FR2559540A1 - Procede et dispositif pour le pilotage de la course de levage sur un mat ou une tour de forage - Google Patents

Abstract

IL S'AGIT DU PILOTAGE AUTOMATIQUE DE LA COURSE DE LEVAGE D'UN TRAIN DE TIGES 28 SUSPENDU A UN CABLE 22. SUIVANT L'INVENTION, POUR L'ARRET SYSTEMATIQUE DE CE TRAIN DE TIGES 28 DANS UNE POSITION DETERMINEE, ON ASSOCIE A UN PREMIER CONTROLE DE DEFILEMENT PILOTE PAR UN CAPTEUR C1 SENSIBLE PAR EXEMPLE A LA ROTATION DE LA POULIE 15 SUR LAQUELLE EST PASSE LE CABLE 22, UN DEUXIEME CONTROLE DE LOCALISATION PILOTE PAR UN CAPTEUR C2 SENSIBLE PAR EXEMPLE AU PASSAGE A UN NIVEAU DONNE DES JOINTS 29 SEPARANT DEUX A DEUX LES TIGES 28. APPLICATION PAR EXEMPLE AUX FORAGES.

Description

Procédé et dispositif pour le pilotage de la course de levage

sur un mât ou une tour de forage.

La présente invention concerne d'une manière générale les opérations liées à la manoeuvre de la garniture de forage suspendue à un mât ou à une tour de forage, notamment en ce

qui concerne la descente de celle-ci.

Ainsi qu'on le sait, une garniture de forage est essen- tiellement constituée d'un train de tiges, qui, variables en nombre et en longueur, se trouvent reliées les unes aux autres par vissage, lesdites tiges étant par exemple dotées, A cet effet, à leurs extrémités, de "joints", communément dits "tool joints", appropriés à un tel vissage, avec, en bout de la dernière, un outil de forage, et, pour sa manoeuvre la garniture de forage ainsi constituée se trouve suspendue à une poulie ou un ensemble de poulies placées en haut d'un mât ou d'une tour, sous le contrôle d'un ensemble de commande comportant un moteur de levage et au moins un frein d'arrêt, ledit ensemble de commande entralnant un treuil sur lequel est

enroulé un câble qui, passé sur ladite poulie ou ledit ensem-

ble de poulies, porte, en pratique par l'intermédiaire d'un

dispositif de mouflage, la garniture de forage.

Ainsi qu'on le sait, également, il faut de temps à autre

sortir d'un trou en cours de forage l'intégralité de la garni-

ture de forage qui s'y trouve, soit pour en changer l'outil si celui-ci est usé, soit pour pouvoir procéder, sur le trou

de forage ainsi dégagé, A l'intérieur de celui-ci, à une quel-

conque opération spécifique, telle qu'une opération d'explo-

ration ou une opération de maintenance par exemple, et, no-

tamment, A la mise en place d'un tubage ou cuvelage.

Bien entendu, la sortie ainsi effectuée de la garniture

de forage est suivie, A la reprise du forage, d'une réintro-

duction complète de celle-ci dans le trou de forage concerné, En pratique, compte tenu de la hauteur limitée du mât ou de la tour de forage, ces opérations de sortie, ou montée, et de réintroduction, ou descente, de la garniture de forage s'effectuent en fractionnant son train de tiges en tronçons

successifs formés chacun d'un nombre limité de tiges appro-

prié A ladite hauteurf

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Il faut, à chaque fois, arrêter la montée, ou la descen-

te, de la garniture de forage pour procéder, au droit d'un plancher communément appelé plancher de forage, après calage

de cette garniture de forage, à la désolidarisation, par dé-

vissage, d'un nouveau tronçon de train de tiges, ou à la so- lidarisation, par vissage, d'un tel nouveau tronçon, pour la

reconstitution de l'ensemble.

Les opérations impliquées par un tel processus, qui sont multiples, sont à ce jour usuellement contrôlées à vue par un opérateur, qui, est placé aux commandes des frein(s) et moteur de

l'ensemble de commande.

Or, compte tenu notamment de l'encombrement de l'environ-

nement, un tel opérateur n'est pas toujours aussi bien placé qu'il serait souhaitable pour apprécier exactement le niveau auquel doit être arrêtée la garniture de forage en cours de manoeuvre, notamment à la partie haute du mât ou de la tour de forage, et, bien que rare, toute erreur d'approche de sa

part nécessite, au moins, si elle n'a pas par ailleurs provo-

qué un quelconque incident ou accident, une reprise dispen-

dieuse du processus de montée, ou de descente, qui prolonge d'autant les opérations, au préjudice de la productivité de l'ensemble. En outre, dans le meilleur des cas, un tel opérateur ne peut assurer qu'à quelques centimètres près, en moyenne une

dizaine, l'arrêt & un niveau donné de la garniture de forage.

L'imprécision relative qui en résulte pour la position de la garniture de forage par rapport au plancher de forage est acceptable lorsque, comme cela est en pratique le cas, les opérations connexes de calage, et de dévissage, ou de

vissage, nécessaires au fractionnement, ou à la reconstitu-

tion, de cette garniture de forage, sont effectuées manuelle-

ment. Mais, elle rend difficile toute mécanisation de telles

opérations, au préjudice, encore, de la productivité de l'en-

semble.

