Brevet FR2490718A1 — publié le 19820326

La présente invention concerne un disposi- tif pour la télétransmission d'informations à partir d4un trou de-forage vers la surface du sol pendant le fonctionnement d'un appareil de forage qui-com- porte un -outil de forage tournant, un train de -tiges de forage et une pompe qui-refoule du liquide de rin- çage dans le canal d'écoulement du train-de tiges de forage vers le bas à traversl'outil de forage et vers le haut dans l'espace annulaire- du trou de- fo- rage qui entoure le train de tiges de forage, le dit dispositif étant constitué d'appareils disposés dans le-train de tiges de forage pour déterminer des don- nées d'information souhaitées, pour-convertir les-- données d'information en une séquence-de signaux de commande électriques, pour-produire des impulsions de pression dans le flux de liquide de rinçage diri- gé vers le bas en fonction des signaux de commande et pour produirél'énergie électrique requise. - 1 Lors de forages profonds-; il est extrême- ment important-d'obtenir de manière continue ou pé- riodiquement des informations au sujet du trou de forage-qui donnent des indications-sur le déroule- ment-des travaux de forage et permettent de prendre en temps voulu les mesures-adéquates pour optimi- ser l'opération de forage et combattre les erreurs et les irrégularités éventuelles. - On a déjà maintes fois tenté et proposé de déterminer des donné-es d'information souhaitées dans le trou de forage plus ou moins-à proximité du fond de ce trou-et de les transmettre à la surface du sol; Dans les réalisations connues, le disposi- tif avec ses appareils utilisés pour déterminer-les données d'information, pour convertir ces données- d'information ensignaux de commande électriques-et pour produire--les impulsions de pression et l'éner- gie électrique.nécessaire,sont incorporés à demeure au train de tiges de forage à proximité de l'outil de forage. Si, pendant-les travaux de forage, des parties du traie-de tiges de forage, en particulier l'outil de forage, viennent àWse bloquer dans le trou de forage sous l'effet de réactions défavora- bles de la formation et que tous les efforts pour libérer le train de tiges de-forage ou l'outil de forage restent infructueux, e--règle générale, non seule- ment l'outil de forage et les parties bloquées du train de tiges de forage, mais aussi le dispositif pour la transmission des informations avec ses appa- reils- en partie très coûteux, en particulier les appareils servant à déterminer les données d'infor- mation et à convertir ces données en signaux-de com- mande-, ainsi que leurs-moyens auxiliaires électri- ques et/ou électroniques;. sont perdus; L'invention a en tout premier lieu pour but de procurer un dispositif du type spécifié qui puisse-au moins, en partie, être retiré hors du trou de forage. Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion, par le fait-que les appareils font partie d'un ensemble pouvant étre-balayé par le liquide de rin- çage et-monté coaxialement à-l'intérieur du canal d'écoulement dû train de tiges de forage et sont groupés dans des sections axiales séparées superpo-- sées de l'ensemble et au moins la section supérieure de l'ensemble a la forme d'un sous-ensemble auto- nome et peut être séparée du reste de l'ensemble au moyen d'un-outil de repêchage pouvant être actionné à partir de la surface du sol et ramenée à la surface du sol à travers le canal d'écoulement du train de tiges de forage. Dans cette réalisation, grâce au groupage des divers appareils dans des sec- - tions axiales distinctes de -l'ensemble et grâce à la possibilité de séparer de cet-ensemble au moins le sous-ensemble autonome supérieur,-On peut action- ner un outil de repêchage à partir de la surface du sol pour remonter le sous-ensemble à la manière d'un module par le canal d'écoulement-du train de tiges de forage vers la-surface. -De cette façon, des élé- ments particulièrement coûteux du sous-ensemble, en particulier des composants de mesure et des composants électroniques du sous-ensemble, peuvent être sauvés et en.outre, ces éléments peuvent aussi être descendus au moyen de l'outil de repêchage et être unis au reste de l'ensemble de manière à pouvoir fonctionner, de telle sorte que, en dehors du