WO2015044004A2 - Dispositif de commande de frein d'un tambour de treuil equipant une plateforme de forage et procede pour controler un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de commande de frein d'un tambour de treuil equipant une plateforme de forage et procede pour controler un tel dispositif Download PDF

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WO2015044004A2
WO2015044004A2 PCT/EP2014/069698 EP2014069698W WO2015044004A2 WO 2015044004 A2 WO2015044004 A2 WO 2015044004A2 EP 2014069698 W EP2014069698 W EP 2014069698W WO 2015044004 A2 WO2015044004 A2 WO 2015044004A2
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Bernard IMBAULT
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/008—Winding units, specially adapted for drilling operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B66D5/00—Braking or detent devices characterised by application to lifting or hoisting gear, e.g. for controlling the lowering of loads
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    • B66D5/06—Crane, lift hoist, or winch brakes operating on drums, barrels, or ropes with radial effect
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • E21B19/084—Apparatus for feeding the rods or cables; Apparatus for increasing or decreasing the pressure on the drilling tool; Apparatus for counterbalancing the weight of the rods with flexible drawing means, e.g. cables
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
    • B66D2700/00—Capstans, winches or hoists
    • B66D2700/03—Mechanisms with latches or braking devices in general for capstans, hoists or similar devices as well as braking devices actuated electrically or by fluid under pressure

Definitions

  • the present invention relates to a brake control device and method for a drilling platform, as well as to an automatic drilling system implementing such a device.
  • the field of the invention is more particularly that of rotary table type oil drilling and / or "top drive” type drilling.
  • the "rotary” system usually comprises an injection head, a drive rod which passes through a rotary table and which is connected to a drill string, and at the end of the train, a drilling tool digging the ground.
  • the drive rod, and in fact the drill string and the tool at the end of the train, all rotate through the rotation table and an angular section of the column which is at the table, or if the table is not the means of rotation of the drilling machine, via the injection head which also serves to drive the column.
  • the invention could also be applied in the field of geothermal drilling. State of the prior art
  • the drill string which includes at its lower end the drilling tool, is hooked to a drill hook whose movement is controlled by a drilling winch.
  • the drill winch includes a brake to prevent unwanted unwinding of the winch cable.
  • the operator called the postmaster, uses a device, called a brake control, to maneuver loads or tools down into the wellbore.
  • the brake control thus makes it possible to control the speed and the deceleration of the drill hook, possibly stopping the movement of the latter.
  • the brake is a mechanical band brake.
  • This brake consists of two metal strips equipped with internal fittings fixed by bolts of copper or aluminum with embedded head. These bands are connected by a balancing bar which also distributes the braking force between the two bands and thus reduces the wear of the pads.
  • Each band wraps a rim solidary with drum. One end of each band is fixed while the other is connected via a set of cams and links to an articulated lever, - the brake control - which allows to increase the effort that one exerts on its end.
  • the brake is a disc brake.
  • the brake control is made in the form of a joystick.
  • a brake control in the form of an articulated lever - also called a brake bar - or in the form of a disc brake
  • manual control of the brake control by the station manager can lead to lack of precision in the actuation of the brake control which leads to an underperformance of the advance of drilling and premature wear of the drill bit.
  • An error of the head of post can lead to the destruction of the drilling tool, see the loss of the well.
  • An object of the invention is therefore to provide a device and a system and a method of automating the brake control.
  • US 4,187,546 discloses a drum brake including a primary brake whose function is to control the speed and deceleration of a movable muffle of the winch and to stop the movement thereof.
  • the primary brake is a drum brake manually operated by a brake control.
  • a spring is disclosed which recalls the brake drum during braking. The document teaches that this spring can be removed to release the brake manually.
  • the lever can be connected to a brake actuator assembly comprising a cylinder provided with a piston.
  • a brake actuator assembly comprising a cylinder provided with a piston.
  • the introduction of fluid into the cylinder displaces the piston, causing the brake control to move to modulate the force on the brake.
  • the force exerted by the piston on the brake control must exceed that of the spring restoring force.
  • the emergency braking is carried out by emptying the fluid contained in the cylinder into the atmosphere, which causes the piston to descend into the cylinder and then return it by the spring of the brake control. It should be noted that such an emptying of the fluid contained in the cylinder can induce risks of pollution and be toxic.