Enfin, & chaque arrêt de la garniture de forage en cours

de manoeuvre, la conduite de l'ensemble de commande par le-

quel est assurée cette manoeuvre est, à l'heure actuelle, entièrement laissée & l'appréciation de l'opérateur, qui a, pour ce faire, à sa disposition, outre le frein d'arrêt, le plus souvent un frein à bande, qui est éventuellement assisté, un accélérateur, & pied, qui permet d'agir sur le moteur, et, parfois, un ralentisseur:- l.ectrique, par exemple à courant de Foucault, ou hydraulique, qui peut être mis en circuit

lorsque, par exemple pour 6conomiser le frein à bande, la né-

cessité s'en fait sentir.

Or, en pratique, de par sa position, et avec les moyens dont il dispose, l'opérateur ne peut pas, à ce jour, évaluer de manière suffisamment précise les distances ou altitudes relatives, ni les vitesses de montée ou de descente, de la

garniture de forage en cours de manoeuvre, ce qui ne lui per-

met pas, a fortiori, de les comparer efficacement aux perfor-

mances de ralentissement disponibles.

Il est donc obligé, par sécurité, de débuter un ralentis-

sement plus tôt qu'il ne serait peut-être strictement n6ces-

saire, et de le terminer par une approche du point d'arrêt

final recherché plus lente qu'il ne serait également peut-

être nécessaire.

Il en r6sulte, globalement, une dispendieuse perte de

temps, au pr6judice, toujours, de la productivité de l'ensem-

ble. Or, s'agissant d'opérations rép6titives, les pertes de

temps sont, finalement, par accumulation, importantes.

En outre, et surtout, lorsque les erreurs de manoeuvre

conduisent par exemple à un dépassement de la course disponi-

ble, il se produit inévitablement un heurt entre deux organes, soit, par exemple, en haut du mât ou de la tour de forage, entre les deux blocs constitutifs du dispositif de mouflage auquel est suspendue la garniture de forage, soit, au niveau du plancher de forage, entre le plus inférieur de ces blocs et ce plancher de forage, et ce heurt peut être suffisamment violent pour qu'il en résulte une détérioration des organes

qui en sont l'objet, voire une rupture de ceux-ci, au détri-

ment de la sécurit6 du personnel environnant de la longé-

vité du matériel, et du bon état du trou foré.

En pratique, des opérations excessivement onéreuses, de contrôle et de réparation, sont alors le plus

souvent nécessaires.

Pour une meilleure sécurité, et pour une meilleure renta-

bilité, un pilotage automatique de la course de la garniture de forage, dite ici par simple commodité, course de levage,

qu'il s'agisse d'une course de montée ou d'une course de des-

cente, est donc souhaitable.

Un tel pilotage de course est déjà connu dans des domai-

nes connexes, tel que celui par exemple des ascenseurs des-

censeurs.

I1 implique usuellement la mise en oeuvre de moyens de

contrôle, tels que capteurs, au niveau exact des arrêts re-

cherchés, en liaison par exemple avec un ou des repères sur

le mobile à arrêter.

En l'espèce, les seuls repères disponibles sur une garni-

ture de forage sont les "tool joints", ou joints entre tiges,

qui, de place en place, la ponctuent, leur diamètre étant lé-

gèrement supérieur à celui des tiges qu'ils relient.

Mettre en oeuvre, sur le plancher même de forage, des moyens de contrôle propres & la détection de ces "tool joints"

est exclu, ce plancher de forage devant être totalement déga-

gé, notamment pour la bonne exécution des opérations de cala-

ge et de dévissage ou vissage succinctement évoquées ci-des-

sus. Il est également impossible de placer de tels moyens de contrôle en dessous du plancher de forage, d'une part, parce qu'il n'y a pas là non plus de place disponible, et, d'autre part, parce que, soumis notamment à des projections de boue,

un tel endroit n'est pas prédisposé à une telle implantation.

Mettre, enfin, ces moyens de contrôle au-dessus du plan-

cher de forage ne résoudrait, au mieux, la question qu'à la

descente, et non à la montée.

Il est possible, également, de songer à reporter en hau-

teur, et par exemple au sommet du mât ou de la tour de fora-

ge, la mise en oeuvre de tels moyens de contrôle, en soumet-

tant ceux-ci au défilement d'ensemble de la garniture de fo-

rage. Mais, dans ce cas, le glissement inévitable du cable sur

la poulie, l'allongement de ce câble suivant la charge, émi-

nemment variable, qui lui est suspendue, aussi bien que l'al-

longement des tiges constituant cette charge et que la com-

pression même du mat ou de la tour de forage auquel elle est suspendue, sont autant de facteurs qui, mal contrôlés, sont

propres à engendrer un écart entre la distance d'arrêt esti-

mée à partir d'un contrôle ainsi effectué en hauteur et celle effectivement à respecter au niveau du plancher de forage, et, par d6rives successives d'une op6ration à une autre, un tel

écart peut rapidement devenir r6dhibitoire.

