FR3010991A1

FR3010991A1 - Dispositif de commande de frein d’un tambour de treuil equipant une plateforme de forage et procede pour controler un tel dispositif

Info

Publication number: FR3010991A1
Application number: FR1359187A
Authority: FR
Inventors: Bernard Imbault
Original assignee: AUTELEC
Current assignee: AUTELEC
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-03-27
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: US10253580B2; DE112014004373T5; CN105579384A; CN105579384B; US20160305198A1; GB2532696B; WO2015044004A2; WO2015044004A3; GB2532696A; GB201604474D0; FR3010991B1; CA2925247A1

Abstract

Dispositif (40) de commande de frein d'un tambour de treuil (2) équipant une plateforme de forage opérant un outil dans un puits, comprenant une barre de frein (24) ayant une première extrémité (29) reliée mécaniquement à des bandes de frein prévues pour agir sur le tambour et une seconde extrémité (30) pourvue d'une première poignée de commande de frein (31). Le dispositif (40) comprend en outre des moyens d'actionnement (32) configurés pour être commandés et agencés pour agir mécaniquement sur la barre de frein et une seconde poignée de commande de frein (33) agencée pour asservir les moyens d'actionnement.

Description

- 1 - « Dispositif de commande de frein d'un tambour de treuil équipant une plateforme de forage et procédé pour contrôler un tel dispositif » Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif et procédé de commande de frein pour une plateforme de forage, ainsi qu'un système de forage automatique implémentant un tel dispositif. Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui du forage pétrolier de type « rotary table » et/ou de type « top drive ». Le système « rotary » comprend habituellement une tête d'injection, une tige d'entraînement qui passe à travers une table de rotation et qui est reliée à un train de tiges, et en bout de train, un outil de forage creusant le sol. La tige d'entraînement, et de fait le train de tiges et l'outil en bout de train, subissent tous une rotation via la table de rotation et une section angulaire de la colonne qui se trouve au niveau de la table, ou bien si la table n'est pas le moyen de rotation de la machine de forage, via la tête d'injection qui sert également à l'entraînement de la colonne. L'invention pourrait également être appliquée dans le domaine du forage géothermique.

Etat de la technique antérieur Sur une plateforme de forage, le train de tiges, qui comprend à son extrémité inférieure l'outil de forage, est accroché à un crochet de forage dont le déplacement est contrôlé par un treuil de forage. Le treuil de forage comprend un frein pour empêcher le déroulement intempestif du câble du treuil. L'opérateur, appelé chef de poste, utilise un dispositif, appelé commande de frein, pour manoeuvrer des charges ou des outils descendus dans le puits de forage. La commande de frein permet ainsi de contrôler la vitesse et la décélération du crochet de forage jusqu'à éventuellement arrêter le mouvement de celui-ci.

Sur une majorité des plateformes de forage, le frein est un frein mécanique à bandes. Ce frein est constitué de deux bandes métalliques équipées de garnitures intérieures fixées par des boulons en cuivre ou en aluminium à tête noyée. Ces bandes sont reliées par une barre d'équilibrage qui répartit également la force de freinage entre les deux bandes et réduit ainsi l'usure des patins. Chaque bande enveloppe une jante solidaire du - 2 - tambour. Une extrémité de chaque bande est fixe alors que l'autre est reliée par l'intermédiaire d'un jeu de cames et de biellettes à un levier articulé, - la commande de frein -, qui permet de démultiplier l'effort que l'on exerce sur son extrémité.

Sur d'autres plateformes de forage, le frein est un frein à disque. Dans ce cas, la commande de frein est réalisée sous la forme d'un joystick. Que ce soit via l'utilisation d'une commande de frein sous forme de levier articulé - aussi appelé barre de frein - ou sous forme de frein à disque, le contrôle manuel de la commande de frein par le chef de poste peut conduire à un manque de précision dans l'actionnement de la commande de frein qui conduit à un sous-rendement de l'avancée du forage et à une usure prématurée de l'outil de forage. Une erreur du chef de poste peut conduire à la destruction de l'outil de forage, voir à la perte du puits. La constitution du terrain variant au cours d'une étape de forage, le 15 contrôle manuel d'une commande de frein demande une attention de tous les instants, ce qui constitue par exemple un problème de sécurité dû au facteur humain. Un but de l'invention est donc de proposer un dispositif et un système ainsi qu'un procédé d'automatisation de la commande de frein. Le document US 4,187,546 divulgue un frein de tambour incluant un 20 frein primaire dont la fonction est de contrôler la vitesse et la décélération d'un moufle mobile du treuil et pour arrêter le mouvement de celui-ci. Le frein primaire est un frein à tambour manuellement actionnable par une commande de frein. Par ailleurs, il est divulgué un ressort qui rappelle le frein à tambour en freinage. Le document enseigne que ce ressort peut être 25 enlevé pour relâcher manuellement le frein. Ce document divulgue que le levier peut être connecté à un ensemble actionneur de frein comprenant un cylindre pourvu d'un piston. L'introduction de fluide dans le cylindre déplace le piston, ce qui provoque le déplacement de la commande de frein pour moduler la force sur le frein. La force exercée par le piston sur la 30 commande de frein doit dépasser celle de la force de rappel du ressort. Le freinage d'urgence s'effectue en vidant dans l'atmosphère le fluide contenu dans le cylindre, ce qui provoque une descente du piston dans le cylindre puis le rappel par le ressort de la commande de frein. Il est à noter qu'une telle vidange du fluide contenu dans le cylindre peut induire des risques de 35 pollution et s'avérer toxique. - 3 - Le document EP0694114 divulgue également un frein primaire sous la forme d'un frein à bande a priori manuellement actionnable par une commande de frein. Il y est divulgué un ressort surajouté qui rappelle le frein à bande en freinage et qui peut être enlevé pour relâcher manuellement le frein. Le levier peut être connecté à un ensemble actionneur de frein. Plus précisément, cet ensemble actionneur du frein comprend une unité de levage (« lift unit ») reliée à un câble de levage (« lift line ») pour tirer sur l'extrémité de la commande de frein pour moduler la force sur le frein. Ainsi, l'unité de levage a pour fonction de s'opposer à la force de rappel du ressort et donc de laisser descendre le treuil de forage. Pour cela, la force exercée par l'unité de levage sur la commande de frein doit dépasser celle de la force de rappel du ressort sur la commande de frein.

