Brevet FR2028911A1 — publié le 19701016

La présente invention concerne l'appareillage de forage du type utilisé par exemple pour forer des puits de pétrole. Lorsqu'un puits (par exemple un puits de pétrole) est en cours de forage, il arrive parfois que des copeaux et des boues 5 métalliques, généralement en un matériau qui peut être attiré et retenu par line force magnétique, soient produits au fond du puits. Cela peut arriver par exemple pour l'une des raisons ci-après : (1) un outil de forage peut casser et il faut le réduire en petits morceaux au fond du trou, par exemple au moyen d'une fraise en 10 carbure de tungstène; (2) il peut être nécessaire de percer un trou dans le tubage du puits, par exemple en utilisant une fraise en carbure de tungstène. Il s'avère parfois impossible de retirer les copeaux et les boues métalliques simplement en les faisant évacuer hors du 15 puits par le courant de boue ascendant. C'est le cas si, par exemple : (a) le débit de boue doit être réduit ou même supprimé, par exemple parce qu'il faut procéder au remplacement de quelque partie de l'appareillage ou ajouter au train de tubes une longueur de tube 20 supplémentaire ; (b) le débit de boue est insuffisant pour ramener tous les débris métalliques à la surface. Dans le cas où ces débris ne sont pas retirés du trou, de sérieux et coûteux dommages peuvent en résulter pour le trépan. 25 Et même si la totalité des copeaux est retirée du forage dans le courant de boue ascendant, il arrive parfois qu'à la surface ces copeaux ne soient pas séparés de la boue et soient recyclés dans la pompe et renvoyés dans le forage. Lorsque l'on fore au moyen d'une turboforeuse le moteur de la turbine subit alors des avaries 30 importantes et coûteuses. En conséquence, le problème que l'invention se propose de résoudre est de munie l'appareillage de forage d'un moyen permettant de recueillir ces débris magnétiques avant qu'ils ne tombent jusqu'au voisinage de la tête de forage. 35 Pour résoudre ce problème, l'invention prévoit un appa reillage de forage qui comporte un .dispositif de collecte des débris magnétiques qui comprend un premier et un second élément tu-bulaire en un matériau amagnétique, ces éléments étant coaxiaux, COPY 70 02355 2 2028911 et une pluralité d'aimants situés entre ces éléments tubulaires avec leurs axes magnétiques orientés parallèlement à l'axe longitudinal commun aux éléments tubulaires, ces aimants et le second élément tubulaire étant disposés de façon à former entre les ai-5 mants une pluralité de gorges parallèles à l'axe longitudinal des deux éléments tubulaires. , Ce dispositif est situé de préférence à courte distance au-dessus de la tête de forage, le. premier élément tubulaire étant conçu pour être relié au train de tubes et ayant une section in-10 térieure sensiblement égale à celle du reste de ce train afin ..que le dispositif selon l'invention ne provoque aucune réduction mano-métrique ou volumétrique du fluide qui est envoyé par pompage de la surface à la tête de forage par le train de tubes. Si les aimants du dispositif sont en nombre impair, ils 15 sont disposés avec leurs pôles de même nom adjacents les uns aux autres, mais s'ils sont en nombre pair ils peuvent être disposés avec leurs pôles de noms contraires adjacents les uns aux autres. Ainsi par exemple, s'il y a quatre aimants, deux aimants diamétralement opposés peuvent être disposés avec leur pôle nord situé 20 à l'une des extrémités du dispositif tandis que les deux autres aimants diamétralement opposés ont leur pôle nord tourné vers l'autre extrémité du dispositif. Il est préférable que le dispositif selon l'invention ait une longueur substantielle, comprise par exemple entre trente 25 et quatre-vingt-dix centimètres. En conséquence, il sera normalement nécessaire que chaque aimant soit constitué de plusieurs éléments magnétiques, par exemple quatre, disposés magnétiquement en série. En d'autres termes, par exemple, tous les pôles nord de ces éléments magnétiques, ou tous leurs pôles sud sont tournés vers 30 la tête de forage. Il peut par exemple y avoir trois aimants dans le