La pr6sente invention a d'une manière g6nérale pour ob-

jet un procédé propre à permettre un pilotage automatique ef-

fectif de la course de levage sur un mât ou une tour de fora-

ge, en obviant aux inconv6nients succinctement exposes ci-

dessus, et en conduisant en outre à d'autres avantages; elle a encore pour objet un dispositif propre à la mise en oeuvre

de ce proc6d6.

Suivant l'invention, pour l'arrêt systématique du train

de tiges en cours de manoeuvre dans une position pour laquel-

le deux tiges déterminées de celui-ci ont leur joint situ6 à

un niveau d6termin6 au-dessus du plancher de forage, on asso-

cie à un premier contrôle, dit ici par simple commodit6 con-

trôle de défilement, axé sur le défilement d'ensemble dudit

train de tiges, un deuxième contrôle, dit ici par simple com-

modit6 contrôle de localisation, qui, ax6 sur la pr6sence tour à tour des joints entre tiges au droit d'un repère donné, est propre à permettre au passage d'un tel joint au droit du

dit repère un recalage du contrôle de d6filement, et on in-

tervient en conséquence sur l'ensemble de commande.

En pratique, le capteur, ou capteur de défilement, mis en oeuvre pour le contrôle de défilement, est apte à assurer dans ses grandes lignes le pilotage recherché, le capteur, ou

capteur de localisation, mis en oeuvre pour assurer conjoin-

tement le contrôle de localisation associé n'intervenantlui, que de temps à autre, de pr6férence à chaque passage d'un joint, entre tiges, pour affinement de ce pilotages Par le recalage systématique ainsi assuré du contrôle de

défilement, toute dérive est évitée.

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Seul subsiste, éventuellement, à chaque fois, et sans

accumulation possible, le décalage pouvant résulter des glis-

sement, allongement, compression, ou autre, intervenant dans l'intervalle de temps correspondant au défilement du train de tiges sur une distance égale à celle séparant, du plancher

de forage, le capteur de localisation.

Mais cette distance peut être relativement réduite, tout en évitant toute emprise de ce capteur de localisation sur le plancher de forage, aussi bien que toute interférence de celui-ci avec le personnel et/ou les appareillages évoluant

sur ce dernier.

En pratique, le capteur de localisation peut ainsi être implanté quelques mètres seulement au-dessus du plancher de forage. De ce fait, une grande précision peut être obtenue sur le niveau d'arrêt de la garniture de forage, cette précision pouvant par exemple être de l'ordre du centimètre, et étant

en tout cas suffisante pour permettre la mise en oeuvre éven-

tuelle de moyens mécanisés.

Mais le dispositif suivant l'invention permet également,

en toute sécurité, une optimisation avantageuse des ralentis-

sements. La productivité, aussi bien que la sécurité du personnel,

s'en trouvent favorisées.

En outre, si désiré, le dispositif suivant l'invention

permet aussi la conduite de l'opération deforage proprement dite.

Ainsi qu'on le sait, celle-ci se fait usuellement par descente progressive de la garniture de forage en fonction de l'évolution de la charge suspendue, cette dernière étant à

l'image de la progression du front de taille.

Au lieu d'être effectuée manuellement, cette descente progressive de la garniture de forage peut être contrôlée

automatiquement par le dispositif suivant l'invention, celui-

ci comportant alors, à cet effet, aussi bien d'ailleurs qu'à

titre de sécurité, un capteur sensible à la charge suspendue.

Ainsi donc, le dispositif suivant l'invention est propre à une gestion optimisée de l'ensemble des activités liées à

une opération de forage.

Il est en outre avantageusement susceptible non seule-

ment d'équiper par avance les mâts ou tours de forage à venir, mais encore d'être rapporté sur ceux déjà existants, sans

perturber notablement les conditions d'exploitation de ceux-

ci.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor-

tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre

d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels:

la figure 1 est une vue schématique partielle en éléva-

tion ou en perspective de ceux des organes d'un mât ou d'une tour de forage qui sont intéressés par la présente invention; la figure 2 est un bloc diagramme d'une unité centrale

de pilotage propre à la mise en oeuvre de celle-ci.

Sur la figure 1, on a indistinctement désigné par la mê-

me référence générale 10 divers éléments de la superstructure du mât ou de la tour de forage concerné, sans y détailler celle-ci.

En effet, cette superstructure est bien connue par elle-

même, et elle ne relève pas, en soi, de la présente inven-

tion. Seul a été partiellement individualisé, sur la figure 1, le plancher 11 de la superstructure en question, communément

dit plancher de forage.

Ainsi qu'on le sait, un tel plancher de forage 11 compor-

te, localement, un évidement 12, propre au passage d'une gar-

niture de forage 13, et, en association avec cet évidement 12, sont prévus, tel que schématisé sur la figure 1, des coins 14 propres à assurer, lors des manipulations de la garniture de forage 13, le blocage en position de celle-ci, ou calage par simple coincement, par rapport au plancher de forage 11, pour suspension momentanée de cette garniture de forage 13 à ce dernier. Ainsi qu'on le sait, également, en alternative avec une telle suspension, la garniture de forage 13 peut égalemelnt

être suspendue à une poulie ou ensemble de poulies 15 mon-

tée(s) rotative(s) à la partie haute du mat ou de la tour de

forage sous le contrôle d'un ensemble de commande 16 compor-

tant un moteur de levage 17 au moins un frein d'arrêt 18, et des servomécanismes appropriés au contrôle d'un tel moteur

et d'un tel frein (non représentés sur la figure).