  • EP0694114 also discloses a primary brake in the form of a belt brake a priori manually operable by a brake control.
  • this brake actuator assembly comprises a lifting unit ("lift unit") connected to a lift line (“lift line”) to pull the end of the brake control to modulate the force on the brake.
  • lift unit lifting unit
  • lift line lift line
  • the lifting unit has the function of opposing the return force of the spring and thus let down the drilling winch. For this, the force exerted by the lifting unit on the brake control must exceed that of the spring restoring force on the brake control.
  • a first disadvantage of these braking devices is that they have reactivity characteristics that are difficult to reconcile with the numerous ground variations that may require a very rapid reaction, such as the crossing of a fluid inlet in the well requiring control of the device. almost instantaneous stop.
  • a break in the spring would necessarily lead to a descent without braking of the drill hook and its load, which would lead to a disaster.
  • Another disadvantage of these devices is that they require instrumentation of the brake control using more than one device. However, a control room of the head of post is often cramped.
  • An object of the invention is therefore to provide a more compact device than those of the prior art.
  • Another object of the invention is to provide a brake actuator device faster, more accurate and safer during braking and especially during an emergency braking.
  • Another object to be solved by the invention is the installation of a more transparent device for use by the site manager, ie requiring less learning by the site manager of the operation of the device. .
  • Another object that the invention proposes to solve is to propose a device arranged to operate in cooperation with the station manager.
  • the invention achieves at least one of these aims by providing a brake control device of a winch drum equipping a drilling platform operating a tool in a well, the drilling platform comprising a brake bar having a first end mechanically connected to brake bands for acting on the drum and a second end provided with a first brake control handle.
  • the brake bar can be formed as an articulated lever.
  • control device further comprises actuating means configured to be controlled and arranged to act mechanically on the brake bar and a second brake control handle arranged to slave the actuating means.
  • mechanical action on the brake bar is meant at least one active action on the brake bar, and not passive, in the direction corresponding to a use of the brake bands to brake the drum.
  • the mechanical action on the brake bar exerted by the brake control device is not of the same nature as that exerted by a spring.
  • the mechanical action of a spring on the brake bar is passive, because it depends only on the elongation and the stiffness thereof.
  • the mechanical action exerted by the brake control device is active.
  • the actuating means are arranged to act actively on the brake bar at least so that the brake bands partially prevent rotation of the drum.
  • the actuating means are arranged to act actively on the brake bar at least so that the brake bands prevent all or part of the rotation of the drum.
  • the actuating means are arranged to act actively on the brake bar so that the brake bands prevent and / or partially allow the rotation of the drum. Even more preferably, the actuating means are arranged to act actively on the brake bar so that the brake bands prevent and / or allow all or part of the rotation of the drum.
  • the actuating means are configured to be controlled to act on the brake bar at least in the direction corresponding to use of the brake bands to brake the drum.
  • the mechanical action on the brake bar exerted by the brake control device is not of the same nature as that exerted by a spring.
  • the mechanical action of a spring on the brake bar is not controlled because it depends only on the elongation and the stiffness thereof.
  • the actuating means is controlled to act on a control on the brake bar at least so that the brake bands partially prevent rotation of the drum.
  • the actuating means are arranged to act according to a control on the brake bar at least so that the brake bands prevent all or part of the rotation of the drum.
  • the actuating means are arranged according to a command on the brake bar so that the brake bands prevent and / or partially allow the rotation of the drum. Even more preferably, the actuating means are arranged to act according to a command on the brake bar so that the brake bands prevent and / or allow all or part of the rotation of the drum.
  • the actuating means are arranged to act on the brake control bar in a symmetrical manner, that is to say able to provide an action in the braking direction and a symmetrical action in the release direction of the brake bands. brakes.
  • the actuating means thus provide an automatic control of the brake control device.
  • the actuating means thus provide an automatic control of the brake bar.
  • the second control handle can be sensitive, ie it includes a sensor sensitive.
  • the control device may comprise a strain sensor for measuring a stress on the second control handle. This constraint sensor can for example be implemented by a strain gauge.
  • control device may further comprise electronic means configured to control the actuating means, from a control signal transmitted by the second brake control handle and / or information on weight conditions. suffered by the tool.
