Brevet FR2251700A1 — publié le 19750613

La présente invention conccrne, d'une façon générale, le forage rotatif dit forage "Rotary" et plus particulièrement un procédé et un appareil destines à la mesure d'un paramètre de forage particulier, indiquant le début d'une détérioration du trépan. Depuis longtemps l'une des difficultés eprou- vées dans le forage des puits de pétrole a été la détermination suffisamment précise de l'état du trépan permettant de connaître le moment où un trépan resque d'être détrioré ou de se rompre. Cette difficulté est particulièrement grave pour les trépans coniques à molettes, destines aux formations rocheuses et dont le rouelement a tendance à se rompre. Lorsqu'une telle rupture n'est pas détectée, il en résulte souvent la perte d'un cône qui implique d'habitude une opération de repêchage ou de récupération coûteuse. On a tenté autrefois de résoudre ce problème par la mesure de la vitesse de rotation relative entre les cônes rotatifs des trépans et le train de tiges Cependant, ce procédé nécessite la transmission de signaux du fond vers la surface pour la mesure de la vitesse de rotation du cône et soulève des difficultés évidentes. En conséquence, la présente invention concerne un procédé et/ou un équipement permettant de contrôler et de combiner certaines mesures particulières du forage "Rotary", de fa çon à indiquer le début d'une détérioration du palier du cône et de la molette du trépan. En bref, la présente invention concerne un pro cédé de contrôle d'un paramètre de forage rotary, destiné à indiquer le début d'une détérioration d'un roulement, d'une molette et d'un cône du trepan, etc. Il consiste à mesurer le couple applique à la surface pour imprimer un mouvement de rotation au trépan et à mesurer le poids exercé sur ce dernier pendant son mouvement de rotation. I1 consiste également à diviser le couple ainsi mesuré par le poids afin de déterminer le moment où le rapport resultant croît d'une façon non-lir.eaire. La présente invention concerne donc le forage rotary et un équipement permettant de déterniner le début d'une dégradation ou détérioration d'un trépan. L'équipement comprend une table de rotation destinée ti entraîner le trépan et un dispositif mesurant le couple de surface exercé sur le trépan pendant le forage. I1 comprend également un appareil de mesure du poids supporté par le trépan pendant le forage et un dispositif divisant le couple mesuré par le poids, afin d'indiquer un paramètre qui dépend de la résistance que le trépan offre au mouvement de rotation. A titre d'exemple on a décrit ci-après et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'équipement selon l'invention. Sur ce dessin, la figure 1 est une vue schématique d'un équipement de forage comprenant des instruments destinés à la mise en oeuvre de l'invention; les. figures 2a et Zb sont des graphiques schématiques destinés à illustrer l'invention; et la figure 3 est le schéma du circuit électrique d'un mode de réalisation d'un élément de l'équipement destiné à exécuter l'opération de division. Le forage rotary nécessite depuis longtemps et encore maintenant un procédé ou un dispositif permettant d'indiquer les premiers stades de la détérioration d'un roulement d'un trépan conique. La presente invention concerne la possibilité d'obtenir une telle indication. Bien qu'un appareil de mesure sensible du couple, monté de façon à indiquer le couple de surface exercé sur la table de rotation, puisse indiquer les variations provoquées par le coincement d'un cône du trépan, de telles conditions de fonctionnement peuvent se traduire rapidement par la perte d'un cône et imposer d'habitude une opération de récupération ou de repêchage coûteuse. On a constaté que le couple agissant reellement sur le trépan peut être exprimé sous la forme d'un multiple du poids exercé sur lui dans des conditions normales de fonctionnement. En conséquence, des variations importantes de la valeur du couple de surface peuvent donner, par elles-mêmes, des indications erronées à moins qu'on ne tienne compte égalément des variations du poids indiqué. En conséquence, si l'on tient compte des variations du poids indiqué et si l'on mesure le couple de surface, il est possible de determiner un paramètre indiquant le début d'une détérioration du roulement d'un trépan de forage conique à molette. Les figures 2a et 2b représentent graphiquement la combinaison du couple de surface et du poids exercé sur le trépan, destinée à donner un paramètre; selon l'invention. Il con vient d'observer sur la figure 2a qu'une courbe 11 représente le signal d'entrée d'un module analogique 12, relevé pendant une certaine période de temps. De même une autre courbe 13 représente un second signal d'entrée du module 12 > pendant la même période. Les courbes 11 et 13 représentent graphiquement le pois et le couple exercés sur le trépan. Le poids et le couple sont repré- sentés sur les ordonnées de ces courbes dont les abscisses sont, chaque fois, le temps. Un multiplicateur constant correspondant au diamètre du trépan indiqué par une flèdie 14, est introduit également dans le module qui permet ainsi la détermination du rapport sans dimension, T/ND. Dans cette expression T est le couple, W le poids indiqué exercé sur le trépan et D le diamètre de celuici. Cette expression donne le paramètre voulu, représenté par une courbe 16 quirt > rmalement est plate. La figure Zb représente graphiquement les signaux d'entrée et le paramètre de sortie dans des conditions qui indiquent le début d'une détérioration du palier ou roulement du cône et de la molette du trépan. La courbe 17 représente le poids exercé sur le trépan dans l'hypothèse de conditions anormales. Une autre courbe 18 représente le couple. Ces deux courbes sont combinées dans un module 19 dans lequel est également introduit le multiplicateur constant correspondant au diamètre du trépan, représenté par une flèche 21 et qui est le même que celui indiqué par la flèche 14 sur la figure 2a. Dans ce cas, le module 19 donne un sisal de sortie représentée par la courbe 20. La nature ascendante de la courbe 20 indique une anomalie qui peut être vrai- semblablement attribuée à un début de