En pratique, deux freins d'arrêt 18, 19 sont usuellement prévus, le premier étant un frein à bande, et le second un

ralentisseur électrique ou hydraulique.

Quoi qu'il en soit, ce ou ces freins d'arrêt 18, 19 in-

terviennent-sur un arbre 20 sur lequel est calé l'arbre du moteur 17, avec intervention éventuelle d'un réducteur de vitesse, et sur lequel est également calé un treuil de levage

21 à câble 22 propre à la suspension de la garniture de fora-

ge 13.

Par exemple, et tel que représenté, le câble 22 passe d'abord sur la poulie 15, puis sur un dispositif de mouflage 23 auquel est suspendu un élévateur 24 propre à assurer la saisie de la garniture de forage 13, avant de passer sur une

poulie ou ensemble de poulies de renvoi 25 et d'être finale-

ment attelé à un bloc d'ancrage 26 solidaire de la super-

structure 10 du mât ou de la tour de forage.

Pour plus de simplicité, seule une poulie 15 est envi-

sagée ici, et il en est de même pour la poulie de renvoi 25.

Mais, en réalité, plusieurs poulies, cinq ou six par

exemple, sont à chaque fois mises en oeuvre.

Ainsi qu'on le sait, enfin, la garniture de forage 13 à manipuler est pour l'essentiel constituée d'une pluralité de tiges de forage 28 mises successivement bout à bout, avec, à l'extrémité de celles-ci, un outil de forage, non représenté,

ces tiges de forage 28 comportant chacune, pour leur solida-

risation deux à deux, disposés chacun respectivement à cha-

cune de leurs extrémités, deux embouts complémentaires, 29A,

29B,l'un mâle l'autre femelle, propres à leurs vissages res-

pectifs.

Lorsqu'ils sont en prise l'un avec l'autre, de tels em-

bouts 29A, 29B forment conjointement ce qu'il est convenu d'appeler un joint entre tiges 29, ou, plus précisément, un

"tool joint".

En pratique, un tel joint 29 a, transversalement, un

diamètre D1 nettement supérieur à celui D2 des tiges 28.

Le nombre de tiges 28 que comporte la garniture de fora-

ge 13 est variable, suivant la profondeur du trou de forage.

En outre, la longueur L d'une tige 28, prise d'un de ses embouts 29A, 29B à l'autre, peut également varier d'une tige

28 à une autre, tout en étant au voisinage d'une valeur moyen-

ne, qui est communément de l'ordre de 9 m, ou,plus rarement,

de 13 m.

La hauteur du mat ou de la tour de forage étant limitée,

la manoeuvre de la garniture de forage 13 nécessite son frac-

tionnement en tronçons successifs ne comportant qu'un nombre limité de tiges 28, -égal le plus souvent à trois, ou, plus rarement lorsque leur longueur est de l'ordre de 13 mi, à

deux.

S'agissant, par exemple, de la sortie d'une garniture de forage 13 dont les tiges 28 ont une longueur de l'ordre de

9 m, il faut, à chaque fois, et en schématisant volontaire-

ment les opérations pour plus de simplicité, extraire du trou de forage trois tiges de forage 28 successives, et, après arrêt du treuil de levage 21, placer sous lembout supérieur 29B de la quatrième tige de forage 28 les cales 14, avant de pouvoir, par dévissage, dissocier de cette dernière les trois tiges de forage 28 qui la surmontent, puis poser, à l'écart,

sur le plancher de forage 11, le tronçon de garniture de fo-

rage 13 ainsi détaché de la partie courante de celle-ci, et enfin, l'élévateur 24 étant libéré, ramener cet élévateur 24

au niveau du plancher de forage 11, pour la saisie d'un nou-

veau tronçon de garniture de forage 13.

S'agissant de la réintroduction de la garniture de fora-

ge 13 dans le trou de forage, des opérations inverses à cel-

les précédentes sont nécessaires.

A chaque fois, il s'agit d'assurer l'arrêt systématique du train de tiges dans une position pour laquelle deux tiges 28 ont ou sont susceptibles d'avoir leur joint commun 29 à un niveau déterminé NI au-dessus du plancher de forage 11, soit qu'il s'agisse d'assurer, à la montée, la dissociation d'un tel joint 29, soit, au contraire, qu'il s'agisse, à la descente, d'en assurer la reconstitution, ledit niveau NI étant par exemple pris, tel que représenté, à l'interface entre les deux embouts 29A, 29B qui le constituento

Et, à chaque fois, il faut assurer en conséquence le va-

et-vient de l'élévateur 24, avec, en outre, des courses

complémentaires d'engagement ou de dégagement pour celui-ci.

