Brevet FR2445431A1 — publié le 19800725

La présente invention concerne une garniture de forage comportant au moins un étage de stabilisation (ou stabilisateur) Les rétractables. L'invention concerne plus particulièrement une garniture de forage comportant une pluralité de tels stabilisateurs à lames rétrectables espasés le long de cette garniture en vue d'orienter la trajectoire de forage dans une direction préférantielle. Cette application sera plus particulièrement envasagée dans ce qui suit. Il est connu, dans les opérations de forage des sols, de munir da stabilisateurs, a lames ou à rouleax, la garniture de forage surmontant le trépan. En faisant varier le nombre d ces stabilisateurs, leur emplacement dans la garniture de fprage, l'écart entre le diamètre de chaque stabilisateur et celui du puits foré, il est possible soit de conserver une direction de forage donnée, soit de modifier la trajectoire du forage, en particulier son inclinaison sur la verticale, afin de pouvoir atteindre un point imposé du soussol, appelé cible. Cette trajectoire peut être contrôlée de maniérs continue depuis la surface du sol en plaçant dans la garniture de forage une sonde de mesure munis de différents capteurs tele qu'inclinomètres, boussoles, magnétomètres, accéléromètres, et transmettant en surface, par un ou plusieurs conducteurs, des signaux représentatifs de l'azimut et de l'inclinaison du puits foré. Alternativement, le contrôls de la trajectoire peut être effectué par des mesures discontinues. Cepandant, si pour une raison quelconque (changsment de nature de la formation géologique, par exemple) la trejectoire suivie nécessite des corrections, une solution possible consiste alors a modifier la stabilisation re a garniture. Ceci impose de remonter d'abord au jour cette garniture, puis de modifier le nombre et la position des stabilisateurs, enfin de redescendre au fond la garniture modifiée pour la reprise du forage. La succesion de ces opérations peut être longue, donc onéreuse, surtout Si le puits est profond. L'objet de la présente invention est de réaliser une garniture de forage permettant, par télécommande depuis la surface, de corriger la trajectoire du forage sans qu'il soit nécessaire de remonter au jour la garniture. Ce résultat est atteint, selon l'invention,. avec une garniture de forage caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un étage de stabilisation à lames rétractables ayant une pluralité de lames pfriphériques deplaçables d'une position rentrée à une position de travail écartée de la garniture,avec des moyens télécommandés permettant le blocage des lames en position de travail ainsi que leur déverrouillage. La garniture de forage selon l'invention comportera avantageusement plusieurs étages de stabilisation avec commande separée du blocage des lames en position ouverte pour ces différents étages, permettant ainsi plusieurs possibilités de réglage. Des modes de réalisation de l'invention sont illustrés, à titre d'exemples, par les dessins annexés ou : - la figure 1 répresente une garniture de forage selon l'invention compor tant trois étages de stabilisation à lames rétractables, - les figures 2 et 2A représentent la coupe longitudinale d'un stabilisateur à lames rétractables en position ouverte (lames sorties), - les figures 3 et A représentent la coupe longitudinale de ce stabilisa teur en position fermée (lames rentrées), - la figure 4 illustre des moyens de commande hydraulique des lames. La figure 1 illustre schématiquement une garniture de forage selon l'invention comportant plusieurs étages de stabilisation à lames rétractables. Cette garniture de forage est située à la partie inférieure d'une colonne de forage C au-dessus du trépan B. Dans cet exemple, la garniture de forage est constituée des masses tiges M1, M2 et M3 et d'une turbine d'entraînement du du trépan,raccordées par des stabilisateurs à lames S1, S2, S3, S4 et S5. Les lames de ces stabilisateurs sont parallèles à l'axe de la garniture dans le cas des stabilisateurs S2, 53 et 54 et inclinées sur cet axe dans le cas des stabilisateurs 51 et 55. A titre d'exemple, on peut supposer que les stabilisateurs Sj et 55 sont des stabilisateurs classiques à lames fixes et que-les stabilisateurs 52' 53 et 54 sont des stabilisateurs à lames rétractables selon l'invention, comme décrit ci-après en se référant aux figures 2, 2A, 3 et 3A.Les lames rétractables de ces stabilisateurs sont déplaçables d'une position rentrée à une position