cas d'un blocage dans le trou de forage,la section en question de l'ensemble peut aussi être réparée ou échangée à la surface du sol en cas de mauvais fonctionnement de ses composants-sans que l'on doive retirer tout le train de tiges de forage. Si, dans une autre réalisation de l'inven- tion; au moins la-section supérieure de l'ensemble est entourée d'une partie du corps tubulaire formant le train de tiges de forage qui est fait d'une ma- tière antimagnétique, en particulier d'acier antima- gnétique, ce corps tubulaire, en vue de permettre aussi son sauvetage, souhaité en raison du prix de sa matière constitutive, dans le cas d'un blocage de l'outil de forage dans le trou de forage, peut être relié au corps tubulaire immédiatement sous-jacent du train de tiges de forage au moyen d'une jonction vissée pouvant être déplacée dans le sens de son ouverture par une précon- trainte, une charge explosive agissant dans le sens de l'ouverture de la jonction vissée pouvant être amenée et allumée au voisinage de celle-ci. D'autres réalisations de l'invention res- sortiront clairement des revendications 2 à 14. Un exemple de réalisation de l'invention - sera expliqué ci-après plus en détail avec référence au dessin annexé, dans lequel la figure divisée se- lon un plan transversal, dont la partie de droite est un prolongement vers le haut de la partie de gauche, illustre schématiquement un exemple de réa- lisation de l'invention pour moitié en coupe axiale et pour moitié en élévation. Pour assurer la télétransmission d'infor-- mations à partir d'un trou de-forage vers la surface du sol pendant le fonctionnement d'un-appareil de forage-qui comporte un outil de forage 1, un train de tiges de forage-désigné en 2 et-une pompe (non représentée) qui-refoule du liquide de rinçage dans le canal--d'écoulement 3 du train de tiges-de forage 2 vers le bas, à travers l'outil de-forage 1 et--vers le haut dans l'espace annulaire du trou de forage qui en- toure le train de tiges de forage 2, le dispositif 4 conforme à l'invention est constitué d'appareils pour déterminer des données d'information souhaitées et pour les convertir-en une succession de signaux-de commande électriques,qui sont groupés dans une sec- tion axiale distincte-5 du dispositif I, d-'un géné- rateur d'impulsions de pression 6,qui forme, pour sa part, une section axiale distincte du-dispositif 4,et d'un générateur 7-destiné à produire ducourant et formant une autre section axiale distincte du - dispositif 4 qui peut; par exemple,--être entraînée au moyen d'une turbine 7' mue par le liquide de rinçage. Le dispositif 4 forme, dans ce cas, un ensemble monté coaxialement à l'intérieur--du canal d'écoulement 3 du train de tiges de forage 2-et pouvant être balayé par le liquide de rinçage. Dans la section supérieure 5 de l'ensemble, sont groupés tous les appareils servant à-déterminer des données- d'information et à les convertir en des signaux de commande,-y compris tous les moyens auxiliaires électriques et/ou électroniques associés. - - La section supérieure 5 de l'ensemble forme un sous-ensemble autonome et est-montée comme telle dans un fût 8 distinct qui est relié de maniè- re séparable à un fût 9 du générateur d'impulsions de Z490718 s pression 6 formant la section immédiatement sous-jacente de l'ensemble. La section 5 ayant la forme d'un sous- ensemble autonome séparable du reste-de l'ensemble, est pourvue, à l'extrémité inférieure de son fût 8, d'une connexion de transmission de signaux électri- ques 10 séparable pour sa part dans le sens axial qui, dans-l'exemple représenté, a la forme d'un dis- positif de transmission par induction. -ie disposi- tif de transmission 10 comporte un élément 11 à trois branches en coupe longitudinale, à symétrie de révolution, formé à-l'extrémité supérieure du fût 9, dans lequel s'engage un élément 12 à deux branches en coupe longitudinale, à symétrie de révolution, forme à l'extrémité--inférieure du fût 8. Une induc- tance disposée au-centre de l'élément 11 vient ainsi s'p-lacer coaxialement à-l'intérieur d'une inductance disposée dans le cylindre creux de l'élément 12, ce qui permet un couplage inductif. Pour compenser les pres- sions, l'espace enfermé lors de l'emboîtement des élé- ments 11 et 12 est raccordé