playing on the verticality of the descent of

forage dans la direction Y perpendiculaire au plan de rotation des outils. drilling in the Y direction perpendicular to the plane of rotation of the tools.

Une plaque de support 6 soutenant la tête de forage 3 est fixée à la A support plate 6 supporting the drill head 3 is attached to the

partie inférieure du châssis 1.lower part of the chassis 1.

Une plaque de liaison 7 est fixée sous la plaque 6 de la manière suivante: Deux rangées de filetage 8 sont réalisées dans la plaque 7 de part et d'autre de l'axe de symétrie X-X du dispositif En correspondance avec ces filetages sont réalisés, dans la plaque 6, des trous 9 de diamètre-supérieur A connecting plate 7 is fixed under the plate 6 in the following manner: Two rows of threads 8 are formed in the plate 7 on either side of the axis of symmetry XX of the device In correspondence with these threads are made, in the plate 6, holes 9 of diameter-superior

au diamètre nominal des filetages 8. to the nominal diameter of the threads 8.

Des goujons filetés 10 sont vissés dans les filetages 8 en traversant avec jeu la plaque 6 à travers les trous 9 Un empilement de rondelles Belleville 11 est intercalé entre la tête 12 de chaque goujon 10 et la surface supérieure de la plaque 6 Cet empilement est protégé à l'extérieur Threaded studs 10 are screwed into the threads 8 while running through the plate 6 through the holes 9. A stack of Belleville washers 11 is interposed between the head 12 of each stud 10 and the upper surface of the plate 6. This stack is protected. outside

par une gaine de caoutchouc 13.by a rubber sheath 13.

-4- Du fait de l'élasticité de l'empilement de rondelles 11, la face supérieure de la plaque 7 est normalement appliquée contre la face inférieure de la plaque 6 Néanmoins, cet empilement de rondelles étant compressible, les deux plaques peuvent être écartées l'une de l'autre Cet écartement est toutefois limité par des douilles 14 disposées entre les goujons 10 et les rondelles 11 qui limitent l'écartement à une valeur E telle que représentée à Owing to the elasticity of the stack of washers 11, the upper face of the plate 7 is normally applied against the lower face of the plate 6. Nevertheless, since this stack of washers is compressible, the two plates can be spread apart. However, this spacing is limited by sockets 14 arranged between the studs 10 and the washers 11 which limit the spacing to a value E as represented in FIG.

la figure 4.Figure 4.

De plus, du fait que les goujons 10 traversent les trous 9 avec jeu, la plaque 7 peut s'écarter de la plaque 6 en formant un certain angle comme cela apparaît à la figure 5 o l'on voit que les goujons 10 et les trous 9 In addition, since the studs 10 pass through the holes 9 with clearance, the plate 7 can move away from the plate 6 at a certain angle as shown in FIG. 5, where it can be seen that the studs 10 and holes 9

sont désaxés.are misaligned.

Un autre ensemble de goujons 15 engagés dans des filetages 15 ' (figure 6) assurent la fixation sur la plaque de liaison 7 de la plaque 26 Another set of studs 15 engaged in threads 15 '(FIG. 6) ensure the attachment on the connecting plate 7 of the plate 26

elle-même solidaire d'une armature 16 à laquelle est fixée la tête de forage. itself secured to a frame 16 to which is fixed the drill head.

Les têtes de forage proprement dites ne sont pas représentées aux figures 4 et 5, mais on voit néanmoins sur la figure 5 la buse 17 d'aspiration des résidus de forage et le conduit 18 qui les achemine vers la surface du sol. L'écartement des plaques de-support 6 et de liaison 7 est provoqué par deux rangées de vérins hydrauliques 19 intercalées respectivement avec les The drilling heads themselves are not shown in Figures 4 and 5, but we see nevertheless in Figure 5 the suction nozzle 17 of the drilling residues and the conduit 18 which routes them to the surface of the ground. The spacing of the support plate 6 and the connecting plate 7 is caused by two rows of hydraulic cylinders 19 interposed respectively with the

trous filetés 8 de chacune des rangées de trous. threaded holes 8 of each row of holes.

Les vérins 19-sont réalisés directement par perçage de la plaque 7, The cylinders 19 are made directly by drilling the plate 7,

ces perçages débouchant du côté de cette plaque en vis-à-vis avec la plaque 6. these holes opening on the side of this plate vis-à-vis the plate 6.

Dans ces perçages, sont placés des pistons 20 qui sont susceptibles d'être déplacés par un fluide hydraulique amené par des canalisations 21 et 21 ' In these holes, are placed pistons 20 which can be displaced by a hydraulic fluid supplied by pipes 21 and 21 '

alimentant simultanément tous les vérins 19 d'une même rangée. simultaneously feeding all the cylinders 19 of the same row.