de travail écartée de la garniture et des moyens permettent de télécommander le blocage des lames en position ouverte, ou leur déverrouillage, séparément pour les trois stabilisateurs 522 53 et 54. Dans ces conditions, il devient possible d'ajuster avec précision la trajectoire du forage : par exemple, ainsi qu'il apparaîtra aux spécialistes, en verrouillant les lames du stabilisateur 54 en position ouverte, celles des stabilisateurs S2 et 53 étant rentrées, on peut accroître l'inclinaison du puits foré par rapport à la verticale ; en verrouillant les lames des trois stabilisateurs 52' 53 et 54 en position ouverte on maintient fixe l'inclinaison du forage sur la verticale ; en verrouillant les lames du stabilisateur S2 en position ouverte et maintenant rétractées celles des stabilisateurs S3 et S4, on diminue l'inclinaison du puits foré par rapport à la verticale. La masse-tige inférieure M3 sera amagnétique, de façon à permettre d'effectuer des mesures directionnelles au moyen d'une sonde logée ou descendue dans cette masse-tige. Les figures 2, 2A, 3 et 3A illustrent un étage de stabilisation selon la présente invention, tel que l'étage 52 qui comprend un corps 1 muni de rampes 2 sur lesquelles viennent glisser les lames 3 du stabilisateur. La partie supérieure 3a des lames est au contact d'un élément annulaire 3b en butée contre un piston 4 qui peut se déplacer suivant l'axe longitudinal du stabilisateur et sépare deux chambres annulaires Sa et 5b reliées par un conduit S muni d'une électrovanne 7. Par rapport au corps 1, le piston est, soit en position basse, si les lames sont sorties (Fig. 2), soit en position haute si les lames sont rentrées (Fig. 3). Le passage de huile de la chambre Sa à la chambre 5b ou vice-versa, n'est possible que dans la position d'ouverture de l'électrovanne 7. Cette électrovanne 7 est reliée à la surface au moyen du câble dlec- trique 8 connecté par des fiches 9, 10 à des conducteurs 11 incorporés à la masse-tige M1,de façon à pouvoir commander cette électrovanne à distance. D'autres étages du stabilisateur situés au-dessous de l'étage représenté sur les figures 2 et 2A, 3 et 3A pourront de même être commandés, indépendamment de celui-ci, en actionnant des électrovannes de commande de ces étages, identiques à l'électrovanne 7 et connectées à la fiche électrique 9 en parallèle avec cette électrovanne, par l'intermédiaire de conducteurs 12. Chacune de ces électrovannes pourra être commandée indépendamment des autres depuis la surface au moyen d'un signal électrique de commande codé, spécifique de l'électrovanne considérée. Procédures d'opération a) Procédure à suivre pour sortir les lames : - Les lames du stabilisateur sont rétractées (Fig. 3) mais, le puits étant incliné, une au moins des lames est en appui sur la paroi du trou. Ouvrir l'électrovanne 7. - Manoeuvrer la garniture vers le haut. Le corps 1 du stabilisateur va glisser vers le haut. Une butée annulaire la solidaire du corps 1 chasse alors l'huile dans la chambre 5a à travers le conduit 6. - Fermer l'électrovanne 7. L'huile qui est alors dans la chambre 5a ne peut plus s'écouler, bloquant ainsi le piston 4 en position basse. Les lames ne peuvent donc plus se rétracter,même si lton manoeuvre la garniture vers le bas, par exemple pour rentrer les lames d'un au moins des autres étages de stabilisation comme indiqué ci-après. b) Procédure à suivre pour rentrer les lames - Les- lames du stabilisateur sont sorties (Fig. 2). Ouvrir l'électro vanne 7. - Manoeuvrer la garniture vers le bas. Une au moins des lames 3 reste en appui sur la paroi du puits, tandis que le corps t va coulisser vers le bas. L'huile est alors chassée de la chambre Sa vers la chambre Sb à travers le conduit 6. - Fermer l'électrovanne 7. L'huile qui est alors dans la chambre 5b ne peut plus s'écouler, bloquant ainsi le piston 4 en position haute. L'élément annulaire 3b ntétant pas solidaire de la partie supérieure 3a des lames 3, ces lames auraient tendance à retomber en position ouverte dans la position haute du piston 4. Elles sont cependant retenues en position fermée par frottement contre la paroi du puits au cours de l'avancement du forage. On pourra cependant prévoir des moyens de blocage des lames 3 des différents par exemple - etages de stabilisation en position retractee,/enplaçant dans chaque stabilisateur sous les lames 3 un piston (non représenté) identique au piston 4 et équipé d'une électrovanne de commande semblable à l'électrovanne 