à l'espace de rinçage 3 par des passages de communication, comme par exemple des rainures fraisées ou des lumières 34'. A l'extrémité supérieure-de son fût 8, la section 5-contenant-les appareils-est pourvue d'un mandrin de repêchage 15 avec lequel un-outil de re- pêchage descendu à partir de la-surface dans le ca- nal d'écoulement 3 peut être amené en prise pour re- monter la-section 5 par le canal d'écoulement 3 vers la surface du sol en détachant la connexion électrique 10. Alors que, dans l'exemple représenté, le générateur d'impulsions de pression 6 et le généra- teur de courant 7-sont montés dans le train de tiges de forage 2, respectivement-par son fût 9 au moyen de contre-fiches ou d'organes de support analogues 16 au voisinage desquels, dans l'exemple représenté, des canaux de communication 17 pour le liquide de rinçage avec l'espace annulaire entourant le train de tiges de forage 2 sont formés et par un disposi- tif de support 18 d'une manière telle que-leur--re- montée à la surface au moyen d'un-outil de repêcha- ge ne soit pas prévue,parce-que le générateur d'im- pulsions de-pression 6 et le générateur de courant 7?--ne représentent pas des-composants particulière- ment-onéreux, néanmoins, en plus de la section-su- périeure 5 contenant les appareils, d'autres sec- lO tions séparables de l'ensemble,-comme le générateur d'impulsions-de pression 6 et le générateur de-cou- rant 7, peuvent-aussi être pourvues à leur face - sup-érieure d'une manière adéquate d'un--mandrin de- repêchage, de sorte que ces sections de-l'ensemble puissent aussi être remontées' au moyen de l'outil de repêchage par le canal d' écoulement 3 du train de tiges de forage. - - - Il est aussi possible de supporter l'ensemble complet ou au moins sa section supérieure-5 de ma nière détachable dans le train de tiges de forage au moyen d'un dispositif adéquat tel qu'un dispositif de suspension tubulaire connu, ce qui permet de retirer et de remettre en place tout l'ensemble ou une section de celui-ci. Pour des conduites de dérivation qui définis- sent les canaux de communication 17, un disposi- tif de raccordement détachable doit être prévu pour permettre- leur séparation-du train de tiges de for- rage 2, de telle façon que la partie de-l'ensemble comportant-le générateur d'impulsions--de pression 6 puisse être retirée et remise-enplace. De plus, pour une jonction ou une rejonction prêt.e pour le fonctionnement-de sections de l'ensemble montées détachablesdans le train de tiges de forage 2, des éléments de centrage ou des dispositifs d'orientation adéquats peuvent être prévus pour leur couplage et/ou leur orientation automatiques lorsqu'on les descend au moyen.de l'outil de repêchage en vue d'une jonction à une section immédiatement sous-jacente de l'ensemble. - Le dessin illustre en 13 un tel dispositif d'orientation qui oriente de force et bloque les ap- pareils pour la détermination des données dans la section 5 de l'ensemble dans un sens angulaire dans le train-de tiges de forage pendant la descente du sous-ensemble. Le dispositif d'orientation 13 est formé d'un bec 13a fixé extérieurement-au fût 8 qui atta- que une rainure 11+la d'une douille 14 prévue sur la surface interne-d'un corps tubulaire 19 entourant le sous-ensemble 5. La--rainure-14a va en se rétré- cissant de façon conique vers le bas.- Le corps tubulaire 19, qui-entoure la sec- tion supérieure-5 de l'ensemble-contenant les ap- pareils ainsi que les éléments de mesure et les moyens auxiliairesélectriques et/ou électroniques, est, dans l'exemple représenté, formé par-un corps tubulaire séparé en matière-antimagnétique- par exemple enacier, qui représente une partie du train de tiges de forage 2. Le corps tubulaire 19 est relié à un corps tubulaire immédiatement sous-jacent 20 du train de tiges de forage 2 par une jonction vissée 21 entre sa douille taraudée 22 et l'embout fileté 23 du corps tubulaire 20; qui est à-son tour vissé par - sa douille taraudée inférieure 2+ sur un embout file- té supérieur 25 de l'outil de forage 1. Si, dans l'exemple représenté, l'outil de forage 1 se bloque dans le trou de forage au point qu'il-n'est plus possible de le débloquer par rota- tion et par des forces d'impact axiales; on commence par remonter, au