Brevet FR2532986A1 — publié le 19840316

i 2532986 La présentoc i N v( n Ui o I concel înc lui nt ' uict direct de trépan pour forages profonds selon le princ ipe de refoulement de Moineau. Plus précisément, elle a pour objet un entraînement direct de trépan comprenant un rotor et un stator s'enrou- lant de manière hélicoïdale et des chambres formées entre eux selon le principe de refoulement de Moineau et comportant un arbre d'entraînement pouvant être relié d'une part au rotor de l'entraînement direct et d'autre part au trépan pour forages profonds et un tube extérieur qui les entoure coaxialement' et qui peut être relié au stator de l'entraînement direct ainsi qu'un dispositif de verrouillage qui, lorsqu'il est actionné, bloque l'arbre d'entraînement dans le tube extérieur, ce dispositif de verrouillage étant formé d'un dispositif de blocage qui comprend une première douille de blocage associée à l'arbre d'entraînement et une deuxième douille de blocage associée au tube extérieur. Dans la technique des forages profonds, on utilise des entraînements directs pour faire dévier la direction de forage ainsi que pour continuer à forer des forages déjà inclinés Dans ce cas, si le trépan de forage, pour une raison ou l'autre, se coince dans la formation au point de ne pîus pouvoir être décalé par le couple de rotation de l'entraînement direct, le couple de' rotation nécessaire pour le décaler ne peut être introduit que par l'intermédiaire de la table de rotation du derrick et des tiges de forage. Cependant, étant donné qu'à cause de l'entraînement direct, les tiges de forage peuvent tourner par rapport au trépan de forage, un verrouillage mécanique doit d'abord être établi entre les tiges de forage et le trépan, avant que le couple de rotation introduit du haut; puisse agir sur le trépan. Dans un entraînement direct connu de ce type (brevet allemand 29 1-7 331) ce verrouillage est assuré par une douille de blocage reliée à l'arbre d'entraînement et par une autre douille de blocage reliée à la boite de palier, ces deux douilles étant amenées en prise de verrouillage par un déplacement axial forcé du train de tiges de forage Pour eviter que cet engagement de verrouillage soit provoqué involontairement par les déplacements axiaux se produisant au cours d' une opération de forage normale, un dispositif de 2 2532986 sécurité est prévu et ne déclenche pour permettre le déplacement axial que lorsqu'une certaine valeur-de seuil est dépassée Il est très difficile de fixer cette valeur de seuil car, si sa valeur est si élevée qu'un déclenchement involontaire soit évité de manière sûre, une opération de déclenchement voulue peut échouer parce qu'une grande partie de la force axiale exercée par le haut est perdue par friction entre les tiges et la paroi du puits foré et que seule une force diminuée parvient au dispositif de sécurité. On utilise également des entraînements directs à turbine dans lesquels l'engagement en prise de verrouillage des douilles de blocage situées du côté du stator et du côté du rotor est assuré par un corps introduit par le haut -dans le canal de lavage et parvenant entre les douilles de blocage Les douilles de blocage sont alors disposées encore devant les parties d'amont de la-turbine Dans le cas de cet agencement, il est nécessaire de disposer d'une stabilité suffisante de l'ensemble des parties du rotor en ce qui concerne les couples de rotation pouvant être appliqués dans l'état de verrouillage à partir de la table de rotation, car ces couples sont transmis à partir des douilles de blocage par les parties du rotor au trépan de forage. Quoique la version mentionnée en dernier lieu d'un entraînement direct à dispositif de verrouillage permette un verrouillage sûr au moment voulu et exclut un verrouillage involontaire, l'utilisation d'un entraînement direct selon le principe d'entraînement de Moineau n'est pas possible sans plus Lors de l'application d'un couple de rotation élevé à partir de la table de rotation, le rotor se déplacerait radialement à l'intérieur du stator à cause de la structure élastomère de la première partie et annulerait à nouveau le blocage dû à la forme ou à la friction entre les douilles de blocage provoqué par le corps introduit De plus, les mouvements excentriques du rotor à l'intérieur du stator et la rotation du rotor autour de son propre axe, opposée à ces mouvements, contrarient un coincement du corps d'introduction entre les douilles de blocage et ainsi l'amorçage du verrouillage L'invention a pour but d'amélio- rer un entraînement direct du type précité, d'une manière telle qu'un verrouillage sûr soit possible, qu'un verrouil- 3 2532986 lage involontaire soit exclu et qu'un couple de rotation élevé puisse être transmis dans l'état de verrouillage. Ce but est réalisé en ce sens que) dans l'entraînement selon l'invention, le dispositif de verrouillage peut être actionné au moyen d'un corps d'introduction qui peut être inséré à titre d'organe de couplage entre les douilles de blocage et a au maximum un diamètre égal à la largeur des chambres formées