Un premier inconvénient de ces dispositifs de freinage est qu'ils présentent des caractéristiques de réactivité difficilement compatibles avec les nombreuses variations de terrain qui peuvent demander une réaction très rapide, telle que la traversée d'une venue de fluide dans le puits nécessitant une commande d'arrêt quasi-instantanée. De plus, une rupture du ressort entraînerait nécessairement une descente sans freinage du crochet de forage et de sa charge, ce qui conduirait à une catastrophe. Un autre inconvénient de ces dispositifs est que le ressort surajouté est dimensionné pour exercer une force de rappel suffisante pour supporter le poids maximal, poids maximal qui est mis en oeuvre lorsque le forage est le plus profond possible. Ceci implique que l'effort le plus important pour contrer cette force de rappel et laisser descendre le frein est mis en oeuvre au début du forage. Ce qui implique des efforts très important dans les débuts du forage. Plus le forage devient profond, moins la force nécessaire à la libération du frein est grande. Cela peut poser des problèmes de sécurité sur le forage à grande profondeur. Un autre inconvénient de ces dispositifs est qu'ils nécessitent d'instrumenter la commande de frein à l'aide de plus d'un appareil. Or, une cabine de contrôle du chef de poste est bien souvent exigüe. Un but de l'invention est ainsi donc de proposer un dispositif de plus compact que - 4 - ceux de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif actionneur de frein plus rapide, plus précis et plus sûr lors du freinage et tout particulièrement lors d'un freinage d'urgence. Un autre but que se propose de résoudre l'invention est l'installation d'un dispositif plus transparent à l'utilisation pour le chef de chantier, c'est à dire demandant moins d'apprentissage par le chef de chantier du fonctionnement du dispositif. Un autre but que se propose de résoudre l'invention est de proposer un dispositif agencé pour fonctionner en coopération avec le chef de poste.

Exposé de l'invention L'invention permet d'atteindre au moins l'un de ces buts en proposant un dispositif de commande de frein d'un tambour de treuil équipant une plateforme de forage opérant un outil dans un puits, la plateforme de forage comprenant une barre de frein ayant une première extrémité reliée mécaniquement à des bandes de frein prévues pour agir sur le tambour et une seconde extrémité pourvue d'une première poignée de commande de frein. La barre de frein peut être réalisée sous forme de levier articulé. Selon l'invention, le dispositif de commande comprend en outre des moyens d'actionnement configurés pour être commandés et agencés pour agir mécaniquement sur la barre de frein et une seconde poignée de commande de frein agencée pour asservir les moyens d'actionnement. On entend par action mécanique sur la barre de frein au moins une action active sur la barre de frein, et non passive, dans le sens correspondant à une utilisation des bandes de frein pour freiner le tambour. Ainsi, l'action mécanique sur la barre de frein exercée par le dispositif de commande de frein n'est pas de la même nature que celle exercée par un ressort. En effet, l'action mécanique d'un ressort sur la barre de frein est passive, car elle ne dépend que de l'élongation et de la raideur de celui-ci.

