Brevet FR2519686A2 — publié le 19830718

FR 2519686 A2 19830718 FR 8200652 A 19820114 La présente addition concerne un perfectionnement au raccord coudé à angle variable pour forages dirigés) décrit dans la demande principale et réalisé comme indiqué dans la première addition. Ce raccord,coudé dont l'angle est réglable depuis la surface du sol, comprend essentiellement un premier et un second éléments tubulaires assemblés entre eux, le second élément pouvant pivoter autour d'un axe formant un angle avec l'axe du premier élément, des moyens pour solidariser en rotation ces éléments tubulaires et des moyens télécommandés pour modifier pas à pas le calage angulaire du second élément tubulaire par rapport au premier. Selon le mode de réalisation décrit dans la première addition EN 79/08 803, les moyens télécommandés sont du type hydraulique et mettent en oeuvre un organe créant une perte de charge déterminée dans l'écoulement du fluide de forage. La présente invention propose un mode particulier de réalisation de cet organe pour que la perte de charge ait ladite valeur déterminée pendant le fonctionnement des moyens télécommandés et une valeur notablement inférieure lorsque les moyens télécommandés ne sont pas actionnés. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente schématiquement le raccord coudé selon le brevet principal, - la figure 2 montre le mode de réalisation de ce raccord coudé selon le premier certificat d'addition au brevet principal, - la figure 3 représente schématiquement et en coupe l'organe adapté à créer la perte de charge déterminée dans l'écoulement -du fluide de forage, et - la figure 4 représente en perspective l'un des pistons compo sant ledit organe. La figure 1 rappelle le principe du raccord coudé décrit dans la demande principale. Ce raccord se compose de deux corps tubulaires 1 et 2 reliés entre eux par un élément d'emboîtement 2a d'axe et solidaire du corps 2. L'axe X'X du corps tubulaire supérieur 1, l'axe Y'Y du corps tubulaire inférieur 2 et l'axe concourent en un même point 0. Les angles (h, X'X) et (A, Y'Y) formés par l'axe et les axes X'X et Y'Y respectivement ont meme valeur a. Ainsi, lors de la rotation du corps 2 autour de l'axe A, l'angle délimité par les axes X'X et Y'Y varie entre une valeur maximale 2a (position du corps 2 représentée en trait continu) et une valeur nulle (position du corps 2 représentée en trait interrompu). Les figures ZA et 2B représentent le mode de réalisation du raccord coudé, décrit dans le certificat d'addition 2.483.268, ce raccord étant dans la position où les axes X'X et Y'Y des corps tubulaires 1 et 2 font entre eux un angle nul, autrement dit lorsque ces corps sont alignés. Le corps supérieur 1, qui est par exemple constitué de plusieurs éléments la, lb, lc réunis bout à bout, est relié à la garniture de forage 3 par un filetage 4. Le corps inférieur 2 est vissé sur un moteur de fond 5, tel qu'une turbine, par le filetage 6. A la partie inférieure du corps 1 estBusiné un alésage 11 d'axe t; La face inférieure 12 du corps 1 est perpendiculaire à l'axe et le plan qui la contient passe par le point de concours des axes X'X et h. L'extrémité supérieure du corps 2 porte un élément d'emboî- tement 2a complémentaire de l'alésage ll dont l'axe fait avec l'axe Y'Y du corps 2 un angle a. Le corps 2 a un épaulement 13 dont la face perpendiculaire à l'axe d'emboîtement 2a est contenue dans un plan passant par l'intersection de l'axe Y'Y et de l'axe de l'élément d'em boîtement 2a. Les corps tubulaires 1 et 2 sont maintenus dans leur position d'emboîtement par une butée 14 supportant les efforts axiaux appliqués au raccord lors de son utilisation. Le centrage de l'élément 2a dans l'alésage est assuré par des roulements tels que ceux schématisés en 15, 16 et 17 qui permettent la rotation relative des deux corps tubulaires. Des joints 18 et 19 réalisent l'étanchéité entre les deux corps 1 et 2. A l'intérieur des corps tubulaires 1 et 2, un arbre creux 20 est disposé coaxialement à l'élément 2a et à l'alésage 11, c'està-dire coaxialement à l'axe A. L'arbre 20 et le corps 1 sont en permanence solidaires en rotation. Ceci est obtenu par la coopération d'un alésage cannelé 21 usiné dans le corps supérieur 1 et de cannelures complémentaires 22 portées par l'arbre 20. Ce dernier est également pourvu de cannelures 23 qui peuvent coopérer avec un alésage cannelé 24 du corps inférieur 2 lorsque l'arbre 20 est placé, par l'action du ressort 25, dans la position représentée sur la figure 2B. Dans cette position le corps 2 et l'arbre 20 sont liés en rotation. L'arbre 20, déplaçable axialement à l'intérieur des corps tubulaires 1 et 2, porte sur sa face extérieure une rainure de guidage profilée 28 qui coopère avec au moins un doigt de guidage 26 solidaire du corps 2 pour faire tourner celui-ci en rotation autour de l'axe A lorsque l'arbre 20 est déplacé axialement à partir de sa position représentée sur la figure 2B. Cette rainure permet d'obtenir une rotation pas à pas du