dispositif; il y a donc, dans ce cas, également trois gorges entre aimants. Si les aimants sont disposés de façon que leurs pôles de même nom soient adjacents les uns aux autres, il est préférable 35 que des embouts polaires soient prévus, un à chaque extrémité des aimants, ces embouts ayant une forme annulaire et étant soudés en position autour du premier élément tubulaire. Des épaulements peuvent être prévus sur ce dernier pour positionner les embouts, l'un de ceux-ci constituant bien entendu le pôle nord de l'ensemble du COPY 70 02355 3 2028911 ! système magnétique, l'autre son pôle sud. Puisque le premier élément tubulaire doit transmettre le couple de rotation à la tête de forage, il est préférable qu'il soit en un matériau amagnétique et qu'il ait les mêmes dimensions 5 et propriétés que le reste du train de tubes. Pour que le premier élément tubulaire reçoive le système magnétique, il est préférable que cet élément comporte un tronçon central dont le diamètre extérieur est plus petit que de part et d'autre de ce tronçon, ce tron-10 çon ayant une longueur plus grande que celle du système magnétique, de sorte qu'à chaque extrémité de ce dernier il y a une gorge annulaire' entre l'un des embouts et l'épaulement correspondant ménagé sur le premier élément tubulaire. Il est préférable que le second élément tubulaire soit 15 en acier inoxydable et que par emboutissage il épouse la forme des aimants après que ceux-ci aient été mis en place autour du premier élément tubulaire. Les embouts polaires ont une forme qui, de préférence, est conçue pour recevoir les extrémités du second élément tubulaire. Après l'emboutissage, ce dernier est soudé aux embouts 20 et maintient ainsi l'ensemble du système magnétique convenablement positionné. Pour renforcer le dispositif selon l'invention, des bandes en m matériau amagnétique peuvent être soudées sur l'élément tubulaire en acier inoxydable, dans le fond de chacune des gorges 25 longitudinales, les deux extrémités de ces bandes étant soudées aux embouts. Trois exemples d'exécution de l'invention sont décrits ci-après avec référence au dessin schématique sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale au 30 travers d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention , - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la fig. 1, dans la direction indiquée par les flèches , 35 - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale au travers d'une seconde forme d'exécution du dispositif selon l'invention , - la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne B-B de la fig. 3, dans la direction indiquée par les flèches COPY 70 02355 4 2028911 - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, suivant la ligne D-O-D tracée sur la fig. 6, dans la direction des flèches, et 5 - la figure 6 est une vue en coupe transversale suivant la ligne C-G de la fig. 5, dans la direction indiquée par les flèches . En se référant maintenant aux fig. 1 et 2, on voit que l'ensemble représenté comprend un premier élément tubulaire 1 en 10 forme générale d'haltère. Cet élément est en un matériau amagnétique et" ai "un alésage relativement grand 10 capable de laisser passer toute la pression et tout le débit de la pompe à boue. Une extrémité de cet élément, l'extrémité 11, est filetée, tandis que son autre extrémité, l'extrémité 12, est taraudée. L'élément peut 15 ainsi être raccordé au train de tubes utilisé. Le diamètre extérieur de deux tronçons 13 et 14 est équivalent au diamètre extérieur des parties adjacentes du train de tubes, et le diamètre intérieur de l'alésage 10 est le même que le diamètre intérieur des autres parties de ce train. 