Brevet FR2432079A1 — publié le 19800222

Dans les systèmes actuels de forage dirigé, l'emploi d'un moteur de fond surmonté d'un raccord coudé est devenu très courant. Mais pour atteindre la cible, on est souvent amené à modifier l'angle du raccord coudé, ce qui oblige actuellement à remonter la garniture de forage en surface pour y mettr le raccprd coudé adéquat. L'objet de cette invention est la conception d'un raccord coudé dont on peut changer l'angle par télécommande de la surface. Le raccord coudé selon l'invention à inclinaison réglable par télécommande depuis la surface du sol comprend un premier et un second éléments tubulaires assemblés entre eux, le second desdits éléments pouvant pivoter autour d'un axe formant un angle avec l'axe du premier élément, des moyens pour solidariser en rotation lesdits éléments tubulaires et des moyens télécommandés pour modifier pas à pas le calage angulaire du second élément tubulaire par rapport au premier desdits éléments. L'invention est illustrée, à titre d'exemple seulement, par les dessins annexés où - la figure 1 est un schéma de principe d'un raccord selon l'invention, - la figure 2 montre une section du raccord coudé dans la position de forage avec un angle nul, - la figure 3 représente en vue développée la partie du raccord comprenant les rampes d'entrainement, - la figure 3A est une vue perspective partielle de cette partie du raccord, - la figure 4 correspond à la section - aa - de la figure ?, - la figure 5 illustre des moyens auxiliaires de verrouillage en rotation des éléments du raccord coudé, - la figure 6 illustre le fonctionnement de ces moyens auxiliaires de verroui: lage. Ainsi que le montre le schéma de principe de la figure 1, le raccord se compose de deux corps tubulaires principaux I et 2 reliés entre eux pat un élément d'emboitement 2a solidaire de 2, dont l'axe est décalé de celui du corps 2 d'un angle a . Ltaxe de l'élément 2a est t o La rotation du corps tubulaire 2 autour de l'axe ss procure un désaxage des corps 1 et 2. Pour une rotation de 180 autour de t , on obtient un désaxage maximum de 2 a . Entre 0 et in00, on obtient toutes les valeurs intermédiaires de désaxage entre 0 et 2 a Par rotations successives de O = - (n nombre entier), on obtient n différentes valeurs d'angle au raccord coudé. On choisit n et a de fanon à obtenir des valeurs intéressantes au raccord. On se réfère ci-après aux exemples de réalisation illustrés par les figures 2 à 4. Le corps supérieur 1 est relié à la garniture de forage supérieure par le filetage 17 du raccord intermédiaire supérieur 5. Le corps inférieur 2 est vissé sur le moteur de fond par le filetage 16 du raccord intermédiaire inférieur 4. Le corps 2 est encastré en 2a dans le corps 1 ; l'assemblage rotatif est obtenu par les chemins de galets 13. Une butée à billes 12 permet d'encaisser l'effort de compression. Un arbre de liaison en rotation 3, coaxial aux chemins de galets 13 disposés entre les corps 1 et 2, a pour fonction de verrouiller en rotation les deux corps 1 et 2 entre eux lorsqu'il est en position haute, et de faire tourner le corps 2 par rapport au corps 1 de angle 8 lorsqu'il est déplacé en translation vers le bas. L'arbre 3 comporte quatre zones fonctionnelles différentes sur sa longueur o le long de la zone A, l'arbre 3 est cannelé.Des cannelures correspondantes 21 du corps i, usinées dans l'alésage, reçoivent l'arbre 3 et le fixent ainsi en rotation, tout en lui laissant la possibilité de se déplacer en trans lation, le long de la zone 9 se trouvent des rampes hélicoidales 23 (voir figure 3) dont le dessin permet de manoeuvrer le raccord coudé par l'intermédiaire des tétons d'entraînement 14 qui sont au nombre de n. Ces tétons sont escamotables radialement dans la paroi du corps 2 contre l'action de ressorts de rappel ,la zone C est aussi cannelée (n dents ou multiple de n) et permet de fixer en rotation les corps tubulaires 1 et 2 lorsque l'arbre 3 est en position haute ou de repos (cas du forage) comme représenté sur la figure 2. . la zone D est constituée par un mécanisme d'obturation-du passage du fluide à travers l'alésage axial de l'arbre 3. Des joints 10 et Il assurent l'étanchéité entre i fluide de circulation et le mécanisme intérieur. Dans la tête 3a formant piston de l'arbre 3, l'alésage intérieur 30 de l'arbre pour le passage du fluide se divise en plusieurs canaux périphériques 30a. Sur le piston 3a est monté rotatif un disque ou plaque circulaire 8 possédant les mêmes passages et pouvant tourner d'un certain angle par rapport à ce piston afin d'obturer partiellement ou totalement les orifices des canaux 30a de passage du fluide de forage. Cette rotation est obtenue par une tige de commande 9 de section plate, au niveau du disque 8 et passant au travers de celui-ci par une fente. La tige 9 est guidée par un palier 20 et est entrainée en rotation par un électro-aimant rotatif 6 ou par un autre moyen électromécanique. La liaison électrique avec la surface se fait par l'intermédiaire d'une fiche - axiale 7. 29 est un clapet taré à la pression nécessaire pour obtenir la poussée sur le piston 3a, comme expliqué ci-dessous. 