corps tubulaire 2 autour de l'axe h. L'extrémité inférieure de l'arbre 20 est prolongée par un piston inférieur creux 27 pouvant coulisser, contre l'action du ressort 25, dans l'alésage 29 du corps 2, l'axe de cet alésage étant confondu avec l'axe h. Des joints 30 assurent l'étanchéité entre le piston 27 et l'alésage 29. L'extrémité supérieure de l'arbre 20 est prolongée par un piston creux 31 qui coulisse dans l'alésage 32 du corps 1, l'axe de cet alésage étant confondu avec l'axe b Des joints 33 assurent l'étanchéité entre le piston 31 et l'alésage 32. Le diamètre du piston inférieur 27 est supérieur à celui du piston supérieur 31. Les alésages 29 et 32, les pistons 27 et 31 et l'arbre 20 délimitent entre eux un espace annulaire étanche 34. Dans la partie supérieure de l'alésage du corps 1 est placé un réservoir 35 contenant un fluide hydraulique tel que de l'huile. Ce réservoir est constitué d'une paroi déformable 36 réalisée, par exemple, en néoprène. Ce réservoir est logé dans une enceinte rigide de protection 37 dont la paroi est munie d'orifices 38 de sorte que le fluide de forage qui circule dans le raccord coudé exerce sa pression sur la paroi 36 du réservoir 35. Un conduit 39 prévu dans le corps 1 met en communication l'espace 34 et le réservoir 35 à travers une vanne 70 ayant une position d'ouverture et une position de fermeture. La position de cette vanne, qui est par exemple une électrovanne, est commandée depuis la surface comme il est indiqué plus loin. Un élément 40, adapté à créer une perte de charge dans l'écoulement du fluide de forage, est placé en amont du piston 27. Plus précisément, cet organe est placé à un niveau intermédiaire situé entre celui de l'espace 34 et celui du réservoir 35. Dans le cas illustré par les figures, cet organe 40 est placé dans l'alésage du corps 1, mais on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en pla çant cet organe 40 dans l'alésage de l'arbre creux 20. Un compensateur, désigné dans son ensemble, par la référence 41, permet d'une part de maintenir la pression du fluide qui remplit l'espace confiné 34 à une valeur sensiblement égale à la valeur de la pression régnant dans l'alésage du corps 2 lorsque la vanne 70 est fermée et permet, d'autre part, de compenser les fuites hydrauliques. Ce compensateur comporte une membrane souple 42 qui détermine avec l'alésage du corps 1 un espace annulaire 43 qui communique par des orifices 44 avec le conduit 39. Cette membrane délimite avec le corps 45 du compensateur 41 un espace qui communique par des orifices 46 avec l'intérieur du raccord coudé, en aval de l'élément 40 créant la perte de charge en considérent le sens d'écoulement du fluide de forage. Les signaux de commande de l'électrovanne 70 sont transmis depuis la surface par un câble ou ligne 47 qui peut etre placé dans l'alésage de la garniture de forage 3 ou intégré à la structure de cette garniture. Un connecteur électrique 48 pouvant etre de tout type connu assure la liaison électrique entre le câble 47 et l'élec- trovanne 70. Des moyens de repérage de la position relative des deux corps 1 et 2 composant le raccord peuvent etre prévus. Ces moyens sont, par exemple, constitues d'une pièce magnétique, telle qu'un aimant permanent 49, fixée 9 l'extrémité du raccord 2 et d'un ensemble d'interrupteurs 50 solidaires du corps 1. Ces interrupteurs seront par exemple du type interrupteur a lame souple commercialisé par RADIOTECHNIQUE sous la référence R 122. A chaque position du corps 2, l'aimant 49 actionne un seul des interrupteurs 50. Le repérage de cet interrupteur indique la position relative des corps et 2. A cette fin, ces interrupteurs sont reliés à la surface, par exemple, par des conducteurs électriques 51, le connecteur électrique 48 et le câble 47. Le fonctionnement du raccord coudé est décrit ci-dessus en se référant aux figures et en supposant qu'initialement les corps 1 et 2 sont alignés. Le raccord est dans la position représentée sur les figures 2A et 2B et l'électrovanne 70 est fermée. Le fluide de forage circule dans le sens indiqué par les flèches pour alimenter le moteur de fond 5 lorsque celui-ci est, par exemple une turbine et pour irriguer l'outil de forage (non représenté). La pression du fluide hydraulique remplissant le réservoir 35 a une valeur P1 égale à la pression de fluide de forage alimentant le raccord coudé. L'élément 40 crée dans l'écoulement du fluide de forage une perte de charge AP. La pression P2 en aval de l'élément 40 est inférieure à la valeur P1 et égale à : P2 P1 AP- La pression du fluide hydraulique remplissant l'espace annulaire 34 défini plus haut est maintenu par le compensateur 41 å une valeur sensiblement égale à P2. Le ressort taré 25 maintient alors l'arbre 20 dans la position haute représentée sur la figure 2B. Pour modifier le réglage de l'angle du raccord coudé, la circulation du fluide de forage étant maintenue, on transmet depuis la surface, par l'intermédiaire du câble 47, un signal de commande. Ce signal provoque