7, chaque étage de stabilisation ayant ainsi un couple d'électrovannes de verrouillage à télécommande simultanée par un signal électrique spécifique de l'étage considéré. Les deux pistons de chaque étage pourront ainsi être simultanément verrouillés en position basse (verrouillage des lames en position ouverte) ou en position haute (verrouillage des lames en position rétractée). La figure 4 illustre schématiquement un exemple de réalisation de moyens de commande hydraulique du blocage du piston 4 qui peuvent être utilisés lorsque la présence de câbles électriques à l'intérieur de la garniture de forage n'est pas possible, interdisant donc l'utilisation d'une électrovanne pour fermer le conduit 6. Une chemise 13 comprenant un épaulement 14 est située au centre du stabilisateur et peut se déplacer suivant l'axe longitudinal de celui-ci. L'épaulement 14 se déplace, au cours de cette translation, dans un évidement 15 du corps du stabilisateur en comprimant un ressort 16. La translation de la chemise 13 est obtenue par poussée d'une olive pleine 17 qui peut etre descendue dans la garniture au moyen d'un câble 18 jusqu'à venir en butée sur un siège 13a , à la partie supérieure de la chemise 13. La force verticale vers le bas exercée sur ltolive par le fluide de forage est alors transmise à la chemise 13 qui est ainsi poussée vers le bas. Au cours de la descente de la chemise 13, le conduit 19 est mis en communication avec le fluide de forage. La pression de ce dernier actionne un piston 20 qui commande ltouverture d'une vanne 21 située sur le conduit 6, cette vanne remplaçant l'électrovanne 7 du mode de réalisation précédent. Si on arrête la circulation du fluide de forage, le piston 20 est ramené à sa position initiale par l'intermédiaire du ressort 22. La chemise 13 n'étant plus soumise à aucune force verticale descendante, le ressort-de rappel 16 fait remonter cette chemise et l'olive 17, et supprime la communication entre le fluide de forage et le conduit 19. Il suffit de remonter ltolive 17 en surface à l'aide du câble 18 pour pouvoir reprendre la circulation sans commander à nouveau la vanne 21. Les différents étages de stabilisation seront sélectivement commandés par différentes olives telles que 17 dont le diamètre, ainsi que celui des chemises qu'elles obturent respectivement aux différents étages, va en décroissant de haut en bas de la garniture de forage, afin que chaque olive, lorsqu'elle est descendue à l'extrémité du câble 18, puisse traverser les étages de stabilisation situés au-dessus de l'étage à commander. REVENDICATIONS 1. - garniture de forage, caractérisée en ce quelle comporte au moins un étage de stabilisation à lames rétractables ayant une pluralité de lamespériphériques déplaçables d'une position rentrée à une position de travail écartée de la garniture,avec des moyens télécommandés permettant le blocage des lames en position de travail ainsi que leur déverrouillage. 2. - Garniture de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites lames peuvent glisser le long de rampes ménagées à la périphérie de la garniture de façon à pouvoir être déplacées de l'une à l'autre de leurs deux positions par simple frottement de ces lames sur la paroi du puits foré, sous l'effet dtun mouvement vertical de la garniture. 3. - Garniture de forage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins deux étages de stabilisation à lames rétractables dont les niveaux sont espacés le long de la garniture et des moyens permettant de télécommander le blocage ou le déverrouillage de ces lames séparément pour ces différents niveaux. 4. - Garniture de forage selon liune des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits moyens de blocage comportent une bague placée en butée contre les lames et coulissant axialement par rapport au corps de la garniture dans un logement annulaire en constituant un piston à double effet qui sépare dans ledit logement deux compartiments annulaires reliés par un conduit de transfert d'un fluide incompressible d'un compartiment à l'autre, ce conduit étant équipé d'une vanne télécommandée ayant une position de verrouillage interdisant le transfert de fluide et une position de déverrouillage autorisant ce transfert. 5. - Garniture de forage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de blocage sont à commande électrique. 6. - Garniture de forage selon l'une des revendications t à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de blocage sont à commande hydraulique.