Brevet FR2001620A1 — publié le 19690926

l'invention se rapporte à un procédé pour dégager le train de tiges de forage immobilisé dans le trou de sonde, à l'aide de chocs hydrauliques répétés, à haute fréquence, appliquée à la partie inférieure du train de tiges de forage, à l'aide d'un 5 dispositif vibrateur, lancé du sol dans l'intérieur du train de tiges et actionné par la circulation du fluide de forage. On connaît les dispositifs pour dégager les trains de tiges de forage immobilisés par les parois des trous dé sonde, utilisant un vibrâteur hydraulique, introduit dans l'intérieur du 10 train de tiges de forage, qui réalise une série de vibrations et d'oscillations mécaniques sur la partie inférieure du train de tiges immobilisé, le dispositif étant formé par un système de piston soupape, avec action unidirectionelle, la descente du piston étant amortie par un système d'ajutages et la fermeture du 15 circuit du fluide de forage étant réalisée à l'aide d'une soupape et d'un ressort hélicoïdal de retour. Ces dispositifs présentent le désavantage qu'en raison de l'existence des éléments de temporisation, on ne peut réaliser des chocs hydrauliques de haute fréquence, ce qui réduit l'effet 20 de dégagement de la garniture immobilisée dans le trou de sonde„ Le procédé, selon l'invention, élimine ces désavantages en ce que, pour dégager le train de tiges de forage immobilisé dans le trou de sonde, il utilise en même temps l'action mécanique des chocs de haute fréquence réalisés hydrauliquement se tradui-25 sant par des vibrations longitudinales et transversales tout le long du train de tiges de forage, et la formation successive, à la même fréquence, de différences de pression entre le fluide de l'intérieur de la garniture de forage et le fluide de l'espace annulaire du trou de sonde. 30 Le dispositif permettant la cnnduite du procédé selon l'in vention comprend un corps cylindrique à l'intérieur duquel coulisse axialement un corps cylindrique supérieur, pourvu à sa partie supérieure d'une portion épaissie, qui forme une soupape, ce corps cylindrique étant prolongé à sa partie inférieure par 35 vissage, par une seconde pièce cylindrique ayant le diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur- de la soupape formée par le corps cylindrique supérieur et ayant des parois épaissies à la partie supérieure, la paroi étant plus mince au bout inférieur dans la portion, où elle contient étanchement un 40 piston fixe, la surface duquel e-t respectivement le diamètre 6902768 2 2001620 intérieur du bout inférieur de la pièce cylindrique étant plus grands que la surface et le diamètre de la soupape, formée par le corps cylindrique supérieur, le bout du piston fixe ayant un siège de soupape, sur lequel, sous l'action du fluide de forage 5 se pose une soupape amorce, suspendue élastiquement par un ressort hélicoïdal, cette soupape et le ressort de sustentation étant montés à l'intérieur de la pièce cylindrique, soutenue sur un disque perforé et guidée par une douille de guidage, faisant partie du disque, ce qui permet que simultanément avec la 10 circulation du fluide le long de la portion intérieure du corps cylindrique, posé avec la soupape sur le siège et par l'intérieur de la pièce cylindrique actionnant sur la soupape amorce contre l'action du ressort de sustentation, la soupape amorce se pose sur son siège, formant à l'intérieur des corps cylindri-15 ques et dans la colonne de fluide de forage une pression plus forte que la pression existante du fluide sous la soupape, formée par le corps cylindrique et la soupape amorce, et en raison de la différence de diamètre entre la portion de la pièce cylindrique, mobile sur le piston fixe et le diamètre extérieur de 20 la soupape cylindrique supérieure, l'ensemble de soupapes est projeté vers le haut, jusqu'à ce que le corps cylindrique supérieur se pose sur une pièce limitative ; la soupape s'ouvrant, l'accès du fluide de forage se fait par la partie extérieure de l'ensemble mobile de soupapes, formé par les pièces vers le trou 25 de sonde ; le retour vers le bas de l'ensemble de soupapes, pour un nouveau cycle étant provoqué par la réaction reçue de la pièce limitative, pourvue d'un élément élastique ainsi que du fait de la force de poussée du fluide de forage et du poids propre de l'ensemble entier de soupapes. 