  • the information on the weight conditions experienced by the tool can be replaced or supplemented by information on differential sludge pressure conditions at the tool, and / or the maximum rotational torque conditions supported by the tool. , and / or conditions on the maximum speed of penetration of the tool into the ground, and / or operating conditions of the winch.
  • An operating condition of the winch is for example the instantaneous speed of rotation of the winch.
  • the second brake control handle is configured to emit a signal, called a handle control signal.
  • the second control handle may comprise and / or integrate an extensometric sensor arranged to generate a handle control signal at the pressure exerted on the second handle by an operator's hand.
  • the second control handle may comprise a stress sensor arranged to generate a handle control signal responsive to a force exerted on the second handle by the hand of the operator.
  • the hand of an operator can be advantageously replaced by any object arranged to exert a force and / or pressure on the second control handle.
  • an object may be a remote controlled actuator.
  • the electronic control means are arranged to slave the actuating means to a thrust force setpoint in a braking mode.
  • the braking mode is of course defined as a mode of operation of the device according to the invention in which the brake bands acting on the drum exert a force braking. In this mode, the device according to the invention partially prevents the rotation of the drum. The braking force may be such that rotation of the drum is stopped.
  • the electronic control means may furthermore be arranged to slave the actuating means to a position command of the brake bar.
  • the electronic control means may furthermore be arranged to control the actuating means at a setpoint speed of displacement of a predefined point of the brake bar.
  • a servo speed allows the operator to find sensations close to that he can have manual drilling.
  • the actuating means are supplied with electrical energy by an inverter comprising means for detecting a power failure, the electronic means being configured to control the actuating means to actuate them in the direction of the braking during operation. a power cut detection by the power cut detection means.
  • the direction of braking is of course the direction for which the device according to the invention partially prevents the rotation of the drum.
  • a part or all the different means of the device according to the invention is / are arranged / arranged to operate entirely electrically.
  • the actuating means are controlled by an electrical command - and not pneumatic.
  • the actuating means are arranged so that in a given position of the brake bar, the braking force applied by the actuating means increases when the force exerted on the tool side on the cable wound on the winch increases.
  • the actuating means comprise an electric jack.
  • the actuating means may comprise a torque motor.
  • a method for controlling a brake control of a winch drum equipping a drilling platform operating a tool in a well implementing a brake control according to the invention comprising a brake bar having a first end mechanically connected to brake bands provided to act on the drum and a second end provided with a first brake control handle, characterized in that comprises applying a mechanical force to the brake bar, the applied force being controlled to provide servo-control of the position of the brake bar and / or a thrust force exerted on the brake bar.
  • the method according to the invention further comprises a generation of a control signal for controlling the position and / or the thrust force, from a second control handle disposed substantially at the level of the second end of the brake bar.
  • the servocontrol of the control bar can be performed to control the speed of movement of a predefined point of the brake bar. A servo speed allows the operator to find sensations close to that he can have manual drilling.
  • the servo-control of the brake bar is provided by an actuator controlled from an electronic control unit arranged to process the control signal generated from the second control handle and / or information relating to operating conditions of the winch.
  • the information processed by the electronic control unit may comprise information relating to the weight applied to the tool.
  • the information processed by the electronic control unit may include information on the differential mud pressure at the tool.
  • the information processed by the electronic control unit may include information on the maximum torque rotated by the tool.
  • the information processed by the electronic control unit may comprise information on the maximum speed of penetration of the tool into the ground.
  • FIG. 1 is a schematic view of a rotary type of drilling platform
  • FIG. 2 is a schematic view of a lever and a winch used on the drilling platform along a longitudinal axis;
  • FIG. 4 is a schematic view of part of a brake control device according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic view of a part of the brake control device according to the invention.
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described subsequently isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within a sentence comprising these other characteristics), if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one feature preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • FIG. 1 It is illustrated in Figure 1 a drilling platform which is a metal tower of thirty meters in height and which is used to introduce the drill bits.
  • This drilling platform 1 comprises a derrick D allowing, via a hauling system and a drilling winch 2, maneuvers to replace bits 3 used for example, a drill string 4 on a certain height, and its storage by elements.
