Brevet FR2001198A1 — publié le 19690926

La présente invention se rapporte à l'exécution des forages déviés et elle a plus particulièrement pour objet un appareil de réglage de la déviation en azimut d'un trépan mis en rotation par un moteur, par une turbine hydraulique par exemple, 5 placé en bout du train de tiges de forâge. En turboforage, l'extrémité inférieure du train de tiges de forage est constituée par une pluralité de masses-tiges creuses raccordées bout-à-bout et à l'intérieur desquelles une boue de forage est. refoulée par une pompe placée en surface, Cet-10 te boue de forage passe ensuite dans la turbine du moteur de forage actionnant le trépan, puis elle remonte en surface à l'intérieur du passage, en général annulaire, réservé entre la paroi latérale des masses-tiges et la paroi du trou de sonde. En forage dévié, un raccord double déviateur, compre-15 nant une masse-tige creuse à l'intérieur de laquelle circule la boue de forage, et dont l'une des faces d'extrémité est oblique par rapport à l'axe du raccord, de façon à donner au forage l'inclinaison désirée, est incorporé au train de tiges de forage juste au-dessus de la turbine, de façon à incliner celle-ci d'un 20 côté, dans le plan azimutal suivant lequel le trépan est dirigé. la partie de ce raccord déviateur qui est tournée en sens opposé, par rapport à la face d'extrémité oblique du raccord et qui. constitue la surface d'appui formant le "genou" du raccord, vient s'appliquer contre la paroi du trou de sonde suivant 25 .une certaine surface de contact. Par suite, le raccord déviateur prend appui sur la paroi du trou de sonde, et il exerce dans le plan admutal du trépan un moment de flexion qui se traduit par l'application sur ce trépan d'une poussée latérale située dans ce même plan azimutal» 30 Lorsque le trou de sonde foré est de petit diamètre, de l'ordre de 230 mm par exemple, le raccord double déviateur et la turbine de forage ont, en général, un diamètre qui n'est que de très peu inférieur à celui du trépan, et qui peut être par exemple de l'ordre de 205 mm. Mais,' lorsque le diamètre du trou de 35 sonde augmente, la différence entre les diamètres du trépan d'une part, et de sa turbine et du raccord déviateur d'autre part, devient plus importante. Lorsque le diamètre du trou de sonde est, par exemple, de l'ordre de 305 mm, le diamètre extérieur du corps de la tur-40 bine hydraulique de forage, et celui du.raccord déviateur, sont 69 02030 2 2001198 tous deux très inférieurs à celui du trépan et peuvent être, par exemple, de l'ordre de 105 mm. Dans ce cas, et pour un angle de déviation du raccord déviatçur compris entre 1 et 3°, l'expérience a montré que, lorsque l'on désire modifier lé plan azi-5 mutai de l'extrémité inférieure du forage par rotation de l'extrémité supérieure du train de tiges de forage, la partie du raccord déviateur constituant son genou, et qui est cylindrique, a tendance à rouler sur la paroi du trou de sonde. le trépan ne pouvant se déplacer latéralement, e± la turbine de forage tour-10 nant librement sur son axe, ce roulement du raccord déviateur sur la paroi du trou de sonde fait bien obliquer la turbine latéralement dans le nouveau plan azimutal désiré, mais le trépan lui-même tend à prendre une direction inclinée en sens opposé. De même, lorsque le couple de forage varie, le raccord déviateur 15 tend à rouler sur la paroi du trou de sonde lorsque le train de tiges de forage se vrille ou se dévrille sur lui-même. Dans ces conditions, la déviation en azimut du trajet suivi par le trépan devient incertaine. Selon la présente invention, le raccord double dévia-20 teur dont l'une des faces d'extrémité est inclinée obliquement sur l'axe "du raccord, en vue d'imprimer une certaine déviation au forage en cours d'exécution, comporte un corps formant une surface d'appui eonvexe constituant au moins une partie de la surface du "genou" du raccord, et forme en outre d'autres sur-25 faces incurvées stabilisatrices pouvant venir en contact aveo la paroi du trou de sonde, ces suffaees stabilisatrices étant situées de part et d'autre du plan azimutal dans lequel s'effectue la déviation imposée par le raccord déviateur, la largeur maximale de ce raccord, mesurée perpendiculairement