30 Une forme d'exécution du dispositif en coupe longitudinale, selon l'invention est donnée ci-après en référence à la figure unique du dessin annexé, figure scindée en deux parties selon A-A pour les besoins de la représentation. Le dispositif vibrateur se compose d'un corps cylindrique 1, 35 dimensionné de sorte qu'il puisse être lancé à l'intérieur des tiges de forage, et pourvu à l'intérieur d'un seuil a et aux extrémités de deux douilles filetées b et c. A l'intérieur du corps 1, un ensemble mobile de soupapes doubles est monté, formé d'un corps cylindrique supérieur 2, pourvu 40 à sa partie supérieure d'une portion épaissie d. et d'un siège de 6902768 3 2001620 soupape je. Le corps cylindrique supérieur 2, comporte à sa partie inférieure un tenon f d'assemblage avec une seconde pièce cylindrique 3, formée d'une pièce supérieure cylindrique à parois épaisses g et une partie inférieure h à parois minces. Sous 5 la zone cylindrique à parois épaisses g, on monte une soupape amorce 4» pourvue d'une pièce de support et de guidage 5» un ressort hélicoïdal 6 et une pièce de fixation 7, la pièce de support et de guidage 5 étant pourvue d'orifices de circulation 1 et le ressort hélicoïdal 6 ayant le rôle de maintenir la soupape 10 4 en position ouverte. La portion épaisse d du corps cylindrique supérieur 2 se pose sur un siège 8 fixé sur le seuil a du corps 1. Le siège 8 est pourvu de trois anneaux élastiques d'étanché-ité 9. La partie inférieure de la pièce cylindrique 3, à savoir la 15 zone h, couvre de manière étanche un piston fixe 10 par un organe d'étancjréité hydraulique du type labyrinthe. Le piston 10 comporte à sa partie supérieure un siège jj_ sur lequel se pose la soupape 4 et de plus, il est pourvu d'un épaississement dans lequel on a ouvert quatre lumières k de circulation et formé une 20 zone filetée d'assemblage avec la douille q, un seuil ± pour fixation dans la partie supérieure dés tiges-maîtresses, constituant une pièce d'étanchéité et de guidage du dispositif. Les pièces cylindriques 2 et 3 constituent l'ensemble mobile du dispositif qui coulisse de manière axiale dans le corps 1, 25 la course étant réglable et limitée par une pièce limitative 12.. La pièce limitative 12 est formée par un noyau métallique, pourvue de trois ailettes n, d'un canal central o_ et d'une portion cylindrique ja. La pièce limitative 12 repose avec la partie inférieure de la portion cylindrique sur une pièce d'écartement 13 30 pourvue de fenêtres r pour l'écoulement du fluide de forage. Dans la douille b du corps 1, un extracteur 14 pourvu de rainures intérieures £ est assemblé par filetage. L'extracteur 14 est terminé par un tenon fileté, qui s'assemble avec la douille b et comporte à sa partie inférieure un siège dans lequel on in-35 troduit une garniture élastique d'affaiblissement 15. Le siège 8 la pièce d'écartement 13 et la garniture élastique 15 sont fixé8 à l'intérieur.du corps 1 par serrage de l'extracteur 14. .Sur la surface extérieure de la pièce d'extraction 14, un guidage élastique est monté, formé par quatre lamelles élasti-40 ques 16, un collier de serrage 17, fixé sur l'extracteur 14 par 6902768 4 2001620 vissage et une pièce supérieure 18, vissée à la partie supérieure de l'extracteur 14, pourvu d'un dégagement intérieur t pour permettre le serrage des lamelles élastiques 16. Le guidage élastique sert pour affaiblir la chute du dispositif pendant 5 l'introduction et l'extracteur 14 sert à permettre l'extraction du dispositif avec une souricière à tiges, introduite avec câble par l'intérieur de la garniture de forage. Quand la garniture de forage est coincée dans le trou de "... sonde, le vibrateur est lancé dans 1*intérieur des tiges, la vi-10 tesse de chute libre du vibrateur étant réglée par les lamelles 16 du guidage élastique. Arrivant au-dessus des tiges-maîtresses la portion cylindrique m du piston fixe entre dans le canal central des tiges-maîtresses et le seuil 1, qui a un diamètre supérieur se pose sur la partie supérieure du canal central, fer-15 mant ainsi le passage du fluide de forage par l'espace annulaire entre les tiges et le dispositif. Lorsque la circulation commence, le fluide passe successivement par l'intérieur de l'extrae-teur 14» l'extérieur dô la pièce limitative 12, l'intérieur du corps cylindrique supérieur 2, les orifices i de la pièce de 20 guidage 5 et entraîne la soupape amorce 4, qui est posée sur le siège La soupape 4 se posant sur le siège le circuit du fluide de forage est interrompu. Le choc hydraulique résultant àë transmet par le corps 1 et le piston 10 vers les tiges-maîtresses. L'accroissement de pression s'exerce aussi sur la sur-25 face intérieure de la zone h de la pièce cylindrique 3« La surface de cette zone h étant plus grande que la surface de la portion épaissie d du corps cylindrique supérieur 2, et la pression du fluide de forage dans l'espace annulaire sous le siège 8 entre l'extérieur de l'ensemble mobile de soupapes et le corps 1 30 étant égal à la pression hydrostatique, l'ensemble mobile de soupapes doubles se soulèvera du siège 8. En levant la partie épaissie d du siège 8, le tracé de circulation extérieure s'ouvre permettant au fluide de forage de passer par l'espace annulaire entre les corps cylindriques 2 et 3 et le corps 1 et de pénétrer 35 par les fenêtres k dans le canal central du piston fixe 10, continuant le circuit par le trépan et l'espace annulaire du trou de sonde vers la surface. ' Le déplacement ascendant de l'ensemble mobile de soupapes doubles est arrêté lorsque le siège e du corps cylindrique supé-40 rieur 2 frappe la partie inférieure de la pièce limitative 12. 