  • the hauling consists of a fixed muffle 5 ("crown block") which mounts on the small base of the derrick D, a movable block 6 (traveling block) and a cable C.
  • the fixed mitt 5 - or still block crown - includes a number of pulleys all having the same axis.
  • the movable block 6 comprises one pulley less than the fixed block 5.
  • the movable block 6 is balanced so as to allow high speeds of descent.
  • a lifting hook 7 is suspended after the loop 6 'of the movable block 6. The lifting hook 7 can swing freely about a horizontal fixed axis on which fits the arm of the suspension loop.
  • the drilling platform 1 comprises a mud injection head 8, a driving rod 9, also called kelly.
  • the drive rod 9 passes through a rotary table 10 and is connected to the rod train 4.
  • the drill bit 3 digs the ground.
  • the drill bit 3 is sometimes also called a drill bit.
  • These are drill collars which, screwed over the drill bit 3, bear on it; these drill collars, extended to the surface by rods, constitute the drill string, also called drill string 4.
  • the drill collars are heavy and more resistant rods than those constituting the drill string 4. They are placed directly above the bit 3. Their role is to allow to press with the drill bit 3 on the bottom of a well P and to avoid that the ordinary rods are subjected to compression during the drilling work because their resistance is much lower to withstand massive bending and tensile forces, which limits the risk of fracture and reduces friction on the walls of the well P.
  • the driving rod 9, and in fact the drill string 4 and the drill bit 3 in end of the train rotate through the injection head 8 which also serves to drive the column 4.
  • the drill string 4, which comprises at its lower end the drill bit 3, is hooked to the lifting hook 7 whose movement is controlled by the drill winch 2.
  • the drill bit 3 is provided with teeth which attack the rock of the soil S by rotating at high speed and makes it possible to grind it into small pieces.
  • the armature 11 comprises tubular elements to maintain the inner wall of the well P.
  • the tubular elements cover this wall and are fixed by cementing.
  • the tubular elements are descended under their own weight and their diameter decreases with depth.
  • a first tube is placed as soon as the drill bit 3 has drilled the surface lands and is sealed in the hole by cement.
  • a base element is attached to the flush end. All subsequent tubes are also cement-sealed at their base and their upper end suspended on the base member.
  • drilling is continued with a tool 3 whose diameter is smaller than the inside diameter of the tube column.
  • Sludge is taken from a sludge tank 12, pumped by a sludge pump 13, and sent through sludge tubes 14 to the mud injection head 8.
  • the mud injection head 8 sends out mud in the shank 4.
  • the mud pressure also helps to attack the rock of the soil S. It prevents the well P from collapsing by filling the space between the drill string 4 and the drill. reinforcement 11 and also removes the debris created by the drilling tool 3.
  • the mud and debris are raised along the well P, pass through vibrating screens that separate the mud debris.
  • the separated mud returns to the mud pool 12.
  • the mud is generally composed of water and clay and its composition varies according to the terrain crossed.
  • FIGS. 2 and 3 illustrate in more detail the drilling winch 2 of the drilling platform 1.
  • the drilling winch 2 comprises a drum 21 on which the winch cable C is wound.
  • the drilling winch 2 also comprises a brake 23 to prevent unwinding of the cable C of the winch 2.
  • the brake control 24 thus makes it possible to control the speed and the deceleration of the lifting hook 7 until possibly stopping the movement of the latter.
  • the brake 23 is a mechanical band brake 25a, 25b.
  • This brake 23 consists of two metal strips (not shown) equipped with interior fittings 26a, 26b. Each strip wraps around an integral rim 27a, 27b of the drum 21. One end of each band is fixed while the other is connected via a set of cams and links 28 to one end 29 of the articulated lever 24, -
  • the brake control 24 - which allows to increase the effort that is exerted on the other end 30 of the brake
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of a device 40 according to the invention.
  • the brake control 24, also called lever 24, or brake bar 24 is illustrated as above.
  • the brake bar 24 has its first end 29 mechanically connected to the brake bands 25a, 25b provided to act on the drum 2 and its second end 30 provided with a first control handle 31 of the brake 23.
  • the brake bar 24 is realized in the form of articulated lever.
  • the first control handle 31 is used by an operator to maneuver the loads and tools down into the well P during drilling.
  • the control device 40 further comprises actuating means 32.