20 L'élément 1 comporte un tronçon central 15 de diamètre extérieur réduit présentant deux épaulements inclinés 16 et 17 auxquels sont soudés des embouts polaires 2 et 20 en acier doux, un embout à chaque épaulement. Chaque embout est composé de deux moitiés soudées ensemble après assemblage, comme on peut le voir 25 en 21 et 22 à la fig. 2 dans le cas de l'embout 20. Les embouts comportent chacun un évidement circonférentiel 23 ou 24 et trois rainures radiales, comme on peut en voir deux par exemple en 25 et 26. Trois aimants 31, 32 et 33 sont répartis uniformément autour de l'élément tubulaire 1; ils sont disposés avec leurs pôles 30 de même nom adjacents. Chaque aimant est composé de quatre éléments magnétiques disposés magnétiquement en série dans le sens de la longueur du dispositif. Dans le cas de l'aimant 31, les quatre éléments 34, 3 5» 36 et 37 sont visibles à la fig. 1, et il doit être entendu que tous les éléments magnétiques ont le même pôle, 35 par exemple leur pôle nord, placé du côté droit lorsque l'on regarde le dessin. Ainsi, tous les pôles nord des aimants sont en contact avec l'embout polaire 20, tandis que tous leurs pôles sud sont en contact avec l'embout polaire 2, de sorte que le flux maCOPY 70 02355 5 2028911 gnétique extérieur est réparti uniformément autour de la circonférence du dispositif et s'étend dans l'espace en une série de lignes allant d'un embout polaire à l'autre, parallèlement à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire 1. 5 Les aimants sont entourés par un tube 4 en acier inoxy dable amagnétique, auquel on a fait épouser par emboutissage le contour extérieur des aimants pour former trois gorges longitudinales 41, 42 et 43. Il doit être entendu que le diamètre intérieur initial du tube 4 est légèrement plus grand que le diamètre exté-10 rieur, des tronçons 13 et 14 et des embouts 2 et 20, de sorte que l'on peut faire pénétrer dans ce tube l'élément tubulaire 1 par l'un de ses deux embouts et le faire coulisser dans le tube 4 jusqu'à ce que ce dernier soit correctement positionné autour des aimants avant l'emboutissage. Lorsque cette opération est ache-15 vée, on soude le tube en acier inoxydable 4 aux embouts 2 et 20, en 44 et 45. Afin de renforcer le dispositif, une bande amagnétique 5 est soudée au tube 4 ainsi qu'aux embouts 2 et 20 dans chacune des gorges 41, 42 et 43. Lorsque le dispositif selon l'invention est associé à un train de tubes, les débris magnétiques 20 se trouveront attirés magnétiquement aux embouts polaires et, sous l'effet de la rotation du train de tubes, seront contraints de se rassembler dans les trois gorges 41, 42 et 43. Ils se rassembleront également dans les deux parties de diamètre réduit situées l'une entre le tronçon 13 et l'embout polaire 2, l'autre entre le 25 tronçon 14 et l'embout polaire 20. En se référant maintenant aux fig. .3 et 4, on voit que la forme d'exécution de l'invention qui y est représentée est dans son ensemble semblable à celle selon les fig. 1 et 2, à la différence que chacun des aimants 31, 32 et 33 est divisé longi-30 tudinalement en deux aimants individuels séparés par des embouts polaires et un entrefer. Ainsi, dans cet exemple, le dispositif comprend un premier élément tubulaire 1 fileté à une extrémité, taraudé à l'autre, et comportant un tronçon central 15 de diamètre réduit. 35 Des embouts polaires 51» 52, 53 et 54 sont prévus sur des épaule-ments 72, 73, 74 et 75 situés sur le tronçon 15. Chaque embout est, ici encore, composé de deux moitiés soudées l'une à l'autre après montage. Toutefois, dans cette forme d'exécution, les embouts ne sont pas soudés aux épaulements. Trois aimants sont uniCOPY 70 0235S s 2028911 formément répartis autour de l'élément 1 entre les embouts 51 et 52, et les trois autres aimants 55, 56 et 57 sont espacés autour de l'élément tubulaire 1 entre les embouts 53 et 54. Chacun de ces six aimants consiste en deux éléments magnétiques disposés magné-5 tiquement en série dans le sens de la longueur du dispositif, certains de ces éléments étant visibles en 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64 et 65 à la fig. 3. Tous ces éléments magnétiques ont un même pôle, par exemple leur pôle nord, situé du côté droit lorsque l'on regarde la fig. 3, de sorte que les embouts 51 et 53 constituent 10 des pôles magnétiques sud, les embouts 52 et 54 des pôles magnétiques nord. Ainsi, le flux magnétique s'écoule à l'extérieur du dispositif en allant de l'embout 51 à l'embout 52, de l'embout 52 à l'embout 53, et de l'embout 53 à l'embout 54. Les. aimants situés entre