Suivant l'invention, pour un tel arrêt systématique du train de tiges de la garniture de forage 13, on associe à un

premier contrôle, dit par simple commodité contrôle de défi-

lement, axé sur le défilement d'ensemble de ce train de tiges, un deuxième contrôle, dit par simple commodité contrôle de localisation, qui, axé sur la présence tour à tour des joints

29 au droit d'un repère donné, est propre à permettre au pas-

sage d'un joint 29 au droit d'un tel repère un recalage du contrôle de défilement, et on intervient en conséquence sur

l'ensemble de commande 16.

En pratique, pour le contrôle de défilement, il est mis en oeuvre un premier capteur C1, ou capteur de défilement, qui, sensible au défilement d'ensemble du train de tiges de la garniture de forage 13 en cours de manutention, est apte

à assurer dans ses grandes lignes le pilotage recherché.

Par exemple, et tel que représenté, ce capteur C1, placé à la partie haute du mât ou de la tour de forage, est adapté à détecter la rotation de la poulie 15, celle-ci comportant par exemple, de manière usuelle, à cet effet, une série de crans régulièrement répartis sur l'un de ses flancs, et le

capteur C1 comportant un émetteur 31 et un récepteur 32 pro-

pres à la détection, par réflexion, de tels crans.

Mais, bien entendu, d'autres types de détection sont en-

visageables, par exemple par marquage et lecture optique ou

magnétique, ou encore par dynamo-tachymétrique ou arbre élec-

trique.

En variante, encore, il est possible de mesurer, à l'ai-

de d'un capteur C1 approprié, la distance séparant verticale-

ment d'un niveau repère fixe, un quelconque organe lié en

mouvement à la,arxiture de forage 13, par exemple le dispo-

sitif de mouflage 23.

Une telle disposition, qui consiste donc à caler le cap-

teur de défilement sur l'élévateur 24, a pour avantage de permettre de s'affranchir des causes d'erreur intervenant en

amont, et, en particulier, celles dues à un éventuel glisse-

ment du câble 22 sur la poulie 15, et,donc, à minimiser les

écarts à corriger.

En pratique, cependant, le capteur de défilement Ci à mettre en oeuvre peut intervenir à n'importe quel endroit de la chaîne cinématique s'étendant du treuil de levage 21 à

l'élévateur 24.

* Quoi qu'il en soit, il y a globalement, au premier or-

dre, proportionnalité entre le signal délivré par un tel cap-

teur de défilement C1 et le déplacement linéaire de la garni-

ture de forage 13, et c'est dans ce sens que ce capteur de

défilement C1 est ainsi apte à assurer dans ses grandes li-

gnes le pilotage recherché.

Conjointement, pour le contrôle de localisation prévu suivant l'invention, il est mis en oeuvre un deuxième capteur C2, ou capteur de localisation, qui, sensible à la présence

tour à tour des joints 29 au droit d'un repère donné, consti-

tué par lui-même, est apte à assurer de temps à autre un reca-

lage du signal délivré par le capteur de défilement C1, pour

affinement du pilotage recherché.

En pratique, ce capteur de localisation C2 est implanté à un niveau N2 par rapport au plancher de forage 11, distinct

du niveau d'arrêt N1 recherché, et supérieur à celui-ci.

Ce niveau N2 est en pratique de l'ordre de plusieurs mètres, cinq par exemple, pour que le capteur de localisation

C2 n'interfère en rien avec l'environnement immédiat du plan-

cher de forage 11 et soit totalement à l'abri du personnel

ou des appareillages évoluant sur celui-ci.

Tel que représenté le capteur de localisation C2 peut comporter, disposés chacun respectivement de part et d'autre de la zone de défilement de la garniture de forage 13, au

niveau N2, un émetteur 34 et un récepteur 35.

Par exemple, l'émetteur 34 peut être constitué par une

source lumineuse, et le récepteur 35 par une batterie de cel-

lules photo-électriques 36, disposées en ligne, à l'horizon-

tale, suivant un pas régulier.

Dans un tel cas, la détection recherchée se fait par

discrimination entre le nombre ni de cellules photo-électri-

ques occultées par la partie courante des tiges de forage 28, et celui n2 de celles de ces cellules photo-électriques qui

sont occultées par leurs joints 29.

De préférence, cette discrimination est pratiquée à la

base des joints 29, le capteur de localisation C2 étant pla-

cé en conséquence.

Enfin, dans la forme de réalisation représentée, un troi-

sième capteur C3, ou capteur de charge, est prévu, pour le

contrôle de la charge suspendue au dispositif de mouflage 23.

Il peut s'agir, par exemple, d'une jauge de contrainte

qui, sensible à la tension du brin mort du câble 22, est dis-

posée dans le bloc 26 assurant l'attelage de celui-ci & la

superstructure 10 du mât ou de la tour de forage.

Il peut s'agir, aussi, d'une cellule hydraulique dans

laquelle est appréciée la pression.

Lorsqu'il s'agit d'une jauge de contrainte, celle-ci peut intervenir, en variante, sur l'arbre d'une des poulies

mises en oeuvre, ou, d'une manière plus générale, en un quel-

conque endroit sensible au poids de l'ensemble.