audit plan azi-30 mutai, est de très peu inférieure au diamètre du trépan de forage utilisé ; et un dispositif permettant de fixer un moteur de forage à l'une des faces d'extrémité dudit raccord déviateur, ce dispositif étant placé de façon que le centre du moteur de forage soit situé dans ledit plan azimutal et soit excentré en direction 35 de la surface d'appui du genou du raccord par rapport au "centre de masse" du corps de ce raccord, la distance minimale entre le centre du moteur de forage et la surface d'appui du genou du raccord étant égale au rayon de la section de ce moteur. Un raccord déviateur tel que celui qui vient d'être 40 décrit a constamment tendance à glisser, et non à rouler, sur 69 02030 3 2001198 la paroi du trou de sonde, du fait de l'entrée en contact avec cette paroi de l'une ou lTautre de ses surfaces stabilisatrices, et cette tendance est plus particulièrement marquée si ces surfaces stabilisatrices, et la surface de contact du genou du rac-5 cord, forment une seule et même surface continûment incurvée» De préférence, la dimension transversale du raccord est tenue la plus large possible sans toutefois étrangler de façon inacceptable le conduit de passage de la boue de forage dans sà" remontée en surface. Dé la.sorte, les vibrations trans-10 versales pouvant prendre naissance dans le train de tiges de forage surmontant, le raccord déviateur sont amorties, au moins partiellement, avant d'être transmises au dispositif de forage. D'autre part, l'extrémité du raccord déviateur conforme à l'invention qui, en cours d'utilisation, sera son extrémité 15 supérieure, peut être cylindrique et avoir un rayon inférieur à celui de la surface incurvée formant le genou du raccord, ceci en vue de faciliter le repêchagesdu raccord et du moteur de forage. De préférence, cette partie d'extrémité de diamètre réduit est excentrée par rapport à la partie principale du raccord, et 20 le conduit de passage intérieur du raccord, est concentrique à ladite partie d'extrémité. le raccord déviateur conforme à l'invention peut être pris dans un tronçon de barre ronde de diamètre normalisé, ce diamètre n'étant que légèrement inférieur à celui du trou de 25 sonde, la face incurvée du raccord opposée à celle formant son genou étant ensuite taillée par usinage à la formé désirée pour ménager un passage au courant de boue de forage remontant en surface• En variante, le raccord déviaîeur réalisé suivant 30 l'invention peut être pris dans un tronçon de barre ronde de diamètre normalisé, ce diamètre étant notablement inférieur" à celui du trou de sonde, pour que le refoulement en surface de la boue de forage ne soit pas gêné de façon appréciable, la surface constituant le geiiou du raccord, et qui èst incurvée suivant 35 un rayon plus grand, étant ensuite formée par usinage. Suivant un autre mode de réalisation de 1*invention enfin, les surfaces stabilisatrices du raccord déviateur sont constituées par des tronçons de masses-tiges fixés sur le corps du raccord. 40 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'in 69 02030 4 2001198 vention ressortiront encore de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif, et avec référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation d'un raccord dé-5 viateur conforme à l'invention ; - la,figure 2 est une vue en plan du raccord de la figure 1 représenté en position dans un trou de sonde ; - la figure 3 est une vue en plan d'un raccord déviateur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 10 - la figure 4 est une vue en plan d'un raecord dévia teur conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en élévation d*un raccord déviateur conforme à un quatrième mode de réalisation de 1»invention j et 15 - la figure 6 est une vue en plan du raccord montré dans la figure 5. Le raccord déviateur représenté sur les figures 1 et 2 convient pour le forage de trous de sonde de 310 mm de diamètre, exécuté à l'aide d'un moteur de forage de"205 mm de dia-20 mètre extérieur. Ce raccord comporte un corps 1 de forme générale cylindrique, dont l'une des faces d'extrémité 2 est inclinée obliquement sur l'axe du raccord. Dans ce mode de réalisation, le raccord déviateur est pris dans un tronçon de barre . ronde de 900 mm