moyen-de l'outil de repêchage qui vient en prise avec le mandrin de repêchage 15-la section 5 contenant les appareils avec les éléments de mesure et les moyens auxiliaires électriques et/ou électroniques à cause-de leur valeur considéra- ble, la connexion électrique 10 se détachant automa- tiquement sous l'effet de la force axiale dirigée vers le-haut et appliquée au fût 8-de la section 5, de sorte que la section 5 peut être retirée sans entrave par le canal d'écoulement 3 du train de ti- ges de forage 2. On dégage ensuite la zone de-la jonction vissée 21 de telle sorte qu'une charge ex- plosive puisse être descendue à partir-de la surface par-le canal d'écoulement 3 du train de tiges de fo- rage 2-et puisse être amenée-en dessous du corps tu- bulaire-19 au voisinage de cette jonction 21 qui peut &treamenée dans le sens de l'ouverture sous l'effet d'une précontrainte, afin d'agir, lorsqu'elle est allumée, dans le sens-de l'ouverture sur la jonc- tion vissée 21. -La partie du train de tiges de fo- rage située au-dessus de la-jonction vissée 21 des- serrée au moyen de la--chargeT explosive peut ensuite être détachée complètement de-l'embout fileté 23 du corps tubulaire inférieur 20 et peut-être remontée avec le corps tubulaire 19 en matiere-antimagnétique par le-trou de forage. On parvient de cette façon à sauver du matériel coûteux constituant des tiges de forage ou des masses-tiges. - - Le mandrin de repêchage 15 est formé, dans l'exemple représenté, d'un corps façonné comprenant plusieurs segments radiaux, chaque segment 26 étant relié par l'intermédiaire d'une lame de ressort 27- exerçant une pression-vers l'extérieur à une partie de fût 28 allant en se rétrécissant vers le haut du sous-ensemble 5. Dans la position insérée du sous- ensemble, des surfaces d'about 29 du-corps façonné segmentaire s'accrochent derrière une-douille 30 in- sérée dans le corps tubulaire 19 qui est fixée par le corps tubulaire du train de tiges de forage 2 vissé sur sa surface. -Pour retirer le-sous-ensem- ble 5,-on laisse descendre un outil de repêchage à symétrie de-révolution-qui, en glissant sur des sur- faces saisies 31 des segments 26 du corps façonné, presse ces-surfaces vers l'intérieur et s'engage derrière les surfaces d'about ou d'arrêt d'un re- trait 32 des segments 26. La disposition des fa- ces d'about-29 du corps façonné--segmenté contre la douille-30 est ainsi supprimée et le sous-ensemble peut être retiré. Lors de l'insertion du sous-ensemble 5 au-moyen de l'outil de repêchage, les surfaces sai- sies 33 et-31+ sur la douille 30 et sur les-segments 26 provoquent une contraction du-mandrin de repêcha- ge 15 introduit dans-l'étranglement. Dans la posi- tion finale-, on obtient alors la fixation indiquée par l'écartement automatique-des segments 26 vers l'extérieur. L'outil de repêchage est alors libéré et est remonté à la surface. REVEND I C AT I ONS 1.- Dispositif pour la télétransmission I d'informations à--partir d'un trou de forage vers la surface du sol pendant le fonctionnement-d'un ap- pareil de forage,qui-comporte-un outil-de forage tournant, un train de-tiges de forage et-une pompe qui refoule du liquide de rinçage dans le canal- d'écoulement du train de tiges de forage vers le bas à travers l'outil-de forage et vers le haut dans - l'espace annulaire du trou de forage qui entoure le train de tiges deforage, le dit dispositif étant constitué d'appareils disposés dans le train de ti- ges de forage pour déterminer des données d'informa- tion souhait-ées, pour-convertir les-données d'infor- mation en une séquence de signaux de commande élec- triques, pour produire-des impulsions de pression dans-le flux de liquide de rinçage dirigé vers le bas en fonction des signaux de commande et pour produire-l'énergie électrique requise, caractérisé en ce que les appareils font partie d'un ensemble pouvant être balayé par le liquide de rinçage et - monté coaxialement à l'intérieur du-canal d'écoule- ment (3) du train de tiges de forage (2)-et sont groupés dans dessections axiales séparées superpo-, sées (5, 6, 7) de l'ensemble et au moins la section supérieure (5)-de l'ensemble a la forme d'un sous-en- semble autonome pouvant être-séparé du--reste de l'en- semble au moyen d'un outil de repêchage qui peut être actionné à partir de la surface du sol et pou- vant être-remonté à la surface à-travers le canal d'écoulement du train de tiges de forage. 