Selon l'invention, l'action mécanique exercée par le dispositif de commande de frein est active. Ainsi, les moyens d'actionnement sont agencés pour agir activement sur la barre de frein au moins de sorte que les bandes de frein empêchent en partie la rotation du tambour. De préférence, les moyens d'actionnement - 5 - sont agencés pour agir activement sur la barre de frein au moins de sorte à ce que les bandes de frein empêchent tout ou partie la rotation du tambour. De préférence, les moyens d'actionnement sont agencés pour agir activement sur la barre de frein de sorte que les bandes de frein empêchent et/ou autorisent en partie la rotation du tambour. De manière encore plus préférentielle, les moyens d'actionnement sont agencés pour agir activement sur la barre de frein de sorte à ce que les bandes de frein empêchent et/ou autorisent tout ou partie de la rotation du tambour. Les moyens d'actionnement sont configurés pour être commandés pour agir sur la barre de frein au moins dans le sens correspondant à une utilisation des bandes de frein pour freiner le tambour. Ainsi, l'action mécanique sur la barre de frein exercée par le dispositif de commande de frein n'est pas de la même nature que celle exercée par un ressort. En effet, l'action mécanique d'un ressort sur la barre de frein n'est pas commandée, car elle ne dépend que de l'élongation et de la raideur de celui-ci. Ainsi, les moyens d'actionnement sont commandés pour agir selon une commande sur la barre de frein au moins de sorte que les bandes de frein empêchent en partie la rotation du tambour. De préférence, les moyens d'actionnement sont agencés pour agir selon une commande sur la barre de frein au moins de sorte que les bandes de frein empêchent tout ou partie de la rotation du tambour. De préférence, les moyens d'actionnement sont agencés selon une commande sur la barre de frein de sorte que les bandes de frein empêchent et/ou autorisent en partie la rotation du tambour. De manière encore plus préférentielle, les moyens d'actionnement sont agencés pour agir selon une commande sur la barre de frein de sorte que les bandes de frein empêchent et/ou autorisent tout ou partie de la rotation du tambour. De préférence, les moyens d'actionnement sont agencés pour agir sur la barre de commande de frein de manière symétrique, c'est à dire aptes à fournir une action dans le sens de freinage et une action symétrique dans le sens de libération des bandes de freins. Les moyens d'actionnement procurent ainsi un contrôle automatique du dispositif de commande de frein. Les moyens d'actionnement procurent ainsi un contrôle automatique de la barre de frein. La seconde poignée de commande peut être sensitive, c'est à dire qu'elle comprend un capteur - 6 - sensitif. Alternativement ou en complément, le dispositif de commande peut comprendre un capteur de contrainte pour mesurer une contrainte sur la seconde poignée de commande. Ce capteur de contrainte peut par exemple être implémenté par une jauge de contrainte.

Avantageusement, le dispositif de commande peut en outre comprendre des moyens électroniques configurés pour commander les moyens d'actionnement, à partir d'un signal de commande émis par la seconde poignée de commande de frein et/ou d'informations sur des conditions de poids subies par l'outil. Les informations sur les conditions de poids subies par l'outil peuvent être remplacées ou complétées par des informations sur des conditions de pression de boue différentielle au niveau de l'outil, et/ou des conditions de couple maximum en rotation supporté par l'outil, et/ou des conditions sur la vitesse maximum de pénétration de l'outil dans le sol, et/ou des conditions de fonctionnement du treuil. Une condition de fonctionnement du treuil est par exemple la vitesse de rotation instantanée du treuil. C'est à dire que la seconde poignée de commande de frein est configurée pour émettre un signal, appelée signal de commande de poignée. De manière plus avantageuse, la seconde poignée de commande peut 20 comprendre et/ou intégrer un capteur extensométrique agencé pour générer un signal de commande de poignée à la pression exercée sur la seconde poignée par une main d'un opérateur. Alternativement ou en complément, la seconde poignée de commande peut comprendre un capteur de contrainte agencé pour générer un signal 25 de commande de poignée sensible à une force exercée sur la seconde poignée par la main de l'opérateur. La main d'un opérateur peut être avantageusement remplacée par tout objet agencé pour exercer une force et/ou une pression sur la seconde poignée de commande. Par exemple, un tel objet peut être un actionneur 30 piloté à distant. De préférence, les moyens électroniques de commande sont agencés pour asservir les moyens d'actionnement à une consigne de force de poussée dans un mode de freinage. Le mode de freinage est bien entendu défini comme un mode de fonctionnement du dispositif selon l'invention 35 dans lequel les bandes de frein agissant sur le tambour exercent une force -7 - de freinage. Dans ce mode, le dispositif selon l'invention empêche en partie la rotation du tambour. La force de freinage peut être telle que la rotation du tambour soit arrêtée. Avantageusement, les moyens électroniques de commande peuvent en outre en outre être agencés pour asservir les moyens d'actionnement à une consigne de position de la barre de frein. Avantageusement, les moyens électroniques de commande peuvent en outre en outre être agencés pour asservir les moyens d'actionnement à une consigne de vitesse de déplacement d'un point prédéfini de la barre de frein. Un asservissement en vitesse permet à l'opérateur de retrouver des sensations proches de celle qu'il peut avoir en forage manuel. De manière préférentielle, les moyens d'actionnement sont alimentés en énergie électrique par un onduleur comprenant des moyens de détection de coupure d'alimentation, les moyens électroniques étant configurés pour commander les moyens d'actionnement pour les actionner dans le sens du freinage lors d'une détection de coupure d'alimentation par les moyens de détection de coupure d'alimentation. Le sens du freinage est bien sûr le sens pour lequel le dispositif selon l'invention empêche en partie la rotation du tambour.

De préférence, une partie ou tous les différents moyens du dispositif selon l'invention est/sont agencée/agencés pour fonctionner entièrement de manière électrique. Ainsi, par exemple et de préférence, les moyens d'actionnement sont commandés par une commande électrique - et non pneumatique.