de longueur et de 266 mm de diamètre, l'axe de 25 ce tronçon de barre passant par le point A. Une partie 3, de la surface latérale du corps 1 du raccord, dont la longueur est d'environ 300 mm, a par suite un rayon de courbure de 133 mm centré en A. La partie d*extrémité 4 du raecord est tournée, sur 600 mm environ de longueur, à un rayon de 102 mm centré aussi en 30 A, ceci pour permettre le repêchage du raccord, et un trou a-ri Al 5 de 76 mm de diamètre, centré lui aussi sur le point A, est percé .sur toute la longueur du raccord. Une surface cylindrique 6 constituant la surface d'appui incurvée formant le genou du raccord et dont la cimvexité est dirigée en sens opposé à celle 35 suivant laquelle est dirigée la face d'extrémité oblique 2 du raccord» est ensuite formée sur celui-ci. Cette surface 6 est obtenue par usinage au tour suivant un axe passant par le point B et suivant un rayon de 146 mm, c'est-à-dire de l'ordre du rayon du trou de sonde 7 mais légèrement inférieur, l'axe passant par 40 le centre B étant décalé par rapport à celui passant par le 69 02030 5 2001198 centre A et en direction du point le plus haut (sur la figure 1) de la face d'extrémité oblique du raccord, d'une distance telle que les sections de la surface 6 et de la partie d'extrémité 4 aient un plan tangent commun passant par le point C du genou du 5 raccord. De la sorte, le centre de masse du corps 1 du raccord est excentré par rapport à l'axe commun de son extrémité de repêchage 4 et de son conduit intérieur axial 5, ce qui permet d'obtenir une inclinaison plus grande de l'extrémité supérieure du moteur de forage. Ceci permet aussi d'augmenter l'obliquité 10 de la face d'extrémité du raccord et d'obtenir un meilleur contrôle de la direction azimutale du forage dévié» Il est sous-entendu que-des dispositifs, constitués en général par des filetages intérieurs, doivent être prévus pour la fixation du raccord déviateur d*une part aux masses-15 tiges et d'autre part au moteur de forage. Lorsque l'on modifie l*azimut c'est-à-dire la direction dans le plan horizontal, de la partie déviée du forage, le raccord déviateur a tendance, comme dans les appareils utilisés antérieurement, à rouler sur la paroi du trou de sonde, mais l'un 20 ou l'autre des côtés de la surface incurvée 6 du corps 1 du raccord entre alors en contact avec cette paroi, de sorte que le raccord a tendance à glisser et non à rouler sur cette paroi. Le fait, que les deux côtés de cette surface incurvée 6 prolongent tangentiellement la courbure du genou du raccord augmente 25 .cette tendance au glissement et, en outre, cette tendance est d'autant plus accusée que la largeur maximale du raccord déviateur, c'est-à-dire la distance maximale séparant les deux côtés extrêmes de sa surface 6, mesurée perpendiculairement au plan azimutal de la déviation, est plus voisine du diamètre du trou 30 de sonde, c'est-à-dire du diamètre du trépan. Un raccord déviateur tel que celui qui vient d'être décrit présente un certain nombre d'avantages : 1) du fait que la courbure de sa surface d'appui incurvée 6 est voisine de celle de la paroi du trou de sonde 7, ce 35 raccord a tendance à glisser sur cette paroi lorsqu'on modifie l'azimut de déviation du forage. Il s'ensuit que le moteur de-forage est toujours incliné et dévié dans le plan azimutal désiré, et que le contrôle de la direction de déviation du forage et du trépan s'en trouve amélioré ; 40 2) du fait que la surface d'appui de son genou est plus 69 02030 6 2001198 grande que dans les appareils déviateurs antérieurs, l'usure de ce genou, malgré les mouvements de glissement du raccord, est moindre que dans les appareils antérieurs, et les modifications de l'azimut du forage s'effectuent sans à-coups et avec moins de 5 risques d'accrochage du raccord déviateur sur les aspérités de la paroi du trou de sonde ; 3) le raccord conforme à l'invention comportant une masse excentrée importante, les vibrations en provenance du train de tiges de forage qui le surmonte sont largement atténuées, et 10 la tendance du genou du raccord à glisser sur la paroi du trou de sonde crée des forces de frottement accentuant l'amortissement de ces vibrations vers l'extrémité supérieure du moteur de forage j .