902768 5 2001620 Le choc reçu par la pièce limitative 12 est prélevé par la garniture élastique 15 et sous l'effet de la réaction du poids propre et de l'entraînement par le fluide de forage en circulation, l'ensemble mobile de soupapes doubles est projeté vers le bas, 5 arrivant dans la position initiale, moment où le cycle se répète, le nombre de cycles étant proportionnel au débit du fluide de forage et ayant une fréquence d'environ 1200 vibrations par minute. Au moment de la fermeture de la soupape amorce 4, à cause de l'arrêt du circuit du fluide de forage, une onde de basse pres-10 sion apparaît dans la masse du fluide sous le dispositif, qui se transmet dans l'espace annulaire du trou de sonde. Les chocs hydrauliques répétés obtenus par l'interruption périodique de la circulation à haute fréquence;, avec des variations de pression relativement petites à l'intérieur de la gar-15 niture, déterminées par le poids et les surfaces de l'ensemble mobile, produisent des forces longitudinales de tension à la même fréquence, appliquées à la partie inférieure de la garniture de forage qui se transmettent axialement et non affaiblies, sur tout le tracé de la garniture, combinées avec les vibrations transver-20 sales ondulatoires et des ondes fréquentes de basse pression dans l'espace annulaire, créant des conditions optimum pour dégager le train de tiges de forage du trou de sonde. Le procédé et le dispositif, selon l'invention, présentent l'avantage qu'ils assurent le dépannage rapide et prompt de la 25 sonde par le lancement simple du dispositif dans les tiges de forage, permettant le décrochage rapide du train de tiges de forage immobilisé, par action complexe mécanique et hydraulique, à haute fréquence. 6902768 6 2001620 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour dégager un train de tiges de forage immobilisé dans un trou de sonde,.caractérisé en ce qu'il utilise simultanément l'action mécanique de chocs à haute fréquence, réa- 5 lises hydrauliquement, se traduisant par des vibrations longitudinales et "transversales le long de tout le train de forage, et la création successive à la même fréquence de différences de pression entre le fluide de l'intérieur de la garniture de forage et le fluide de l'espace annulaire du trou de sonde par l'inter-10 ruption périodique du circuit du fluide de forage en circulation à l'aide d'un dispositif vibrateur. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé par un corps cylindrique (1) à l'intérieur duquel coulisse axialement un corps 15 cylindrique supérieur (2), pourvu à sa partie supérieure d'une portion épaissie (d), qui forme une soupape, ce corps cylindrique étant prolongé à sa partie inférieure par vissage, par une seconde pièce cylindrique (3) ayant le diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur de la soupape formée par le corps cy-20 lindrique supérieur (2) et ayant des parois épaissies à la partie supérieure (g), la paroi étant plus mince au bout inférieur dans la portion (h), où elle contient étanchement un piston fixe (10), la surface duquel et respectivement le diamètre intérieur du bout inférieur de la pièce cylindrique (3) étant plus grands 2 5 que la surface et le diamètre de la soupape (_d), formée par le corps cylindrique supérieur (2) ; le bout du piston fixe (10) ayant un siège de soupape U), sur lequel, sous l'action du fluide de forage se pose une soupape amorce (4), suspendue élastique-ment par un ressort hélicoïdal (6) ; cette soupape (4) et le 3 0 ressort de sustentation (6) étant montés à l'intérieur de la piè ce cylindrique (3), soutenue sur un disque perforé (5) et guidée par une douille de guidage, faisant partie du disque (5), ce qui permet que simultanément avec la circulation du fluide le long de la portion intérieure du coi-ps cylindrique (2), posé avec la 35 soupape (d) sur le siège (8) et par l'intérieur de la pièce cylindrique (3) actionnant sur la soupape amorce (4) contre l'action du ressort de sustentation (6), la soupape amorce se pose sur son siège, formant à l'intérieur des corps cylindriques (2,3) et dans la colonne de fluide de forage une pression plus forte que la 40 pression existante du fluide sous la soupape (d), formée par le BADÔRtGINAL 6902768 7 2001620 corps cylindrique (2) et la soupape amorce (4) ; et en raison de la différence de diamètre entre la portion (h) de la pièce cylindrique (3), mobile sur le piston fixe (10) et le diamètre extérieur de la soupape cylindrique supérieure (d), l'ensemble de 5 soupapes est projeté vers le haut, jusqu'à ce que le corps cylindrique supérieur (2) se pose sur une pièce limitative (12) ; la soupape (d) s'ouvrant, l'accès du fluide de forage se fait par la partie extérieure de l'ensemble mobile de soupapes, formé par les pièces (2,3) vers le trou de sonde ; le retour vers le bas 10 de l'ensemble de soupapes (2,3), pour un nouveau cycle étant provoqué par la réaction reçue de la pièce limitative (12), pourvue d'un élément élastique (15) ainsi que du fait de la force de poussée du fluide de forage et du poids propre de l'ensemble entier de soupapes.