De préférence, les moyens d'actionnement sont agencés pour que dans une position donnée de la barre de frein, la force de freinage appliquée par les moyens d'actionnement augmente lorsque la force exercée du côté de l'outil sur le câble enroulé sur le treuil augmente. De préférence, les moyens d'actionnement comprennent un vérin 30 électrique. Avantageusement, les moyens d'actionnement peuvent comprendre un moteur-couple. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour contrôler une commande de frein d'un tambour de treuil équipant une 35 plateforme de forage opérant un outil dans un puits, mettant en oeuvre une -8 - commande de frein selon l'invention comprenant une barre de frein ayant une première extrémité reliée mécaniquement à des bandes de frein prévues pour agir sur le tambour et une seconde extrémité pourvue d'une première poignée de commande de frein, caractérisé en ce qu'il comprend une application d'une force mécanique sur la barre de frein, la force appliquée étant contrôlée pour procurer un asservissement de la position de la barre de frein et/ou d'une force de poussée exercée sur la barre de frein. Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre une génération d'un signal de commande d'asservissement de la position et/ou 10 de la force de poussée, à partir d'une seconde poignée de commande disposée sensiblement au niveau de la seconde extrémité de la barre de frein. En complément ou alternativement, l'asservissement de la barre de commande peut être réalisé pour asservir la vitesse de déplacement d'un point prédéfini de la barre de frein. Un asservissement en vitesse permet à 15 l'opérateur de retrouver des sensations proches de celle qu'il peut avoir en forage manuel. De préférence, l'asservissement de la barre de frein est procuré par un actionneur commandé à partir d'une unité électronique de commande agencée pour traiter le signal de commande généré à partir de la seconde 20 poignée de commande et/ou des informations relatives à des conditions de fonctionnement du treuil. De manière avantageuse, les informations traitées par l'unité électronique de commande peuvent comprendre des informations relatives au poids appliqué sur l'outil. 25 De manière avantageuse, les informations traitées par l'unité électronique de commande peuvent comprendre des informations sur la pression de boue différentielle au niveau de l'outil. De manière avantageuse, les informations traitées par l'unité électronique de commande peuvent comprendre des informations sur le 30 couple maximum supporté en rotation par l'outil. De manière avantageuse, les informations traitées par l'unité électronique de commande peuvent comprendre des informations sur la vitesse maximum de pénétration de l'outil dans le sol. 35 -9 - Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 est une vue schématique d'une plateforme de forage de type « rotary » ; - la figure 2 est une vue schématique d'un levier et d'un treuil utilisé sur la plateforme de forage selon un axe longitudinal ; - la figure 3 est une vue schématique du treuil selon un axe vertical ; - la figure 4 est une vue schématique d'une partie d'un dispositif de commande de frein selon l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique d'une partie du dispositif de commande de frein selon l'invention. Ces modes de réalisation étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou à différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Sur les figures un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence. Il est illustré sur la figure 1 une plateforme de forage qui est une tour métallique d'une trentaine de mètres de hauteur et qui sert à introduire les 30 mèches de forage. Cette plateforme de forage 1 comprend un derrick D permettant, par l'intermédiaire d'un système de mouflage et d'un treuil de forage 2, des manoeuvres pour remplacer des trépans 3 usés par exemple, d'un train de tiges 4 sur une certaine hauteur, et son stockage par éléments. - 10 - Le mouflage est constitué d'un moufle fixe 5 (« crown block ») qui se monte sur la petite base du derrick D, d'un moufle mobile 6 (traveling block) et d'un câble C. Le moufle fixe 5 - ou encore bloc couronne - comprend un certain nombre de poulies ayant toutes un même axe. Le moufle mobile 6 comprend une poulie de moins que le moufle fixe 5. Le moufle mobile 6 est équilibré de façon à permettre de grandes vitesses de descente. Un crochet de levage 7 se trouve suspendu après la boucle 6' du moufle mobile 6. Le crochet de levage 7 peut basculer librement autour d'un axe fixe horizontal sur lequel vient s'adapter le bras de la boucle de suspension. La plateforme de forage 1 comprend une tête d'injection de boue 8, une tige d'entraînement 9, appelée aussi kelly. La tige d'entraînement 9 passe à travers une table de rotation 10 et est reliée au train de tige 4. En bout de train, l'outil de forage 3 creuse le sol. L'outil de forage 3 est parfois aussi appelé trépan. Ce sont des masses-tiges qui, vissées au dessus de l'outil de forage 3, appuient sur celui-ci ; ces masses-tiges, prolongées jusqu'en surface par des tiges, constituent la garniture de forage, aussi appelée train de tiges 4. Les masses-tiges sont des tiges lourdes et plus résistantes que celles constituant le train de tiges 4. Elles sont placées directement au-dessus du trépan 3. Leur rôle est de permettre d'appuyer avec l'outil de forage 3 sur le fond d'un puits P et d'éviter que les tiges ordinaires soient soumises à la compression pendant le travail de forage car leur résistance sont beaucoup plus faible pour supporter des efforts massifs de flexion et de traction, ce qui limite les risques de rupture et diminue les frottements sur les parois du puits P. La tige d'entraînement 9, et de fait le train de tiges 4 et l'outil 3 en bout de train, subissent une rotation via la table de rotation 10 et une section angulaire de la colonne qui se trouve au niveau de la table de rotation 10. Dans un autre mode de réalisation, si la table de rotation 10 n'est pas le moyen de rotation de la machine de forage, la tige d'entraînement 9, et de fait le train de tiges 4 et l'outil de forage 3 en bout de train, subissent une rotation via la tête d'injection 8 qui sert également à l'entraînement de la colonne 4.