• 4) la flexion imposée au moteur de forage, lorsqu*il 15 est retiré hors du trou de sonde, est diminuée du fait que les mouvements latéraux du raccord déviateur dans le plan de déviation sont limités ; 5) le raccord réalisé suivant l'invention peut être repêché aisément, malgré ses dimensions et son excentration ; 20 6) sa fabrication est peu coûteuse, du fait qu'elle ne nécessite' que des opérations d'usinage peu importantes. le moteur et le train de tiges de forage peuvent être reliés au raccord déviateur soit de la façon classique, c'est-à-dire par vissage dans les extrémités du raccord filetées inté-25 rieurement, soit à l'aide de mamelons en saillie sur les faces d'extrémité du raccord, et filetés extérieurement. Dans les deux cas, l'axe des filetages de fixation doit "etre confondu avec celui du conduit intérieur du raccord, lequel est distant" de la surface d'appui incurvée, formant le 30 genou du raccord, d'une longueur égale au rayon de la carcasse du moteur de forage, de façon que cette surface d'appui et cette carcasse aient un plan tangent commun. les figures 3 et 4 représentent deux modes de réalisation d'un raccord déviateur conforme à l'invention et convenant 35 pour le forage de trous de sonde de 312 mm de diamètre. Sur ces figures, la paroi du trou de sonde est encore désignée par la référence 7« le corps 1 au raccord déviateur de la figure 3 est pris dans un tronçon de barre ronde de 290 mm de diamètre, et la surface d'appui incurvée -10 de la partie in-40 férieure du raccord, et qui forme son genou,"est obtenu» par 69 02030 7 2001198 tournage de ce tronçon de "barre de 290 mm de diamètre au rayon de 145 mm, avec pour centre le point A. L'autre face de la partie inférieure du raccord déviateur conserve son rayo£ de courbure initial de 145 mm, centré sur le point B qui est décalé de 5 44 mm par rapport au centre A en direction du genou du raccord. De la sorte, un passage 11 est réservé à l'intérieur du trou de sonde 7, pour la remontée en surface de la boue de forage. La partie cylindrique supérieure 12 du raccord déviateur, 'dont le diamètre est de 204 mm, et le conduit intérieur 10 13 de 76 mm de diamètre, sont respectivement tournés et percés suivant un axe commun passant par le point B. A chacune de ses extrémités, le conduit intérieur "13 est de section agrandie et porte un filetage intérieur (non représenté). Le raccord déviateur de la figure 4 est lui aussi pris 15 dans un tronçon de barre ronde de 290 mm de diamètre, mais la partie inférieure de la surface d'appui incurvée formant le genou du raccord est constituée par une partie de la surface latérale de la barre ronde de départ, et elle a donc un rayon de courbure de. 145 mm, centré sur le centre A de cette barre, et deux méplats • 20 21 taillés sur le côté opposé de cette partie inférieure du raccord, délimitant entre eux et la paroi 7 du forage un passage de section appropriée,, permettant la remontée en surface de la boue de forage. La partie supérieure 23 de ce raccord déviateur est 25 •tournée à 204 mm de diamètre, avec pour centre un point B décalé, par rapport au centre A de 44 mm en direction du genou du raccord, et le conduit intérieur 24 est lui aussi axé sur ce centre B. Les figures 5 et 6 représentent un autre mode de réalisation du raccord déviateur conforme à l'invention, dans le-30 quel le corps du raccord est simplement constitué par un tronçon de barre ronde de 204 mm de diamètre, son usinage très simple le rendant par suite peu coûteux. Suivant ce mode de réalisation, deux tronçons de masse-tige 31 ayant un développement périphérique de 120° environ sont 35 fixés sur le corps du raccord. Cës tronçons de masse-tige 31 constituent respectivement deux surfaces stabilisatrices symétriques par rapport au pian de déviation du raccord. La largeur maximale de ce raccord, mesurée perpendiculairement audit plan, est égale à la longueur du segment de droite A-A de la figure 6, et 40 l'ensemble est agencé de façon que cette longueur soit inférieure 2001198 de 12 mm environ au diamètre du trou de sonde. Le dispositif de forage est fixé à la face d'extrémité supérieure 32 perpendiculaire à l'axe du raccord, comme habituellement, au moyen d'un filetage intérieur formé dans le conduit 5 axial de passage de la "boue de forage, de sorte que son centre est décalé en direction du genou 33- du raccord, par rapport au centre de masse de ce raccord considéré dans son ensemble, ce qui a pour effet de donner une certaine inclinaison à la face i*ex-trémité supérieure du moteur de forage. 