entre le rotor et le stator de l'entraîne- ment direct, le corps d'introduction pouvant passer axiale- ment à travers l'entraînement 'direct vers les douilles de blocage lors d'un mouvement de rotation relatif du rotor et du stator. Ainsi, les moyens de blocage du dispositif de verroỉl- lage sont verrouillés par un corps introduit dans le canal de lavage Pour pouvoir transmettre le couple de rotation se présentant dans l'état de verrouillage et exçlure les influences du mouvement excentrique du rotor et de la rotation dans le sens opposé, les moyens de blocage sont disposés en aval de la section du moteur dans le domaine de l'arbre d'entraînement Le corps d'introduction est calibre en fonction des chambres formées entre le rotor et le stator de Moineau de telle sorte qu'il puisse les franchir suivant un trajet hélicoïdal lors d'un mouvement de rotation relatif du rotor et du stator dans le même sens que celui rencontré lors d'une opération de forage norm-ale. Contrairement à l'opinion répandue selon laquelle des moyens de blocage installés en aval du rotor et du stator de l'entraînement direct ne peuvent pas être atteints par un corps d'introduction, l'invention repose sur le fait que les chambres formées entre le rotor et le stator de Moineau, dans lesquelles le liquide de lavage produit les *forces d'entraînement, se déplacent vers l'aval selon une configu- ration uniforme Un corps se trouvant dans une de ces chambres peut donc franchir la zone du rotor et du stator. Lorsque le rotor est immobilisé, le mouvement relatif entre le rotor et le stator nécessaire pour ce déplacement peut être obtenu par rotation du stator au moyen des tiges de forage dans le sens contraire a celui de la rotation normale du rotor. D'autres particularités de l'invention sont indi- quées dans les sous-revendications Une forme d'exé- cution de l'invention est décrite ci-après avec référence au dessin annexé dans lequel: la Fig 1 est une vue en coupe longitudinale d'une partie de l'entraînement direct équipé du disposi- tif de verrouillage conforme à l'invention, et la Fig 2 a,b représente des vues en coupe trans- versales fragmentaires des moyens de blocage du dispositif de verrouillage. La vue de la Fig 1 est limitée à l'explication de la zone d'un entraînement direct essentielle pourl'in- vention Dans un tube extérieur 1 est monté un stator 2 qui reçoit un rotor 3 Le rotor 3 et le stator 2 déli- mitent entre eux des chambres 4 dans lesquelles le liquide de lavage pompé à travers l'entraînement direct exerce des forces d'entraînement sur le rotor 3 Le rotor 3 est relié par son extrémité orientée vers l'amont à un arbre flexible 5 qui traverse un creux intérieur du rotor, transforme le mouvement excentrique du rotor en un mouvement centrique et transmet ce mouvement par l'intermédiaire d'un arbre de couplage 6 à un arbre d'entraînement creux 7 L'arbre d'entraînement 7 traverse une section de paliers et porte à son extrémité inférieure un trépan de forage Au-dessus de la section de paliers,de laquelle un seul palier radial 8 disposé en amont est représenté, se trouve un dispositif de blocage 9 formé d'une douille de blocage 10 située du côté du stator et d'une douille de blocage 11 située du côté du rotor La douille de blocage 10 située du côté du stator fait ici partie intégrante du tube extérieur 1 tandis que la douille de blocage il située du côté du rotor est calée au moyen d une clavette 12 sur l'arbre d'entraî- *nement 7 et est fixée axialement entre une virole du pa- lier radial 8 et l'arbre de couplage 6 Un corps d'in- troduction sphérique 13 dont le trajet est représenté en trois étapes allant de l'une des chambres de tra- vail 4, à travers un espace annulaire 14 entourant l'ar- bre de couplage jusque dans le dispositif de blocage S, assure le verrouillage en cas de nécessité L'ouver- ture 15 représentée oblique dans l'arbre de couplage 6 est un des passages pour le liquide de lavage qui, après avoir traversé la section du moteur, s'écoule ensuite à travers le creux intérieur de l'arbre d'en- traînement 7 vers le trépan de forage La largeur des ouvertures 15 est inférieure à celle du corps d'intro- duction 13, de sorte que ces corps ne peuvent pas s'échapper. Les Fig 2 a et 2 b illustrent, par des coupes du dispositif de blocage 9, des variantes des douilles de blocage La Fig 2 a illustre un dispositif de blo- cage dû à la friction Ladouille 11 située du côté du rotor présente des rainures longitudinales 16 dont le fond 17 s'élève continuellement dans le sens radial à partir d'une paroi limite 18 vers l'autre 19 La douille 10 située du côté du stator est dépourvue de rainures Un corps sphéri- que 13, qui parvient dans une telle rainure, est pressé vers l'extérieur par le fond montant de la rainure lors du mouvement de rotation relatif de la douille de blo- cage située du côté du rotor, jusqu'à ce qu'il se coince entre ce fond et la douille de blocage située du côté du stator Dans cet état, le dispositif de blocage est verrouillé. La Fig 2 b illustre un dispositif de blocage dû à la forme La douille de blocage 11 se trouvant du côté du rotor de même que -la douille de blocage se trouvant du côté du stator présentent des rainures longitudinales 20; 21 qui peuvent recevoir les corps sphériques 13 lorsqu'elles sont disposées l'une en face de l'autre Les corps sphériques assurent un accouple- ment positif pour la transmission du couple de rotation entre les douilles 10, 11, La zone 22 des rainures si- tuée en amont peut de préférence être chanfreinée pour faciliter l'entrée du corps sphérique. 