rupture ou de détérioration du roulement du cône de la molette. La figure 1 représente scitematiquement un équipement de forage rotary comprenant des éléments qui peuvent être mis en oeuvre dans la présente invention. Un appareil de forage classique is puits, par éxemple un derric}; 23, supporte un crochet 24 à l'aide d'un câble 25. Le crochet 25 supporte une partie du poids d'un train 28 dc tiges de forage, auquel une table 29 imprime un mouvement de rotation, pendant le forage. Un moteur 32 fournit la forcc motrice entraînant la table 29. De plus, un appareil de mesure 33 du couple, destiné à la mise en oeuvre de la présente invention, est disposé entre le moteur 32 et la table 29. Un dynamonètre 36, fixé au câble 25, permet de dëtermi- ner le poids exercé sur le trépan. Pion entendu ce poids est dé terminé par soustraction du poids total du train de tiges de forage, de la force exercee au crochet 24 pour supporter ure partie de ce poids total. I1 convient de se rendre compte que, bien que l'appareil de mesure 33 du couple soit de préférence un appareil tel que celui qui est représenté et décrit dans le brevet des Etats Unis d'Amérique w 3 295 367 il peut également se présenter sous d'autres formes. Par exemple, on peut utiliser l'appareil de mesure des couples fabriqué par Iartin-Decker Corporation de Santa Ana, Californie désigne par "Rota-Torque" et qui est décrit brièvement dans le Gulf Publishing Company Composit Catalogue, 29eme Révision (1970-71) à la page 3238.De même, l'appareil de mesure des poids ou dynamiomètre 36 peut prendre des formes dive r- ses et, par exemple, il peut être semblaDle à celui qui est fabrique par Nartin-Decker Corporation et qui est désigné par "Type E Weight Indicator". Pour la mesure et/ou l'enregistrement du paramètre voulu selon l'invention, le signal de l'appareil de mesure 33 du couple est combiné avec un signal du dynamomètre 36 et avec un signal correspondant à un multiplicateur constant proportionnel au diamètre du trépan. Ces signaux sont combines de maniere I effectuer une division conformément au rapport T/wD précédent. On obtient ainsi un signal de sortie relativement constant aussi longtemps que les conditions de fonctionnement du trépan sont nor- males. Les signaux peuvent être combinés électrique ment à l'aide du dispositif représenté sur la figure 3. La figure représente un circuit de division électronique qui peut être semblable à celui qu'on peut se procurer auprès de Philbrick Researches, Inc. de Dedham, .Massachusetts.Ce dispositif comprend un transducteur 40 conportant trois ornes d'entrée 41, 42 et 43 d'introduction de signaux qui représentent le coupla, le poids et le diamètre constant du trepan du rapport T/WD. Dans ce but, une premiere extrémité d'une résistance 46 est connecte à la borne 41 tandis que son autre extrémité est con:'jctée à une source de force electroniotrice (indiquée par le signe +). On introduit ainsi un signal de tension constante qui represente le multiplicateur correspondant au diariétre du trépan. De même, des signaux d'entrée appliqués aux bornes 42 et 43 représentent respectivement le couple et le poids. I1 va de soi que ces signaux peuvent être obtenus de n importe quelle manière possible par les instruments indiqués plus haut ou par des instruments équivalents. Une connexion dc sortie 49 relie le transducteur 40 à une borne de sortie 50. La borne 50 est connectée à un enregistreur ou à un autre instrument indicateur (non repre- senté) > de la façon indiquée. Le circuit de division total comprend une connexion 52 du circuit dtun point d'addition relié à une première entrée d'ur. amplificateur 53 dont l'autre entrée est connectéeà la masse, de la façon représentée. Un condensateur 54 est monté aux bornes de l'amplificateur 53 entre la connexion 52 d'entrée du point d'addition et une connexion 55 reliée d'une part à la sortie de l'amplificateur 53 et d'autre part à la connexion 49 reliée à la borne de sortie 50. On se rend compte qu'un indicateur d'alarme (non représenté2 peut être connecté à la borne de sortie 50 de fa çon à donner un avertissement en cas de début de détérioration du trépan. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits sans sortir du cadre de l'invention. -\iENI)ICATIONS 1. Procédé de contrôle d'un paramètre d'un forage rotary, destiné à indiquer le début d'une détérioration du trépan telle qu'une rupture du roulement du cane, de la mollette, ou d'un organe analogue, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer le couple exercé à la surface pour imprimer un mouvement de rotation au trépan et à produire un signal de représentant, à mesurer le poids exercé sur le trépan pendant son mouvement de rotation et à produire un signal de représentant, puis à utiliser ces signaux de manière à diviser le couple mesure par le poids afin de donner un signal de rapport qui indique le moment où le rapport résultant croît d'une manière non-linEaire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le poids mesuré est multiplié par le diamètre du trépan, le couple mesuré étant divisé par le produit du poids par le diamètre du trépan. 3. Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, afin de déterminer le début d'une détérioration du trépan dans un équipement de forage rotary dans lequel le trépan est entraîné par une table de rotation, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à mesurer le couple exercé à la surface sur le trépan pendant le forage, un dispositif mesurant le poids exercé sur le trépan pendant le forage et des moyens divisant le couple mesuré par le poids mesuré afin indiquer un paramètre qui dépend de la résistance que le trépan offrc au mouvement de rotation. 4-. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est appliqué à un équipement dans lequel le trépan est du type conique à molettes comprenant des paliers des cônes des molettes, ledit appareil indiquant un défaut ou une rupture d'un palier. 5. Appareil suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de division conprennent des moyens électriques analogiques. 6. Appareil suivant l'un0 des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de division sont des circuits électroniques.