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'unesection (par exemple 5) de l'ensemble ayant la-forme d'un sous-ensemble autono- me peut; au moyen de-l'outil de repêchage- non seu- lement être séparée-et retirée du reste-de l'ensem- ble, mais aussi être descendue et unie au reste de g490 il l'ensemble de manière à pouvoir fonctionner. 3.- Dispositif suivant la revendication 1 ou-2, caractérisé en ce que, dans la section supé- rieure (5) de l'ensemble sont rassemblés--tous les appareils servant à déterminer des données d'infor- matior et à convertir ces données en signaux de commande, y compris tous les moyens auxiliaires électriques et/ou électroniques associés. I.- Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'au niveau de la jonction sépa- rable (11) pour la section supérieure (5) de l'en- semble est prévue une connexion de transmission de signaux électriques (10) qui, pour sa part, peut être séparée axialement. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 & 4, caractérisé-en ce que la section supérieure (5) de l'ensemble est disposée dans un fût (8) distinct qui est relié--de manière détachable à un fût (9) ou à une partie de fût de la section (6) immédiatement sous-jacente de l'ensemble. 6.- Dispositif-suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'un espace enfermé lors de l'as- semblage des fûts (8 et 9) est raccordé au canal d'écoulement (3) par des trajets de communication (34') servant à égaliser les pressions. 7.- Dispositif suivant les revendications 1 à 6-, caractérisé-en ce que la section supérieure (5) de l'ensemble est pourvue-, à son extrémité su- périeure, d'un mandrin de repêchage (15) pour l'ou- til de repêchage. - 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la section supérieure (5) et d'autres sections sépa- rables de l'ensemble sont-pourvues chacune à leur face supérieure, d'un mandrin de repêchage pour l'outil de repêchage. 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que tout l'ensemble ou au moins sa section supérieure est mon- té de manière détachable au moyen d'un dispositif de suspensions tubulaire dans le train de tiges de forage. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications i à 9, caractérisé en ce que l'ensemble est pourvu, dans la zone du générateur d'impulsions de. pression (6), d'au moins une con-- duite de dérivation-raccordant-le canal d'écoulement (3) du-train de tiges de forage (2) à l'espace annu- laire entre le train de tiges et le trou-de forage et un dispositif de couplage séparable de la condui- te-de dérivation-est prévu pour monter la partie de l'ensemble-comprenantle générateur- d'impulsions de pression-de manière permettant de ledétacher et de le retirer, ce dispositif de couplage permettant de séparer la conduite de dérivation du train de tiges de forage. ll.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10,- caractérisé en ce--qu'au moins la section supérieure (5) de l'ensemble est entourée par un corps tubulaire (19) en matière-an- timagnétique faisant partie du train de tiges de forage (2). 12.- Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le corps tubulaire (19) en matière antimagnétique est relié au-corps tubu- laire immédiatement sous-jacent (20) du train de tiges de forage (2) au moyen d'une jonction vissée (21) pou- vant être tournée dans le sens de l'ouverture sous pré- contrainte. 13.- Dispositif suivant la-revendication - 12, caractérisé en ce-qu'une charge explosive à même d'agir dans le sens de l4ouverture de la jonction vissée (21) peut être amenée et-allumée dans la zone de la jonction vissée (21) entre le corps tubulaire E490718 (19) en matière antimagnétique et le corps tubulaire immédiatement sousjacent (20) du train de tiges de forage (2). 14.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisé par des dispositifs d'orientation et de centrage (13) des sections sépara- bles de l'ensemble permettant leur couplage automatique lors d'une descente au moyen de l'outil de repêchage afin de produire une jonction permettant le fonctionne- ment avec une section immédiatement sous-jacente de l'ensemble.