  • the actuating means 32 are configured to be controlled and arranged to act mechanically on the brake bar 24.
  • the actuating means are in the form of an electric jack or torque motor.
  • the control device 40 further comprises a second brake control handle 33 arranged to control the actuating means 32.
  • the actuating means 32 thus provide an automatic control of the brake control device 40.
  • the actuating means 32 thus provide an automatic control of the brake bar 24.
  • the second control handle 33 is sensitive, that is to say that it comprises a sensitive sensor 34. It is also shown in Figure 4 a metal chain 35 allowing the operator to leave his station. When this metal chain is disposed between the brake bar 24 and the floor on which the winch 2 rests, the brake 23 completely prevents the unwinding of the cable C of the winch 2.
  • the mounting of the additional handle 33 also called the second control handle brake 33, does not prevent the establishment of the metal chain 35 to lock the brake 23 mechanically.
  • actuating means 32 are arranged so that in a given position of the brake bar 24, the braking force applied by the actuating means 32 increases when the force exerted on the side of the tool 3 on the cable C wound on the winch 2 increases.
  • the second control handle 33 comprises and integrates the extensometric sensor 34. This sensor is arranged to generate a handle control signal SI relative to the pressure exerted on the second handle 33 by a hand of an operator.
  • the control device 40 comprises electronic means 41.
  • the electronic means 41 are implemented in the form of a central unit. These electronic means 41 are configured to control the actuating means 32, from:
  • control signal SI emitted by the second brake control handle 33 called the handle signal, and / or
  • a signal S5 indicating the maximum torque supported by the tool 3 in rotation, and / or the maximum speed of penetration of the tool 3 into the ground S, measured by a signal S6 thanks to a digital sensor 42 mounted on the winch drum shaft 2.
  • the electronic control means 41 controls the actuating means 32 using a control signal S7.
  • the mechanical action exerted by the brake control device is active.
  • the actuating means 32 are arranged to act actively on the brake bar 24 so that the brake bands 25a, 25b prevent and / or allow all or part of the rotation of the drum.
  • the actuating means 32 are arranged to act according to a command on the brake bar 24 so that the brake bands 25a, 25b prevent and / or allow all or part of the rotation of the drum.
  • the actuating means are arranged to act on the brake control bar 24 symmetrically, that is to say that they are capable of providing an action in the braking direction and a symmetrical action in the direction of release of the brake.
  • the second control handle 33 thus makes it possible to measure the effort of the operator's hand and its direction for controlling the movements and the thrust force of the actuating means 32 on the brake bar 24.
  • An important advantage of this device is that it can be easily installed on all manual drilling platforms designed with winches having a brake associated with a manual control bar, with a minimum of mechanical assembly and without affecting the integrity of the equipment. initial components of the winch.
  • the hydraulic indicator 36 is instrumented to deliver two electrical signals S2 and S3 to respectively know the weight suspended on the lifting hook 7 or the weight applied to the tool 3.
  • the weight suspended on the lifting hook 7 and the weight applied to the tool 3 are known by placing a pressure sensor on the hydraulic part of the indicator 36 and an extensometer on the cable called the dead end of the drilling winch 2.
  • the central electronic unit 41 thus carries out the reading and sending of the following signals:
  • the limits not to be exceeded are transmitted by the return signal S9 may include:
  • the graphic display 43 can display in digital form, bar graph or galvanometer, all or part of the various signals SI, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9 in real time.
  • Potentiometric settings B1, B2, B3, B4 are accessible on the bottom of the color display 43 for the limit of certain parameters and auxiliary commands. These potentiometric settings make it possible to define the various limits not to be exceeded. These settings also define the weight goal on the tool and / or differential slurry pressure target on the tool.
  • the central unit 41 takes control of the actuating means 32 in association with the second brake control handle 33.
  • the device 40 is designed to carry out a drilling control of the wells, to obtain:
  • the electronic control means 41 are arranged to slave the actuating means 32 to a movement speed setpoint of the end 30 of the brake bar 24.
  • a speed control allows the operator to find sensations close to the one he can have in manual drilling. This is true in a braking mode as in the unwinding mode of the cable C.