Le dispositif de pilotage suivant l'invention comporte

par ailleurs une unité centrale de traitement 38, dans la-

quelle un comparateur 39 reçoit sur ses entrées, dment trai-

tés, les signaux délivrés par le capteur de défilement C1 et

le capteur de localisation C2.

Sur le bloc diagramme de la figure 2, il a été indiqué,

de manière conventionnelle, en traits pleins, les lignes cor-

respondant directement aux signaux en cause, et, en traits pointillés, celles correspondant aux ordres de transfert y

afférant et aux remises à zéro nécessaires.

En pratique, le signal délivré par le capteur de défile-

ment C1 est constitué par une succession de tops, ou tops de

défilement, dont l'intervalle est proportionnel;à une lon-

gueur déterminée, de l'ordre de 3 mm par exemple. -

A son entrée dans l'unité centrale de traitement 38, il est appliqué à un accumulateur décrémental 40, c'est-à-dire à

un organe, qui, initialisé au départ par la distance à par-

courir entre deux arrêts à respecter, appréciée en nombre de tops soustrait systématiquement, top par top, du nombre de

tops,dont il a ainsi été initialement chargé, les tops cons-

titutifs du signal qu'il reçoit du capteur de défilement Cl.

Corrolairement, le signal délivré par le capteur de localisation C2, qui est lui aussi en pratique constitué par une succession de tops, ou tops de localisation, en principe

un par joint 29 détecté, est appliqué à un compteur 41.

Un temporisateur 42 assure en temps utile le transfert du contenu de ce compteur 41 à un bloc de calcul 43, qui, en

fonction des données présentes dans une mémoire 44 et elles-

mêmes introduites dans celle-ci à l'aide d'un clavier 45 à la disposition de l'opérateur, telles que longueurs des tiges en course, ordre de succession de celles-ci, programme d' arrêt ou nombre de tiges à respecter entre chaque arrêt à

commander, et autres, élabore, en nombre de tops de défile-

ment, à chaque passage d'un joint 29, la distance restant nor-

malement à parcourir avant le joint 29 au droit duquel un

arrêt est effectivement à assurer. Le nombre de tops de défilement ainsi calculé est appli-

qué à un transformateur 47, qui l'affine en fonction du si-

gnal qu'il reçoit du capteur de charge C3, et donc de la valeur de la charge suspendue au dispositif de mouflage 23, d'une part, et en fonction de paramètres correcteurs, tels que température extérieure ou autres, qui y ont été également introduits à l'aide du clavier 45 ou de capteurs externes

spécifiques, d'autre part.

Au démarrage de chaque manoeuvre, le nombre de tops de défilement ainsi calculé et corrigé, qui correspond alors à la distance totale à parcourir, est appliqué à l'accumulateur

incrémental 40, pour l'initialisation nécessaire de celui-ci.

En outre, à chaque top de localisation, il est appliqué à une mémoire 48, avant d'être présenté à l'une des entrées du comparateur 39, l'ordre de transfert correspondant étant initié par le top de localisation immédiatement successif

à celui ayant initié le calcul précédent.

Ainsi qu'on le notera, le calcul du nombre de tops de défilement normalement à respecter avant le prochain arrêt à assurer est ainsi commodément effectué avec une marge de temps largement suffisante, puisque celle-ci correspond à l'intervalle de temps séparant deux tops de localisation, et

que ceux-ci sont notablement espacés.

Chaque top de défilement du signal délivré par le cap-

teur de défilement commande normalement le transfert du contenu de l'accumulateur décrémental à un bloc de calcul

propre à élaborer, en fonction de lui et d'une loi pré-

déterminée prévue au départ, la vitesse qu'il est souhaitable de faire respecter par l'ensemble de commande 16. Le comparateur 39, qui reçoit donc sur ses entrées deux nombres de tops de défilement, l'un directement apprécié à partir du signal délivré par le capteur de défilement C1, l'autre calculé, et corrigé, à chaque passage d'un-joint 29,â partir du signal délivré par le capteur de localisation C2,

compare ces deux nombres, et si, au moment de cette compa-

raison, commandée par un top de localisation dé à un joint 29, ces deux nombres sont égaux, il y a effectivement un transfert du contenu de l'accumulateur décrémental 40 au bloc

de calcul 49.

Si, en revanche, au moment de la comparaison, les deux nombres de tops de localisation reçus sur ses entrées par le comparateur 39 ne sont pas égaux, et qu'ils ne diffèrent l'un

de l'autre que par un écart inférieur à un écart donné con-

sidéré comme acceptable, le comparateur 39 délivre, à des-

tination de l'accumulateur décrémental 40, un signal de re-

calage, constitué, en pratique, par celui de ces nombres qu'il a reçu en provenance de la mémoire 48, et il s'agit donc du

nombre de tops de défilement calculé et corrigé, pour sub-

stitution de celui-ci au contenu de l'accumulateur décrémen-

tal 40, et c'est ce nombre de tops de défilement calculé et corrigé qui est alors adressé au bloc de calcul de vitesse 49. Autrement dit, la valeur en place dans l'accumulateur décrémental 40 est alors modifiée, en la corrigeant de la

valeur de la différence calculée par le comparateur 39.