Le train de tiges 4, qui comprend à son extrémité inférieure l'outil de forage 3, est accroché au crochet de levage 7 dont le déplacement est contrôlé par le treuil de forage 2. L'outil de forage 3 est muni de dents qui attaquent la roche du sol S en tournant à grande vitesse et permet de la broyer en petits morceaux. Pour éviter l'effondrement du puits, on pose une armature 11 (« casing » en anglais). L'armature 11 comprend des éléments tubulaires pour maintenir la paroi interne du puits P. Les éléments tubulaires revêtent cette paroi et sont fixés par cimentation. Les éléments tubulaires sont descendus sous leur propre poids et leur diamètre décroît avec la profondeur. Un premier tube est posé dès que l'outil de forage 3 a foré les terrains de surface et il est scellé dans le trou par du ciment. Un élément de base est fixé sur l'extrémité affleurant. Tous les tubes suivants sont également scellés à leur base par du ciment et leur extrémité supérieure suspendue sur l'élément de base. Après tubage de la première phase de forage, le forage est poursuivi avec un outil 3 dont le diamètre est inférieur au diamètre intérieur de la colonne de tube. De la boue est prélevée dans un bassin à boue 12, pompée par une pompe à boue 13, et envoyée par des tubes à boue 14 jusqu'à la tête d'injection de boue 8. La tête d'injection de boue 8 envoie de la boue dans le train de tige 4. Cette boue lubrifie et nettoie l'outil de forage 3. La pression de boue aide également à attaquer la roche du sol S. Elle évite que le puits P ne s'effondre en remplissant l'espace entre le train de tige 4 et l'armature 11 et permet aussi de remonter les débris créés par l'outil de forage 3. La boue et les débris sont remontés le long du puits P, passent par des tamis vibrants qui séparent la boue des débris. La boue séparée retourne au bassin à boue 12. La boue est composée généralement d'eau et d'argile et sa composition varie en fonction du terrain traversé. Les figures 2 et 3 illustrent plus en détail le treuil de forage 2 de la plateforme de forage 1. Le treuil de forage 2 comprend un tambour 21 sur lequel est enroulé le câble de treuil C. Le treuil de forage 2 comprend en 35 outre également un frein 23 pour empêcher le déroulement du câble C du - 12 - treuil 2. Il comprend en outre une commande de frein 24, aussi appelée barre de frein 24, pour manoeuvrer des charges ou des outils descendus dans le puits P de forage. La commande de frein 24 permet ainsi de contrôler la vitesse et la décélération du crochet de levage 7 jusqu'à éventuellement arrêter le mouvement de celui-ci. Le frein 23 est un frein mécanique à bandes 25a, 25b. Ce frein 23 est constitué de deux bandes métalliques (non représentées) équipées de garnitures intérieures 26a, 26b. Chaque bande enveloppe une jante solidaire 27a, 27b du tambour 21. Une extrémité de chaque bande est fixe alors que l'autre est reliée par l'intermédiaire d'un jeu de cames et de biellettes 28 à une extrémité 29 du levier articulé 24, - la commande de frein 24 -, qui permet de démultiplier l'effort que l'on exerce sur l'autre extrémité 30 de la commande de frein 24. La figure 4 illustre un mode de réalisation d'un dispositif 40 selon l'invention. La commande de frein 24, aussi appelée levier 24, ou barre de frein 24 est illustrée comme précédemment. La barre de frein 24 a sa première extrémité 29 reliée mécaniquement aux bandes de frein 25a, 25b prévues pour agir sur le tambour 2 et sa seconde extrémité 30 pourvue d'une première poignée de commande 31 du frein 23. La barre de frein 24 est réalisée sous forme de levier articulé. La première poignée de commande 31 est utilisée par un opérateur pour manoeuvrer les charges et les outils descendus dans le puits P pendant le forage. Le dispositif de commande 40 comprend en outre des moyens d'actionnement 32. Les moyens d'actionnement 32 sont configurés pour être commandés et agencés pour agir mécaniquement sur la barre de frein 24. Les moyens d'actionnement sont réalisés sous forme de vérin électrique ou de moteur couple. Le dispositif de commande 40 comprend en outre une seconde poignée 30 de commande de frein 33 agencée pour asservir les moyens d'actionnement 32. Les moyens d'actionnement 32 procurent ainsi un contrôle automatique du dispositif de commande 40 de frein 23. Les moyens d'actionnement 32 procurent ainsi un contrôle automatique de la barre de frein 24. La seconde poignée de commande 33 est sensitive 35 c'est à dire qu'elle comprend un capteur sensitif 34. - 13 - Il est également représenté sur la figure 4 une chaîne métallique 35 permettant à l'opérateur de quitter son poste. Lorsque cette chaîne métallique est disposée entre la barre de frein 24 et le plancher sur lequel repose le treuil 2, le frein 23 empêche totalement le déroulement du câble C du treuil 2. Le montage de la poignée additionnelle 33, aussi appelée seconde poignée de commande de frein 33, n'empêche pas la mise en place de la chaine métallique 35 pour bloquer le frein 23 mécaniquement. Un avantage important de ce dispositif est que les moyens d'actionnement 32 sont agencés pour que dans une position donnée de la barre de frein 24, la force de freinage appliquée par les moyens d'actionnement 32 augmente lorsque la force exercée du côté de l'outil 3 sur le câble C enroulé sur le treuil 2 augmente. En référence à la figure 5, on va maintenant décrire d'autres aspects du dispositif de commande 40. Tous les éléments représentés sur la figure 4 sont également représentés sur la figure 5. La seconde poignée de commande 33 comprend et intègre le capteur extensométrique 34. Ce capteur est agencé pour générer un signal de commande de poignée Si relatif à la pression exercée sur la seconde poignée 33 par une main d'un opérateur. Le dispositif de commande 40 comprend des moyens électroniques 41. Les moyens électroniques 41 sont implémentés sous forme d'une unité centrale. Ces moyens électroniques 41 sont configurés pour commander les moyens d'actionnement 32, à partir : - du signal de commande Si émis par la seconde poignée de commande de frein 33, appelé signal de poignée, et/ou - d'informations sur des conditions de poids subies par l'outil 3 et mesurées par des signaux S2 et/ou S3 émis par un indicateur hydraulique 36, et/ou - d'une pression de boue différentielle au niveau de l'outil 3, mesurée par un signal S4, et/ou - un signal S5 indiquant le couple maximum supporté par l'outil 3 en rotation, et/ou - 14 - - la vitesse maximum de pénétration de l'outil 3 dans le sol S, mesurée par un signal S6 grâce à un capteur digital 42 monté sur l'axe de tambour de treuil 2. Les moyens électroniques de commande 41 commande les moyens d'actionnement 32 en utilisant un signal de commande S7. Selon l'invention, l'action mécanique exercée par le dispositif de commande de frein est active. Les moyens d'actionnement 32 ont agencés pour agir activement sur la barre de frein 24 de sorte que les bandes de frein 25a, 25b empêchent et/ou autorisent tout ou partie de la rotation du tambour. Les moyens d'actionnement 32 sont agencés pour agir selon une commande sur la barre de frein 24 de sorte que les bandes de frein 25a, 25b empêchent et/ou autorisent tout ou partie la rotation du tambour.