6 2532986 Pour actionner le dispositif de verrouillage dans le cas d'un trépan de forage bloqué, on commence par introduire un corps sphérique par le haut dans le canal de lavage de la tige de forage et on attend qu'il descende On fait ensuite lentement tourner la tige de forage et ce,dans le sens contraire à celui de la rotation normale de l'entraînement direct Le corps sphérique parcourt ainsi le domaine du rotor et du stator suivant un trajet hélicoïdal à l'intérieur d'une chambre formée entre le rotor et le stator jusqu'à ce qu'à sa sortie de la chambre il descende sur le dispositif de blocage Par une rotation supplémentaire, les rainures des douilles de blocage sont amenées cycliquement dans une position dans laquelle une possibilité d'entrée est offerte au corps sphérique grâce à l'action de la force centrifuge En règle'générale, un seul corps sphérique est nécessaire pour le verrouillage car lorsque ce corps sphérique a accouplé les douilles de blocage, d'autres corps sphériques ne peuvent plus franchir la zone du rotor et du stator - 7 2532986. R E V E N D I C A T I O N S 1 l Entraînement direct de trépan pour forages profonds comportant un rotor et un stator s'enroulant de manière hélicoïdale et des chambres formées entre eux selon le principe de refoulement de Moineau, comportant un arbre d'entraînement pouvant être relié d'une part au rotor de l'entraînement direct et d'autre part au trépan pour forages profonds et un tube extérieur qui les en- toure coaxialement et qui peut être relié au stator de l'entraînement direct ainsi qu'un dispositif de verrouil- lage qui, lorsqu'il est actionné, bloque l'arbre d'en- traînement dans le tube extérieur, ce dispositif de ver- rouillage étant formé d'un dispositif de blocage qui com- prend une première douille de blocage associée à l'arbre d'entraînement et une deuxième douille de blocage associée au tube extérieur, caractérisé en ce que le dispositif de verrouillage ( 9) peut être actionné au moyen d'un corps d'introduction ( 13) qui peut être inséré à titre d'organe de couplage entre les douilles de blocage (l O;ll) et'a au maximum un diamètre égal à la largeur des chambres formées entre le rotor ( 3) et le stator ( 2) de l'entraînement di- rect, le corps d'introduction ( 13) pouvant passer axiale- ment à travers l'entraînement direct vers les douilles de blocage (l O;ll) lors d'un mouvement de rotation rela- tif du rotor et du stator. 2 Entraînement direct suivant la revendica- tion l caractérisé en ce que le corps d'introduction ( 13) est sphérique. 3 Entrainement direct suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le dispositif de blocage ( 9) peut être bloqué par friction par l'intermédiaire du corps d'introduction ( 13). 4 Entraînement direct s-uivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce que la douille de blocage in- térieure ( 11) présente au moins un évidement axial ( 16) 8- dans sa surface périphérique externe, la distance ( 17) séparant le fond de cet évidement de l'axe de la douille augmentant tangentiellement à partir d'un endroit de profondeur maximum, la douille de blocage extérieure ( 10) est dépourvue de rainure et l'espace intermédiai- re entre la douille de blocage extérieure ( 10) et la douille de blocage intérieure ( 11) est plus grand que le corps d'introduction ( 13) à l'endroit de profondeur- maximum et plus petit aux autres endroits. 5 Entraînement direct suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que l'évidement axial ( 16) est une rainure longitudinale. 6 Entraînement direct suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le dispositif de blocage ( 9) peut être bloqué positivement au moyen du corps d'introduction ( 13). 7 Entraînement direct suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que la douille de blocage extérieure ( 10) de même que la douille de blocage in- térieure ( 11) présentent au moins une rainure longitu- dinale axiale ( 21; 20) dans leurs surfaces périphériques tournées l'une vers l'autre, la profondeur d'une rainure individuelle étant plus petite et les profondeurs de -deux rainures prévues l'une dans la douille de blocage extérieure et l'autre-dans la douille de blocage intérieure étant ensemble plus grandes que le corps d'introduction ( 13) de sorte que ce dernier peut être reçu, lorsque les rai- nures se font face, par l'évidement formé entre les douilles de blocage. 8 Entraînement direct suivant la revendica- tion 4, 5 ou 7, caractérisé en ce que l'évidement ou la rainure présente une zone d'entrée chanfreinée ( 22) pour le corps d'introduction ( 13).