les embouts 51 et 52 sont entourés par un tube en acier 15 inoxydable 66, les aimants 55, 56 et 57 par un tube en acier inoxydable 67. Ces deux tubes sont emboutis pour former des gorges longitudinales entre les aimants; dans le cas du tube 67, ces gorges sont visibles en 68, 69 et 70 sur la fig. 4. Les tubes en acier inoxydable sont soudés à leurs deux embouts respectifs et 20 chacun d'eux constitue, avec ses aimants, un ensemble complet. Le frottement entre embouts et épaulements correspondants empêche normalement ces ensembles de tourner par rapport à 1*élément tubulaire 1. Toutefois, si une force suffisante étant appliquée tendant à engendrer une telle rotation, la résistance due au frotte-25 ment serait vaincuer de sorte que le dispositif ne serait pas endommagé . Lorsque le dispositif est en service, les débris magnétiques sont attirés sur lui et se rassemblent non seulement dans les gorges longitudinales entre les aimants et dans les gorges 30 annulaires adjacentes aux embouts polaires 51 et 54, mais aussi dans la gorge annulaire entre les embouts polaires 52 et 53. On se référera maintenant aux fig. 5 et 6 qui représentent une forme d'exécution semblable dans son ensemble aux deux formes d'exécution décrites ci-dessus, sauf qu'elle comprend qua— 35 tre aimants espacés autour de l'élément tubulaire 1, au lieu de trois. Etant donné que le nombre d'aimants prévus est pair, il est possible de les disposer de façon qu'alternativement un pôle nord et un pôle sud soient tournés vers une extrémité déterminée de 70 0235S f 2028911 l'élément tubulaire 1. Les quatre aimants sont désignés par les repères 81, 82, 83 et 84 sur la fig. 6, et il est supposé que les aimants 81 et 83 ont par exemple leur pôle nord situé à droite sur la fig. 5, tandis que les aimants 82 et 84 ont ce même pôle 5 situé à gauche. Puisque donc deux des aimants ont leur pôle nord à l'une des extrémités du dispositif alors que le pôle nord des deux autres est à son autre extrémité, les embouts polaires doivent, dans ce cas, être remplacés par des bagues 85 et 86 en un matériau 10 amagnétique, par exemple en acier inoxydable. Chacune de ces bagues est, comme les embouts, composée de deux moitiés soudées l'une à l'autre après montage comme on peut le voir en 93 et 94 sur la fig. 6 dans le cas de la bague 86. Dans la disposition particulière représentée, les ba-15 gues 85 et 86 ont un diamètre extérieur légèrement plus petit que les tronçons de grand diamètre 13 et 14 de l'élément tubulaire 1, et une garniture annulaire 87 ou 88 en un matériau dur, par exemple en carbure de tungstène, est frettée autour de ces bagues afin de les protéger de l'abrasion. 20 Puisqu'il y a quatre aimants, il y a évidemment quatre gorges longitudinales 89, 90, 91 et 92 dans cette forme d'exécution particulière, et on voit sur la fig. 6 que ces gorges sont, dans ce cas, un peu plus larges que dans les autres formes d'exécution. 25 Etant donné que dans cet exemple les pôles adjacents des aimants sont des pôles de noms contraires, il s'ensuit qu'au flux magnétique longitudinal allant d'une extrémité à l'autre de chaque aimant s'ajoute un flux magnétique circonférentiel extérieur en travers de chaque gorge longitudinale, au moins à proxi-30 mité de chacune de ses extrémités. Cette disposition est par conséquent particulièrement efficace pour recueillir les matières magnétiques dans les quatre gorges longitudinales. Il doit en outre être entendu qu'il est possible d'in- ' corporer des caractéristiques de l'une quelconque de ces trois 35 formes d'exécution dans l'une des deux autres ou dans les deux autres. C'est ainsi par exemple que la double disposition de deux jeux d'aimants, comme représenté aux fig. 3 et 4, peut être combinée à l'emploi de quatre aimants dans chaque jeu, comme illustré aux fig. 5 et 6, et que l'utilisation d'une retenue par friction 40 comme décrit à propos de la forme d'exécution selon les fig. 3 et 4 peut être prévue dans l'une quelconque des deux formes d'exécution illustrées aux fig.l et 2 d'une part, 5 et 6 d'autre part. 70 02355 8 2028911 REVENDICATION S 1.