Les moyens d'actionnement sont agencés pour agir sur la barre de commande de frein 24 de manière symétrique, c'est à dire qu'ils sont aptes à fournir une action dans le sens de freinage et une action symétrique dans le sens de libération du tambour 21.

La seconde poignée de commande 33 permet donc de mesurer l'effort de la main de l'opérateur et son sens pour asservir les mouvements et la force de poussée des moyens d'actionnement 32 sur la barre de frein 24. Un avantage important de ce dispositif est qu'il peut être installé aisément sur toutes les plateformes de forage manuel conçues avec des treuils possédant un frein associé à une barre de commande manuelle, avec un minimum de montage mécanique et sans toucher à l'intégrité des éléments constituants initiaux du treuil. L'indicateur hydraulique 36 est instrumenté pour délivrer deux signaux électriques S2 et S3 pour connaître respectivement le poids suspendu sur le crochet de levage 7 ou le poids appliqué sur l'outil 3. Dans une variante de ce mode de réalisation, le poids suspendu sur le crochet de levage 7 et le poids appliqué sur l'outil 3 sont connus en plaçant un capteur de pression sur la partie hydraulique de l'indicateur 36 et un extensomètre sur le câble appelé brin mort du treuil 2 de forage. - 15 - L'unité centrale électronique 41 réalise ainsi la lecture et l'envoi des signaux suivants : - l'envoi d'un signal de gestion S8 vers un afficheur graphique 43, - la réception d'un signal de retour en provenance de l'afficheur graphique 43 d'un signal retour 59, - un calcul de vitesse de pénétration instantanée de l'outil 3 à partir du signal S6, - un calcul du poids instantané sur l'outil 3 via les signaux S2 et S3, - une gestion de sécurités et de valeurs à ne pas dépasser pour les différents paramètres de forage, - un calcul et la commande de l'asservissement des moyens d'actionnement 32 via le signal S7, - une détermination de la position angulaire de la tige d'entrainement par rapport à la verticale.