19 est une butée annulaire limitant la remontée de l'arbre 3 sous ltaction du ressort 15, s'appuyant sur la bague 18. Ce ressort de rappel 15 repousse vers le haut arbre 3 une fois la rotation e obtenue. Le fonctionnement de ce dispositif est indiqué ci-après. 2ln' Il s'agit d'un fonctionnement pas à pas. Le pas est de e = - . n Lorsquton a fait n pas, on a fait un tour de rotation et l'on est revenu au point de départ. En prenant l'origine lorsque le désaxage du raccord coudé est nul, après 180 de rotation, on retrouve les mêmes valeurs d'angle du raccord coudé obtenues entre OD et 180D de rotation. Les cannelures dans la zone C de 3, ainsi que les cannelures compté mentaires 22 dans l'alésage du corps tubulaire 2 doivent comporter n dents ou un multiple de n dents afin qu'auprès une rotation de e = l'arbre 3 n puisse se réengager dans les cannelures 22. Procédures et fonctionnement : 1) On stoppe le forage, on arrête la circulation, on décolle l'outil de forage du front détaille, 2) on active l'électromécanisme 6 pour faire pivoter 8 et obturer les passages du fluide dans la tête formant piston de l'arbre 3, 3) on remet la circulation en route pour faire monter en pression au-dessus du piston 3a, 4) la pression exerce une poussée sur le piston 3a qui, au début de son mou vement longitudinal, dégage les cannelures 22 et permet la libre rotation du corps tubulaire 2 (voir figure 3), les tétons d'entraînement 14 passent de la position 14a à la position 14b (figure 3), 5) l'arbre 3 continue son mouvement longitudinal vers le bas, la rampe d'en traînement 23 entraîne les tétons 14 en rotation et donc le corps tubulaire 2. A la fin de la course de l'arbre 3, la corps 2 a tourné de e . Le téton 14 étant alors dans la position 14c (fige3), la tête formant piston de l'arbre 3 découvre la soupape tarée 29, la pression au-dessus du piston ne dépasse pas cette valeur de tarage ; on peut ainsi savoir en surface si l'arbre 3 a décrit toute sa course. A noter que la plaque 8 garde sa position d'obturation des orifices aménagés dans la tête de l'arbre 3 tout au long de la translation vers le bas de cet arbre 3 grêcaffià une longueur suffisante de la tige de commande 9 le long de laquelle coulisse la fente de la plaque 8. 6) On arrête le pompage du fluide de forage en surface, 7) On arrête l'activation de l'électromécenisme 6. Par un moyen de rappel méca nique, non représenté, la tige 9 revient au repos, entraînant la plaque 8 qui découvre les passages du fluide de forage dans la tête de l'arbre 3 et fait chuter la pression, 8) le ressort de rappel 15 repousse longïtudinalement vers le haut l'arbre 3, les tétons 4 d'entraînement-14 occupent successivement les positions 14d et 14e, cette dernière position étant atteinte après passage du téton sur un chemin de retour 24 de Arbre 3 qui escamote le téton -14 en comprimant son ressort de rappel (voir figure 3).En fin de course du piston de l'arbre 3, le téton 14 se dégage de la rampe 24 sous l'action de son ressort de rappel, 9) dans la dernière partie du mouvement de translation de l'arbre 3 vers le haut faisant passer le téton 14 de la position 14e à la position 14f, les cannelures dans la zone C de l'arbre 3 s'engagent dans les cannelures complé mentaires 22 du corps 2 pour bloquer en rotation les corps tubulaires 1 et 2. Pendant la phase de retour de l'arbre 3, une fois la rotation e obtenue, il faut être certain qu'il nty aura pas rotation du corps tubulaire 2 par rapport au corps 1, car sinon le téton 14 au lieu de suivre la rampe de retour 24, pourrait revenir à son point de départ 14a ou bien passer dans une autre rampe. Pour éviter ce risque, onpeut ajouter un dispositif de verrouilplage que l'on met en service à la fin de la course vers le bas de l'arbre 3, et que l'on met hors service dès que les cannelures C sont engagées dans les cannelures complémentaires 22 du=corps tubulaire 2. Ceci peut être, par exemple (Fig. 5), réalisé au moyen de goujons verrouillage 25 portés par le corps 1 et qui sont introduits dans des orifices du corps tubulaire 2, à la fin de sa rotation par une course supplémentaire de l'arbre 3, faisant passer le téton 14 de la position 14c à la position 14c' (fig. 6) (il faut n goujons ou un multiple de n pour qu'après une rotation de e , il y ait un logement dans le corps 2 en face d'un goujon). Ces goujons sont maintenus engagés par un verrouillage à bille 27. Ainsi, pendant la remontée de l'arbre 3, les corps tubulaires 1 et 2 sont bloqués en rotation Les cannelures de la zone C de l'arbre 3, après un début d'engagement dans les cannelures complémentaires 22 du corps tubulaire 2, repoussent les goujons de verrouillage 25 par l'intermédiaire de poussoirs 28 qui se trouvent dans des logements 26 du corps tubulaire 2. A la fin de la course de remontée du piston de l'arbre 3, les goujons de verrouillage 25 sont complètement rentrés dans le corps tubulaire 1. De nombreuses modifications apparaîtront possibles sans que l'on sorte du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu de loger ltélectromécanisme 6 dans le raccord 5, on peut le prévoir logé dans la tête de