Ainsi qu'on le notera, le recalage ainsi effectué n'in-

tervient au mieux qu'à chaque top de localisation pris en compte. Si l'écart entre les deux nombres de tops de défilement, calculé, et mesuré, reçus par le comparateur 39 est supérieur à l'écart considéré comme acceptable, le comparateur 39 actionne un bloc d' alarme 50, qui, propre au déclenchement éventuel d'une alarme,pilote en outre le bloc de calcul de vitesse 49, pour déclenchement d'une procédure spéciale d'

arrêt en cas de nécessité.

Dans le même but, il reçoit également le signal délivré

S par le capteur de charge C3.

Ce bloc d'alarme 50 pilote également le compteur 41,

pour invalidation, le cas échéant, d'un top de localisation.

Bien que cela soit souhaitable, pour limiter les écarts possibles, il n'est en effet pas nécessaire que le recalage

éventuel de l'accumulateur décrémental 40 intervienne systé-

matiquement à chacun des tops de localisation; il suffit en

pratique qu'il intervienne à certains au moins de ceux-ci.

Dans la forme de mise en oeuvre représentée, le bloc

d'alarme 50 pilote enfin un bloc de visualisation 51, permet-

tant aussi à l'opérateur de contrôler les données, qu'à l'ai-

de du clavier 45, il introduit dans l'unité centrale de trai-

tement 38.

Par ailleurs, l'unité centrale de traitement 38 comporte encore une horloge 52, dont les signaux sont appliqués à un

accumulateur 53.

A chaque top de défilement, le contenu de celui-ci, qui est alors à l'image de la vitesse effective de la garniture de forage 13 en cours de manoeuvre, est appliqué, avec remise à zéro concomitante, d'une part,à un comparateur de vitesse 54 recevant également la vitesse souhaitée élaborée par le bloc de calcul de vitesse 49, et, d'autre part, à une mémoire 55. A chaque top de défilement, le signal de vitesse que constitue le contenu de celle-ci est à son tour appliqué, mais avec un top de défilement de retard, à un comparateur 56, qui, recevant également le signal de vitesse que constitue

le contenu instantané de l'accumulateur 53 au top de défile-

ment en cours, délivre un signal qui, par différence, est à

l'image de l'accélération, ou de la décélération, de la gar-

niture de forage 13 en cours de manoeuvre.

Ce signal, et celui délivré par le comparateur de vites-

se 54, sont appliqués à un bloc de pilotage 55 apte au pilo-

tage recherché de l'ensemble de commande 16, ce bloc de pilotage 55 étant apte à définir en fonction des signaux qu'il reçoit, des signaux de commande tels qu'ils assurent un pilotage et un fonctionnement stable des servo-mécanismes

dudit ensemble de commande 16.

Dans ce qui précède, les divers constituants mis en

oeuvre se trouvent en pratique définis par leur fonction.

Leur réalisation pratique, qui peut d'ailleurs être très di-

verse, relève de l'homme de l'art, et elle ne sera donc pas

décrite ici.

En pratique, plusieurs programmes d'arrêt peuvent être envisagés pour l'ensemble de commande 16, correspondant

chacun à des lois de ralentissement différentes.

Il peut ainsi être prévu un ralentissement d'urgence, un ralentissement optimum standard, et un ralentissement de

sécurité, suivant les conditions observées.

Dans tous les cas, la vitesse de descente de la garni-

ture de forage 13 pourra être limitée, soit pour des raisons propres au mât ou à la tour de forage et tenant compte des performances des divers constituants de celui-ci, tels que, par exemple, plus précisément, son treuil de levage 21, soit

pour des raisons extérieures telles que le pistonnage éven-

tuel de la garniture de forage 13 dans le trou de forage en cours. De préférence, les divers constituants mis en oeuvre sont établis de manière à ce qu'en cas de défaillance de

l'un quelconque d'entre eux un arrêt de l'ensemble de com-

mande 16 soit systématiquement assuré.

De plus, par sécurité, mais de manière cependant facul-

tative, les divers capteurs mis en oeuvre peuvent eux aussi?

être doublés.

Enfin, des dispositions sont prises pour établir momen-

tanément une dérivation par rapport à un capteur dont le si-

gnal serait manifestement erroné, en remplaçant celui-ci par une valeur extrapolée à partir de sa valeut précédente, et,

dans le cas de la persistance de la perturbation ainsi en-

registrée, pour assurer, soit le déclenchement d'une alarme,

soit un arrêt systématique de l'ensemble de commande 16.

Par exemple, il n'est pas impératif que le capteur de localisation délivre effectivement un top de localisation au passage de chacun des joints 29, son intervention pouvant se trouver perturbée par la présence d'élément(s) étranger(s) au

droit d'un tel joint 29.

Comme déjà indiqué ci-dessus, il suffit, en effet, pour le recalage recherché du signal délivré par le capteur de défilement, qu'il délivre de temps à autre un signal propre

à un tel recalage.