On constate ainsi que si l'on alimente en fluide sous pression la canalisation 21 ', on incline la plaque 7 de la manière représentée à la figure de sorte que la tête de forage s'oriente selon l'angle + a X de la figure 3, ce qui a pour effet de dévier l'engin de forage dans la direction + Y. Inversement, si l'on alimente en fluide la canalisation 21, la tête de forage bascule vers l'angle a de sorte que l'engin de forage s'oriente vers la It can thus be seen that if pressurized fluid is supplied to the pipe 21 ', the plate 7 is inclined in the manner shown in the figure so that the drilling head is oriented according to the angle + a X of FIG. 3, which has the effect of deflecting the drill rig in the + Y direction. Conversely, if the pipe 21 is supplied with fluid, the drilling head switches to the angle α so that the drilling machine drilling is moving towards

direction Y -Y direction -

Afin d'éviter l'entrée dans le dispositif de-boue de forage lors de l'écartement des plaques 6 et 7, une jupe en caoutchouc extensible 22, est disposée tout autour des deux plaques 6 et 7 De plus, des joints toriques 23, 23 ' sont prévus dans des zones évidées des plaques 6 et 7, ces joints étant comprimés comme représenté à la figure 4 lorsque les plaques 6 et 7 sont en contact et se dilatant comme représenté à la figure 5 lorsque les plaques 6 et In order to avoid entry into the drilling mud device when the plates 6 and 7 are spaced apart, an expandable rubber skirt 22 is arranged all around the two plates 6 and 7. Furthermore, O-rings 23 , 23 'are provided in recessed areas of the plates 6 and 7, these seals being compressed as shown in Figure 4 when the plates 6 and 7 are in contact and expanding as shown in Figure 5 when the plates 6 and

7 sont écartées l'une de l'autre.7 are separated from each other.

-5- Enfin, des clapets anti-retour 24 sont prévus pour permettre l'équilibrage des pressions lorsque, les deux plaques 6 et 7 étant écartées, Finally, check valves 24 are provided to allow balancing of the pressures when, the two plates 6 and 7 being spaced apart,

elles sont progressivement ramenées en contact l'une avec l'autre. they are gradually brought into contact with each other.

Le dispositif ainsi décrit peut facilement être asservi à l'indication d'un inclinomètre 25 situé sur le châssis 1 (figure 1) La vitesse différentielle des outils 4 et 4 ' est régulée afin d'orienter l'engin de forage dans le plan X, alors que les vérins 19 sont alimentés en tout ou rien par les canalisations 21 ou 21 ' afin de jouer sur la verticalité dans le plan Y. Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées au mode de réalisation décrit ci-dessus sans sortir pour autant du The device thus described can easily be slaved to the indication of an inclinometer 25 located on the frame 1 (FIG. 1). The differential speed of the tools 4 and 4 'is regulated so as to orient the drill rig in the plane X , while the cylinders 19 are fed all or nothing by the pipes 21 or 21 'to play on the verticality in the plane Y. Various variations and modifications can of course be made to the embodiment described above without leaving for as much of

cadre ni de l'esprit de l'invention. framework nor the spirit of the invention.

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Claims

Device for ensuring the verticality of a perforating machine comprising a suspended frame (1) on which a drill head (3) is mounted, characterized in that the said drilling head is fixed on a connecting member (7). rotatably connected to a support member (6) integral with the frame. 2 Device according to claim 1, characterized in that the connecting member and the support member are two metal plates normally in contact with each other, the means (19) being provided to spread in one direction chose the connecting plate from the plate of

1 i support.

3 Device according to claim 2, characterized in that

said plates are substantially horizontal.

4 Device according to any one of claims 2 and 3,

characterized in that the connecting plate is mounted on the support plate by means of at least two opposing elastic members each

to a cylinder relative to the direction of orientation.

Device according to claim 4, characterized in that the resilient members comprise a stud (10) traversing with play one of the plates and screwed into the other plate, with the interposition of elements

compressible (11).

6 Device according to claim 5, characterized in that said compressible elements comprise a stack of Belleville washers.

7 Device according to any one of claims 5 and 6,

characterized in that the possible compression of the compressible elements is limited by a socket engaged on the stud in parallel with these elements.

8 Device according to any one of claims 4 to 7,

characterized by the fact that the body of the jack is fixed by a hole drilled in one of the plates in which is placed a piston, said hole opening into the

face of this plate vis-à-vis the other plate.

Apparatus according to any one of claims 2 to 8,

characterized in that a skirt of elastic material such as rubber is arranged around both plates to prevent penetration

of the drill bar when spreading the plates.

Device according to one of Claims 1 to 9, for

ensuring the verticality of a perforating machine whose drill head comprises at least one pair of tools rotating in the opposite direction so that the verticality of the perforating machine is ensured in the plane of rotation of the tools, by an adjustment the difference in rotation speed of the tools, _ 7 ,. characterized in that the connecting member is pivotally mounted relative to the support member about at least one horizontal axis parallel to the plane of rotation of the tools;

11 Device according to all of claims 4 and 10,

characterized in that it comprises two rows of elastic members disposed on either side of the median plane of the device parallel to the plane of

rotation of tools.