l'ouverture de la vanne 70 qui met en communication le réservoir 35 et l'espace 34 par l'intermédiaire du conduit 39. Le fluide hydraulique de l'espace 34 qui est alors à la pression P1 agit sur le piston inférieur 27 et le déplace contre l'action du ressort 25, l'espace 34 étant alimenté par le réservoir 35. Le doigt de guidage 26 coopère avec la rainure 28 pour provoquer la rotation du corps 2 autour de l'axe a d'un angle 2s n (n étant un nombre entier) les corps 1 et 2 faisant alors entre eux un angle e' compris entre 0 et 2e qu'il est aisé de déterminer par le calcul. On arrete la circulation du fluide de forage. La valeur de la pression dru fluide hydraulique dans le réservoir 35 et dans l'es- pace 34 devient alors sensiblement égale à la valeur de la pression du fluide de forage dans le corps tubulaire 2. Le ressort taré 25 repousse l'arbre 20 vers le haut de la figure 2B en refoulant le fluide hydraulique dans le réservoir 35 jusqu'à ce qué le corps 2 et l'arbre 20 soient à nouveau liés en rotation. On ferme alors la vanne 70. Ces opérations peuvent etre répétées jusqu'à ce que l'angle du raccord coudé ait atteint la valeur désirée. La vanne 70 étant fermée, l'opération de forage peut être reprise en rétablissant la circulation de fluide de forage. Comme on l'a indiqué plus haut, l'élément ou organe 40 crée une perte de charge déterminée nécessaire au fonctionnement du raccord lorsqu'on désire modifier l'angle d'inclinaison entre les deux éléments tubulaires 1 et 2. La présente invention propose un mode particulier de réalisation de l'élément 40 qui permet d'obtenir la perte de charge désirée dans l'écoulement du fluide de forage pendant les périodes de modification de l'angle du raccord coudé et qui n'introduit qu'une perte de charge déterminée en dehors de ces périodes de modification. L'élément 40 est représenté schématiquement et en coupe sur la figure^3. I1 comporte deux pistons cylindriques 100 et 101 placés dans des logements radiaux 102 et 103 qui débouchent dans l'alésage du corps 1. Ces logements communiquent entre eux par une rainure annulaire 104 qui est reliée au conduit hydraulique 39. Chacun des pistons est pourvu d'une tige 105 et 106 respectivement. Des ressorts 107 et 108 sont placés autour des tiges 105 et 106 et prennent appui, d'une part, sur des rondelles 109 et 110 solidaires des tiges 105 et 106 et immobilisées par des écrous 111 et 112 et d'autre part, sur des plaques 113 et 114 fixées sur le corps 1. Les extrémités des pistons sont profilées comme le montre la figure 4 qui représente l'un des pistons vu en perspective. Lorsque l'électrovanne 70 est fermée, les ressorts 107 et 108 maintiennent les pistons dans une position écartée de l'axe du corps 1, comme représenté sur la partie inférieure de la figure 3. Dans cette position, les pistons créent dans l'écoulement de fluide qui circule dans l'alésage du corps 1, une perte de charge déterminée AP' notablement inférieure à la valeur bP indiquée plus haut. Lorsque l'électrovanne 70 est ouverte par télécommande, la pression du fluide hydraulique dans la canalisation 39 s'établit à une valeur supérieure d'environ bP' à celle qui règne dans l'alésage du corps 1 au droit des pistons. La valeur déterminée AP' est choisie aussi faible que possible mais suffisante pour permettre de déplacer les pistons 100 et 101 contre l'action des ressorts 107 et 108. Les pistons se rapprochent de l'axe comme représenté sur la partie supérieure de la figure 3. I1 en résulte une réduction de la section de l'alésage du corps 1 et l'apparition de la perte de charge AP nécessaire au fonctionnement du raccord coudé comme indiqué plus haut. Quand la circulation du fluide dans l'alésage du corps 1 est interrompue, la pression dans la canalisation 39 diminue et les ressorts 107 et 108 agissent sur les pistons pour les écarter de l'axe du corps 1. L'avantage de ce dispositif réside dans le fait que la perte de charge déterminée AP nécessaire au fonctionnement du raccord coudé, n'est créée que lorsque l'on modifie le réglage de la position des deux éléments constituant le raccord. REVENDICATIONS 1. - Raccord 'coudé selon la revendication 1 du brevet principal, dans lequel les moyens télécommandés sont du type hydraulique et mettent en oeuvre un organe adapté à créer une perte de charge déterminée dans I'écoulement'du fluide de forage traversant le raccord, caractérisé en ce que ledif organe est constitué par au moins un piston disposé dans un logement radial du raccord communiquant avec lesdits moyens d'alimentation en fiuide hydraulique sous pression et en ce que des moyens élastiques maintiennent le piston dans une position écartée de l'axe du raccord tant que la pression du fluide hydraulique ne dépasse pas la pression du fluide de forage dans l'alésage du corps au droit du piston. 2. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe comporte deux pistons opposés présentant une face avant profilée et en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par des ressorts.