Les limites à ne pas dépasser sont transmises par le signal de retour 59 peuvent inclure : - la vitesse de pénétration maximale de l'outil 3dans le sol S, et/ou - le couple maximum supporté par l'outil 3 en rotation, et/ou - le poids maximal supporté par l'outil 3. L'afficheur graphique 43 permet de visualiser sous forme numérique, de graphe en barre ou de galvanomètre, tout ou partie des différents signaux Si, S2, S3, S4, 55, S6, S7, S8, 59 en temps réel. Des réglages potentiométriques B1, B2, B3, B4 sont accessibles sur le bas de l'afficheur couleur 43 pour la limite de certains paramètres et commandes auxiliaires. Ces réglages potentiométriques permettent de définir les différentes limites à ne pas dépasser. Ces réglages permettent aussi de définir les l'objectif de poids sur l'outil et/ou l'objectif de pression de boue différentielle sur l'outil.

En forage automatique, l'unité centrale 41 prend le contrôle des moyens d'actionnement 32 en association avec la seconde poignée de commande de frein 33. Ainsi, le dispositif 40 est conçu pour réaliser un contrôle de forage des puits, pour obtenir : - une plus grande efficacité et une usure moindre de l'outil 3, - 16 - - une plus grande qualité des parois du puits pour réduire le risque de coincement pendant la descente de l'armature 11, - une surveillance du couple maximum de rotation et de la vitesse de pénétration pour éviter des incidents de forage comme la destruction de l'outil. Les moyens électroniques de commande 41 sont agencés pour asservir les moyens d'actionnement 32 à une consigne de vitesse de déplacement de l'extrémité 30 de la barre de frein 24. Un asservissement en vitesse permet à l'opérateur de retrouver des sensations proches de celle qu'il peut avoir en forage manuel. Ceci est vrai dans un mode de freinage comme dans le mode de déroulement du câble C. Le mode de freinage est défini comme un mode de fonctionnement du dispositif 40 selon l'invention dans lequel les bandes de frein 25a, 25b agissent sur le tambour 21 pour exercer une force de freinage. Dans ce mode, le dispositif 40 selon l'invention empêche en partie la rotation du tambour 21. La force de freinage peut être telle que la rotation du tambour 21 soit arrêtée. Le dispositif 40 comprend en outre un dispositif d'urgence de type coup de poing ayant pour fonction de couper tout asservissement de la barre de commande 40 et de permettre ainsi la reprise purement manuelle de la 20 barre de commande 40. En variante de cette première variante d'asservissement, les moyens électroniques de commande 41 sont agencés pour asservir les moyens d'actionnement 32 à une consigne de force de poussée dans un mode de freinage. 25 Dans encore une autre variante de cet asservissement, les moyens électroniques de commande 41 sont être agencés pour asservir les moyens d'actionnement 32 à une consigne de position de la barre de frein 24. Les moyens d'actionnement 32 sont alimentés en énergie par un 30 onduleur 44 comprenant des moyens de détection de coupure d'alimentation électrique. Les moyens électroniques 41 sont configurés pour commander les moyens d'actionnement 32 pour les actionner dans le sens du freinage lors d'une détection de coupure d'alimentation par les moyens de détection de coupure d'alimentation. Le sens du freinage est bien sûr le - 17 - sens pour lequel le dispositif 40 selon l'invention empêche en partie la rotation du tambour 21. Dans un second mode de réalisation non représenté et uniquement décrit ici pour ses différences avec ce premier mode de réalisation le dispositif de commande 40 peut comprendre alternativement ou en complément un capteur de contrainte pour mesurer une contrainte sur la seconde poignée de commande 33. Ce capteur de contrainte peut par exemple être implémenté par une jauge de contrainte.