- Appareillage de forage comportant un dispositif de collecte de débris magnétiques qui comprend tin premier et un second élément tubulaire en un matériau amagnétique, par exemple 5 en acier inoxydable, ces éléments étant coaxiaux, et une pluralité d'aimants situés entre ces éléments tubulaires avec leurs axes magnétiques orientés parallèlement à l'axe longitudinal commun aux éléments tubulaires, ces aimants et le second élément tubulaire étant disposés de façon à former entre les aimants une plu-10 ralité de gorges parallèles à l'axe longitudinal des deux éléments tubulaires. 2.- Dispositif collecteur selon la revendication 1, remarquable en ce que les aimants sont disposés de façon que leurs pôles de même nom soient adjacents les uns aux autres. 15 3.- Dispositif collecteur selon la revendication 1, remarquable en ce que les aimants sont en nombre pair et sont disposés de façon que leurs pôles de noms contraires soient adjacents les \ins aux autres. 4.- Dispositif collecteur selon la revendication 3, 20 comportant quatre aimants, remarquable en ce que deux aimants diamétralement opposés ont leurs pôles nord à l'une des extrémités du dispositif tandis que les deux autres aimants diamétralement opposés ont leurs pôles nord tournés vers l'autre extrémité du dispositif. 25 5.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que chaque aimant est composé de plusieurs éléments magnétiques disposés magnétiquement en série. 6.- Dispositif collecteur selon la revendication 2, 30 remarquable en ce que les aimants sont coextensifs dans le sens longitudinal, un embout polaire monobloc ou en deux moitiés semi-circulaires soudées l'une à l'autre étant prévu à chacune de leurs extrémités. 7.- Dispositif collecteur selon la revendication 6, 35 remarquable en ce que des épaulements sent nônugés sur là pi««lici-élément tubulaire pour positionner les embouts polaires. 8.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que le premier élément COPY 70 02355 9 2028911 tubulaire comporte un. tronçon central de diamètre extérieur réduit, destiné à recevoir l'ensemble magnétique et ayant une longueur supérieure à celle 'de cet ensemble, de sorte qu'une gorge annulaire est ménagée à chaque extrémité de celui-ci. 5 9.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que le second élément tubulaire est embouti en forme autour des aimants après mise én place de ceux-ci autour du premier élément tubulaire. 10.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, remarquable en ce qu'il comporte des bandes d'un matériau amagnétique soudées au second élément tubulaire à la base de chaque gorge longitudinale. 11.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce que deux séries 15 d'aimants^espacées longitudinalement l'une de l'autre sur un seul premier élément tubulaire, chacune de ces séries étant munie, d'un second élément tubulaire. 12.- Dispositif collecteur selon la revendication 11, remarquable en ce que dans chaque série les aimants sont disposés 20 de façon que leurs pôles de même nom soient adjacents les uns aux autres, les pôles nord de l'une des séries étant tournés vers les pôles sud de l'autre série, un embout polaire pouvant être prévu à chaque extrémité de chacune des séries, les embouts polaires en regard l'un de l'autre étant séparés par une gorge annulaire. 25 13.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce. que les aimants et le second élément tubulaire, ou les seconds éléments tubulaires, peuvent tourner sur le premier élément tubulaire mais en sont: normalement empêchés par friction. 30 14.- Dispositif collecteur selon la revendication 3, remarquable en ce que les aimants sont coextensifs longitudinalement, des bagues en un matériau amagnétique étant prévues aux deux extrémités des aimants, ces bagues pouvant être protégées de l'abrasion par un revêtement en matériau dur appliqué sur leur périphî 35 rie. 15.- Dispositif collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, remarquable en ce qu'il est raccordé à un train de tubes, la section intérieure du premier élément tubulaire étant sensiblement égale à celle du reste du train de tubes. COPY