  • the braking mode is defined as an operating mode of the device 40 according to the invention in which the brake bands 25a, 25b act on the drum 21 to exert a braking force. In this mode, the device 40 according to the invention partially prevents the rotation of the drum 21. The braking force may be such that the rotation of the drum 21 is stopped.
  • the device 40 further comprises a punch-type emergency device whose function is to cut off any servocontrol of the control bar 40 and thus allow the purely manual retraction of the control bar 40.
  • the electronic control means 41 are arranged to control the actuating means 32 at a thrust force instruction in a braking mode.
  • the electronic control means 41 are arranged to slave the actuating means 32 to a position command of the brake bar 24.
  • the actuating means 32 are supplied with energy by an inverter 44 comprising means for detecting the interruption of the power supply.
  • the electronic means 41 are configured to control the actuating means 32 to actuate them in the direction of braking during a detection of power failure by the power cut detection means.
  • the direction of braking is of course the direction for which the device 40 according to the invention partially prevents the rotation of the drum 21.
  • control device 40 may comprise alternately or in addition a stress sensor for measuring a stress on the second control handle 33.
  • This sensor For example, the constraint constraint can be implemented by a strain gauge.
  • the brake control 40 comprises a brake bar 24 having a first end 29 mechanically connected to brake bands 25a, 25b provided to act on the drum 21 and a second end 30 provided with a first brake control handle 31.
  • the method comprises:
  • the applied force being controlled to provide a servo of the position of the brake bar 24 and / or a thrust force exerted on the brake bar 24,
  • the servo-control of the brake bar 24 provided by an actuator 32 controlled from an electronic control unit 41 arranged to process the control signal generated from the second control handle S1 and / or information relating to operating conditions of the winch 2,
  • the information processed by the electronic control unit 41 comprising information relating to the weight applied to the tool 3 and / or to the differential mud pressure at the tool 3 and / or the maximum torque in rotation supported by the tool 3 and / or the maximum speed of penetration of the tool into the ground.
  • a part and / or all of the information collected by the central unit 41 may be deported to a control center remote from the platform 1.
  • the signal relating to the collected information may for example be transported over the Internet to a network. center of expertise via a cable or satellite link.
  • a control signal added to control the actuating means 32 via the central unit 41 may come from a control center remote from the platform 1.
  • the added signal may for example be carried by the network Internet.
  • the hand of an operator can be advantageously replaced by any object arranged to exert a force and / or a pressure on the second control handle 33.
  • an object can be an actuator on the control handle driven to remote.
  • the signals S2 and S3 can be advantageously used to respectively read the instantaneous weight on the tool 3 and read the parameter of the desired weight on the tool, ie the target weight on the tool, which has been set by the operator via a wheel included in the indicator 36.
  • the setting of the target weight by the operator is thus via the wheel of the indicator 36 and not via the potentiometric settings.
  • the same arrangement can be made on a device indicating the differential slurry pressure.

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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

« 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 manœuvrer 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 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 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 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 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 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 pollution et s'avérer toxique. 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 œuvre 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 œuvre 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 exiguë. Un but de l'invention est ainsi donc de proposer un dispositif de plus compact que 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 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 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 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 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 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 dans lequel les bandes de frein agissant sur le tambour exercent une force 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 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 plateforme de forage opérant un outil dans un puits, mettant en œuvre une 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 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 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 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.
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 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 . 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 œuvre 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 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 manœuvres pour remplacer des trépans 3 usés par exemple, d'un train de tiges 4 sur une certaine hauteur, et son stockage par éléments. 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 outre également un frein 23 pour empêcher le déroulement du câble C du treuil 2. Il comprend en outre une commande de frein 24, aussi appelée barre de frein 24, pour manœuvrer 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 manœuvrer 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 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 c'est à dire qu'elle comprend un capteur sensitif 34. 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 chaîne 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 - 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. 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 S9,
- 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'entraînement par rapport à la verticale.
Les limites à ne pas dépasser sont transmises par le signal de retour S9 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, S5, S6, S7, S8, S9 en temps réel .
Des réglages potentiométriques Bl, 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, - 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 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.
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 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 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 œuvre 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 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 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 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 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 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 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 apporté sur un dispositif indiquant la pression de boue différentielle.

Claims

Revendications
1. 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. 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).
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.
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.
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 œuvre 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 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).
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).
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