Il est également proposé un procédé pour contrôler une commande de frein 23 d'un tambour 21 de treuil 2 équipant une plateforme de forage 1 opérant un outil 3 dans un puits P, mettant en oeuvre une commande de frein 40 telle que décrite ci-dessus. La commande de frein 40 comprend une barre de frein 24 ayant une première extrémité 29 reliée mécaniquement à des bandes de frein 25a, 25b prévues pour agir sur le tambour 21 et une seconde extrémité 30 pourvue d'une première poignée de commande de frein 31. Le procédé comprend : - une application d'une force mécanique sur lad barre de frein 24, la force appliquée étant contrôlée pour procurer un asservissement de la position de la barre de frein 24 et/ou d'une force de poussée exercée sur la barre de frein 24, - une génération d'un signal de commande S7 d'asservissement de la position et/ou de la force de poussée, à partir d'une seconde poignée de commande 33 disposée sensiblement au niveau de la seconde extrémité 30 de la barre de frein 24, - l'asservissement de la barre de frein 24 procuré par un actionneur 32 commandé à partir d'une unité électronique de commande 41 agencée pour traiter le signal de commande généré à partir de la seconde poignée de commande Si et/ou des informations relatives à des conditions de fonctionnement du treuil 2, - les informations traitées par l'unité électronique de commande 41 comprenant des informations relatives au poids appliqué sur l'outil 3 et/ou sur la pression de boue différentielle au niveau de l'outil 3 et/ou - 18 - sur le couple maximum en rotation supporté par l'outil 3 et/ou sur la vitesse maximum de pénétration de l'outil dans le sol. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être 5 décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, dans différentes variantes, éventuellement combinables entres elles, 1) une partie et/ou l'ensemble des informations recueillies par l'unité 10 centrale 41 peut être déporté vers un centre de contrôle distant de la plateforme 1. Le signal relatif aux informations recueillies peut par exemple être transporté par le réseau Internet vers un centre d'expertise via une liaison câblée ou satellitaire. 2) un signal de commande surajouté pour commander les moyens 15 d'actionnement 32 par l'intermédiaire de l'unité centrale 41 peut provenir d'un centre de contrôle distant de la plateforme 1. Le signal surajouté peut par exemple être transporté par le réseau Internet. 3) la main d'un opérateur peut être avantageusement remplacée par 20 tout objet agencé pour exercer une force et/ou une pression sur la seconde poignée de commande 33. Par exemple, un tel objet peut être un actionneur sur la poignée de commande piloté à distant. 4) les signaux S2 et S3 peuvent être avantageusement utilisés pour lire respectivement le poids instantané sur l'outil 3 et lire le 25 paramètre du poids désiré sur l'outil, c'est à dire le poids cible sur l'outil, qui aura été réglé par l'opérateur via une molette comprise dans l'indicateur 36. En ce cas, le réglage du poids cible par l'opérateur se fait ainsi via la molette de l'indicateur 36 et non via les réglages potentiométriques. Un même aménagement peut être 30 apporté sur un dispositif indiquant la pression de boue différentielle.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (40) de commande de frein (23) d'un tambour (21) de treuil (2) équipant une plateforme de forage (1) opérant un outil (3) dans un puits (P), comprenant une barre de frein (24) ayant une première extrémité (29) reliée mécaniquement à des bandes de frein (25a, 25b) prévues pour agir sur ledit tambour et une seconde extrémité (30) pourvue d'une première poignée de commande de frein (31), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'actionnement (32) configurés pour être commandés et agencés pour agir mécaniquement sur ladite barre de frein et une seconde poignée de commande de frein (33) agencée pour asservir lesdits moyens d'actionnement.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre des moyens électroniques (41) configurés pour commander les moyens d'actionnement (32), à partir d'un signal de commande (S7) émis par la seconde poignée de commande de frein (33) et/ou d'informations sur des conditions de poids subies par l'outil.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde poignée de commande (33) intègre un capteur extensométrique (34) agencé pour générer un signal de commande de poignée (Si) sensible à la pression exercée sur ladite seconde poignée par la main d'un opérateur.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens électroniques de commande (41) sont agencés pour asservir les moyens d'actionnement (32) à une consigne de force de poussée dans un mode de freinage.- 20 -
5. Dispositif selon l'une quelconque des 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens électroniques de commande (41) sont en outre agencés pour asservir les moyens d'actionnement (32) à une consigne de position de la barre de frein (24).
6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (32) sont alimentés en énergie par un onduleur (44) comprenant des moyens de détection de coupure d'alimentation, les moyens électroniques (41) étant configurés pour commander lesdits moyens d'actionnement pour les actionner dans le sens du freinage lors d'une détection de coupure d'alimentation par lesdits moyens de détection de coupure d'alimentation.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (32) sont agencés pour que dans une position donnée de la barre de frein (24), la force de freinage appliquée par lesdits moyens d'actionnement augmente lorsque la force exercée du côté de l'outil (3) sur le câble (C) enroulé sur le treuil (2) augmente.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (32) comprennent un vérin électrique.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (32) comprennent un moteur-couple.
10.Procédé pour contrôler une commande de frein d'un tambour (21) de treuil (2) équipant une plateforme de forage (1) opérant un outil (3) dans un puits (P), mettant en oeuvre une commande de frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, ladite commande de frein comprenant une barre de frein (24) ayant une première extrémité (29) reliée mécaniquement à des bandes de frein (25a, 25b) prévues pour agir sur ledit tambour et une seconde- 21 - extrémité (30) pourvue d'une première poignée de commande de frein (31), caractérisé en ce qu'il comprend une application d'une force mécanique sur ladite barre de frein, ladite force appliquée étant contrôlée pour procurer un asservissement de la position de ladite barre de frein et/ou d'une force de poussée exercée sur ladite barre de frein.
11.Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que qu'il comprend en outre une génération d'un signal de commande (S7) d'asservissement de la position et/ou de la force de poussée, à partir d'une seconde poignée de commande (33) disposée sensiblement au niveau de la seconde extrémité (30) de la barre de frein (24).
12.Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'asservissement de la barre de frein (24) est procuré par un actionneur (32) commandé à partir d'une unité électronique de commande (41) agencée pour traiter le signal de commande généré à partir de la seconde poignée de commande (Si) et/ou des informations relatives à des conditions de fonctionnement du treuil (2).
13.Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les informations traitées par l'unité électronique de commande (41) comprennent des informations relatives au poids appliqué sur l'outil (3).
14.Procédé selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que les informations traitées par l'unité électronique de commande (41) comprennent des informations sur la pression de boue différentielle au niveau de l'outil (3).
15.Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que les informations traitées par l'unité électronique de commande (41) comprennent des informations sur le couple maximum en rotation supporté par l'outil (3).- 22 -
16.Procédé selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les informations traitées par l'unité électronique de commande (41) comprennent des informations sur la vitesse maximum de pénétration de l'outil dans le sol (S).