l'arbre 3 (zone D). Le dispositif selon l'invention comportera avantageusement des moyens, par exemple du type électromagnétique, pour détecter depuis la surface le calage angulaire du corps tubulaire 2 par rapport au corps tubulaire 1. On pourra, bien entendu sans sortir du cadre de l'invention, utiliser à la place de ltélectromécanisme 6 6 d'autres moyens de commande de l'obturation des passages pour le fluide ménagés dans la tête de l'arbre 3, pourvu que ces moyens puissent être actionnés depuis la surface du sol. Ces moyens pourront, par exemple, être à commande hydraulique ou mécanique. Dans un mode particuler de réalisation on pourra ménager sur la tête de l'arbre 3 des sièges en matériau élastique -autour des orifices d'entrée du fluide sous pression. Ces sièges pourront être obturés par des billes lachées à la surface du puits et tombant par gravité à travers le train de tiges de forage. L'obturation des sièges par les billes permettra alors d'exercer. sur l'arbre 3 la poussée hydraulique vers le bas assurant sa rotation d'un pas. A la fin de cette rotation il suffira d'augmenter assez fortement la pression hydraulique depuis la surface pour que les billes traversent cette fois leurs sièges élastiques avant d'être recueillies dans un magasin ménagé dans la tête de l'arbre 3. On pourra alors recommencer l'opération plusieurs fois si on le désire, tant que la capacité de stockage des billes par ce magasin n'a pas été atteinte. 11 sera également possible de bénir obturer le ou les orifices ménagés dans la tête du piston 3 au moyen d'un organe d'obturation approprié descendu depuis la surface à l'extrémité inférieure d'un câble à travers la train de tiges de forage. Une fois cette obturation réalisée, une augmentation de pression produira là encore une rotation d'un pas de l'arbre 3. REVENDICATION, s 1. - Raccord coudé pour forages dirigés, à inclinaison réglable par télécommande, comprenant un premier et un second éléments tubulaires assemblés entre eux, caractérisé en ce que le second desdits éléments peut pivoter autour d'un axe formant un angle avec l'axe du premier élément et en ce que ce raccord comporte des moyens pour solidariser en rotation lesdits éléments tubulaires et des moyens télécommandés pour modifier pas à pas le calage angulaire du second élément tubulaire par rapport au premier desdits éléments. 2. - Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter depuis la surface du sol le calage angulaire dudit second élément tubulaire par rapport au premier de ces éléments. 3. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments tubulaires sont assemblés par un emboitement rotatif dont l'axe forme un angle avec celui dudit premier élément, en ce que lesdits moyens pour solidariser en rotation lesdits éléments tubulaires comportent un arbre de liaison solidaire en rotation du premier de ces éléments et déplaçable longitudinale-. ment dans celui-ci, en ce que ledit arbre de liaison en rotation et la paroi de l'alésage-interne du second élément tubulaire sont munis d'au moins un ergot et d'une pluralité de rampes hélicoidales angulairement décalées autour de l'axe dudit arbre de liaison en rotation et formant un système d'assemblage à baronnette permettant de modifier pas à pas le calage angulaire relatif dudit second élément et de l'arbre, par déplacement axial de cet arbre dégageant celui-ci d'une position de verrouillage où il est solidaire en rotation du second élément tubulaire et en ce que ledit arbre de liaison en rotation comporte des moyens de rappel vers ladite position de verrouillage et des moyens pour télécommander son déplacement axial. 4. - Raccord coude selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de télécommande comprennent un piston solidaire dudit arbre de liaison en rotatif, ce piston étant traversé d'au moins un canal communiquant avec l'alésage interne dudit premier élément tubulaire pour permettre le passage diun fluide sous pression, et un organe permettant de commander l'obturation dudit canal depuis la surface du sol. 5. - Raccord selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe d'obturation comporte un disque percé d'au moins un orifice et monté rotatif au contact dudit piston, coaxialement à celui-ci, de façon à avoir une position d'obturation dudit canal, ce disque étant raccordé à un dispositif de commande de sa rotation, pouvant être télécommandé depuis la surface du sol. 6. - Raccord selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande est du type électromagnétique. 7. - Raccord selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commande est dutype hydraulique. 8. - Raccord selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe d'obturation est un organe mécanique 9. - Raccord selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit organe d'obturation comprend au moins une bille d'obturation dudit canal. 10. - Raccord selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens auxiliaires de verrouillage en rotation des éléments du raccord coudé empêchant toute rotation intempestive de cas éléments après une modification de leur calage angulaire relatif.