La présente invention ne se limite d'ailleurs pas à la forme de mise en oeuvre décrite et représentée, mais englobe

toute variante d'exécution.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le pilotage automatique de la course de levage sur un mât ou une tour de forage, sur lequel un train de tiges (28) variables en nombre et en longueur se trouve suspendu à une poulie (15) sous le contrôle d'un ensemble de ccmmande (16) comportant un moteur de levage (17) et un frein

d'arrêt (18,19), caractérisé en ce que, pour l'arrêt systéma-

tique du train de tiges (28) dans une position pour laquelle deux tiges (28) déterminées ont leur joint (29) situé à un niveau (N1) déterminé audessus du plancher de forage (11), il consiste, d'une part, à associer à un premier contrôle, dit ici par simple commodité contrôle de défilement, axé sur le défilement d'ensemble du train de tige (28), un deuxième

contrôle, dit ici par simple commodité contrôle de localisa-

tion, qui, axé sur la présence tour à tour des joints (29) entre tiges (28) au droit d'un repère donné, est propre à permettre, au passage d'un tel joint (29) au droit dudit repère, un recalage du contrôle de défilement, et, d'autre

part, à faire intervenir en conséquence l'ensemble de com-

mande (16).

2. Dispositif pour le pilotage automatique de l'opéra-

tion de levage sur un mât ou une tour de forage, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, un premier capteur (C1),

ou capteur de défilement, qui, sensible au défilement d'en-

semble du train de tiges (28) en cours de manoeuvre, est apte à assurer dans ses grandes lignes le pilotage recherché, et un deuxième capteur (C2) , ou capteur de localisation, qui,

sensible à la présence tour à tour des joints (29) entre ti-

ges (28) au droit d'un repère donné, est apte à assurer de temps à autre un recalage du signal délivré par le capteur de

défilement (C1), pour affinement dudit pilotage.

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte, d'une part, un comparateur (39), qui reçoit sur ses entrées, dûment traités, les signaux délivrés par le capteur de défilement (C1) et le capteur de localisation (C2), et qui, par une sortie, pilote un accumulateur décrémental (40) recevant le signal de sortie du capteur de défilement

(C1) pour modification éventuelle du contenu dudit accumula-

teur décrémental (40) de la valeur de la différence entre lesdits signaux, et, d'autre part, un bloc de calcul de

vitesse (49) auquel est transféré le contenu de l'accumula-

teur décrémental (40) sous le contrôle du signal délivré par le capteur de défilement (C1).

4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé

en ce que, pour le traitement du signal délivré par le cap-

teur de localisation (C2), il comporte notamment un trans-

formateur (47), piloté, en particulier, par un troisième capteur (C3) sensible à la charge à laquelle est soumis 1'

élévateur (24) assurant la manoeuvre du train de tiges (28).

5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions 3, 4, caractérisé en ce que le comparateur (39) pilote également un bloc d'alarme (50), qui, pilotant lui-même le bloc de calcul de vitesse (49), est propre au déclenchement

de procédures spéciales.

6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le bloc d'alarme (50) est également piloté par le capteur (C3) sensible à la charge à laquelle est soumis 1'

élévateur (24) assurant la manoeuvre du train de tiges (28).

7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions 2 à 6, caractérisé en ce que le bloc de calcul (43) assurant le traitement du signal délivré par le capteur de localisation (C2) est sous le contrôle d'une mémoire (44) dans laquelle sont notamment pris en compte les longueurs des

tiges (28) constituant le train de tiges en cours de manoeu-

vre, l'ordre de succession de celles-ci, et le nombre de

tiges à respecter entre chaque arrêt à commander.

8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un comparateur de vitesse (54) qui reçoit sur ses entrées, d'une part un signal élaboré par un bloc de calcul de vitesse (49) en fonction de celui reçu sous le contrôle du comparateur (39) et d'une loi prédéterminée, et d'autre part un signal de vitesse, élaboré à partir d'une horloge (52) et du signal

délivré par le capteur de défilement (Cl), ledit comparateur-

de vitesse (54) pilotant un bloc de pilotage (57) apte au

pilotage recherché de l'ensemble de commande (16).

9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le bloc de pilotage (57) reçoit également d'un comparateur (56) la différence entre deux signaux de vitesse, l'un instantané, l'autre retardé, élaborés l'un et l'autre à partir de l'horloge (52) et du signal délivré par le cap-

teur de défilement (C1).

10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions 2 à 9, caractérisé en ce que le capteur de localisa-

tion (C2) est disposé à quelques mètres au-dessus du plancher

de forage (11).

11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica-

tions 2 à 10, caractérisé en ce que le capteur de localisa-

tion (C2) comporte une batterie de cellules photo-électriques

(36) disposées en ligne, à l'horizontale, suivant un pas ré-

gulier, pour discrimination entre le nombre de ces cellules qui sont occultées par la partie courante des tiges (28) et celui de ces cellules qui sont occultées par les joints (29)

entre ces tiges (28).

12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé

en ce que le capteur de localisation (C2) est placé de ma-

nière à ce que la discrimination recherchée soit pratiquée

à la base des joints (29) entre tiges (28).