10 les tronçons de masse-tige 31 peuvent être soudés sur le raccord ou bien, en variante, seront fixés sur celui-ci au moyen de vis ou de boulons de façon qu'ils demeurent amovibles et puissent ainsi être remplacés par d'autres de diamètre différent, permettant d'utiliser le raccord dans des forages exécutés 15 à l'aide de trépans de divers diamètres. En général, il est préférable de fixer le moteur de forage à la face d'extrémité du raccord perpendiculaire à son axe, et non à aa face d'extrémité oblique, du fait que la surface d'appui du genou du raccord qui vient en contact avec la paroi 20 du trou de. sonde tend alors à se situer vers l'extrémité supérieure du raccord, l'extrémité inférieure de celui-ci, et par suite, l'extrémité supérieure du moteur de forage, étant ainsi maintenues hors de contact de la paroi du trou de sonde, ce qui diminue les risques d'endommagement du moteur. Si le moteur de 25 forage est fixé sur la face d'extrémité oblique du raccord, il doit demeurer à l'intérieur de la circonférence dont un arc constitue la section du genou du raccord. Dans le mode de réalisation des figures 5 et 6, les surfaces stabilisatrices du raccord viennent en contact avec la 30 paroi du trou de sonde sur le côté du raccord opposé à son genou et, par suite, les vibrations dans un plan perpendiculaire au segment de droite A-A sont considérablement amorties. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les va-35 riantes conformes à son esprit. 69 02030 69 02030 9 2001198 EEVENDIGATIONS 1.- Baccord double déviateur pour le forage des trous de ronde déviés, dont l'une des faces d'extrémité est inclinée obliquement sur l'axe du raccord, en vue d'imprimer une certaine dé- 5 viation à un forage en cours d'exécution, ce raccord comportant un corps formant une surface d'appui convexe constituant au moins une partie de la surface du "genou"' du raccord, et en outre d'autres surfaces incurvées, stabilisatrices pouvant venir en contact avec la paroi du trou de sonde, ces surfaces stabilisatrices 10 étant situées de part et d'autre du plan azimutal dans lequel s'effectue la déviation imposée par le raccord déviateur, la largeur maximale de ce raccord, mesurée perpendiculairement audit plan azimutal, étant de très peu inférieure au diamètre du trépan de forage utilisé ; et un dispositif permettant de fixer un mo-15 teur de forage à l'une des faces d'extrémité dudit raccord déviateur, ce dispositif étant placé de façon que le centre du moteur de forage soit situé dans ledit plan azimutal et soit excentré en direction de la surface d'appui du genou du raccord par rapport au centre de masse du corps de ce raccord, la dis-20 tance minimale entre le centre du moteur de forage et la surface d'appui du genou du raccord étant égale au rayon de la section de ce moteur. 2.- Raccord déviateur selon la Revendication 1, dans lequel le moteur de forage est fixé sur la face d'extrémité du raccord 25 opposée à sa face d'extrémité oblique. 3.- Raccord déviateur selon les Revendications 1 ou 2, dans lequel le moteur de forage est raccordé à ce raccord déviateur par un filetage. 4«- Raccord.déviateur selon la.Revendication 3, dans lequel 30 l'extrémité du raccord à laquelle est fixé le moteur de forage porte un filetage intérieur. 5.- Raccord déviateur selon les Revendications 3 ou 4, dans lequel l'axe dudit filetage est situé à une distance du genou du raecord égale au rayon extérieur de la carcasse du moteur 35 de forage. 6o- Raccord déviateur selon la Revendication 1, dans lequel les surfaces stabilisatrices sont constituées par des éléments 69 02030 10 2001198 amovibles fixés au corps du raccord. 7.- Raccord déviateur selon là Revendication 1, dans lequel les surfaces stabilisatrices et-la surface d'appui du genou du raccord forment une seule et même surface continûment incurvée. 8.- Raccord déviateur selon la Revendication 7, dans lequel ladite surface continûment incurvée est cylindrique.