Brevet FR2573124A1 — publié le 19860516

L'invention concerne d'une manière générale les stabilisateurs de tiges ou de garnitures de forage qui sont conçus pour être fixés à des garnitures de forage rotatives afin d'entrer en contact avec la paroi d'un puits pour aider à stabiliser la garniture dans le sondage. On a proposé et utilisé divers types de stabili- sateurs de garnitures de forage. D'une façon générale, tous les stabilisateurs présentent une partie élargie d'une certaine forme sur un corps tubulaire, partie élargie dans laquelle sont formées des gorges longitu- dinales ou hélicoidales pour permettre l'écoulement de fluide entre la garniture de forage et la paroi du sondage. Dans les stabilisateurs présentant des gorges hélicoida- les formées dans la partie élargie, il peut apparaître une certaine tendance à l'accroissement de la résistance par frottement du trou qui, elle-même, accroit l'érosion et l'usure du stabilisateur. De plus, l'utilisation actuelle de nervures hélicoidales sur un stabilisateur de garniture de forage peut ne pas permettre le maintien constant d'un contact de surface approprié entre le stabilisateur et la paroi du sondage. En outre, dans le forage de certains puits tels que des puits thermiques ou des puits de gaz 'à haute pression, l'utilisation de stabilisateurs à hélices communs et bien connus jusqu'à présent, dans une garni- ture de forage, peut provoquer une tendance de la garniture à dévier du sondage en tournoyant. En outre, lorsqu'un stabilisateur à ailettes ou rainures hélicol- dales est utilisé dans une garniture de puits, le mode ou la direction de circulation du fluide qui en résulte entre la garniture de forage et la paroi du sondage peut provoquer un déplacement du stabilisateur vers un côté du sondage, engendrant ainsi un effet de tarière qui provoque un "cheminement" ou déplacement de la garniture de forage vers un côté du sondage lors des opérations de forage. L'invention propose un agencement en hélices opposées dans un stabilisateur de garniture de forage, qui établit des trajets opposés d'écoulement de fluide dans la partie élargie du stabilisateur pour aider à empêcher la garniture de forage, dans laquelle le stabi- lisateur est utilisé, de s'écarter en tournoyant d'un puits thermique en cours de forage. L'invention a égale- ment pour objet un agencement en hélices doubles formé dans une partie élargie d'un corps tubulaire constituant un stabilisateur pour une garniture de forage, l'agence- ment établissant sur le stabilisateur des surfaces disper- sées qui assurent constamment le maintien du contact avec la paroi du sondage. L'invention a également pour objet un stabilisateur présentant des hélices opposées pour établissement d'écoulement de fluides opposés à proxi- mité de la partie élargie afin d'aider à réduire, voire à supprimer pratiquement, le cheminement de lac garniture de forage la faisant dévier du sondage, par effet de "tarière" ou de "mèche"'ipendant l'utilisation. L'inven- tion a également pour objet un stabilisateur destiné à une garniture de forage, qui établit des trajets d'écou- lement maximaux tout en présentant une surface circonfé- rentielle maximale en contact de stabilisation avec la paroi du sondage. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexes à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une élévation du stabilisateur selon l'invention et d'un premier agencement de gorges opposées ménagées dans la partie élargie du corps du stabilisateur; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, montrant le stabilisateur tourné de 60 autour de son axe longitudinal afin d'offrir une vue différente des moyens de surface destinés à être en contact avec la paroi du sondage, et des gorges opposées conçues pour qu'un fluide circule dans les gorges en hélices opposées doubles formées dans la partie élargie du corps; la figure 3 est une vue en bout suivant la ligne 3-3 de la figure 1; la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 1, montrant d'autres détails du stabi- lisateur selon l'invention; la figure 5 est une élévation longitudinale d'une variante du stabilisateur selon l'invention compor- tant une partie élargie plus longue que celle du stabilisa- teur montré sur les figures 1 et 2, et tournée de 30 autour de son axe longitudinal afin d'offrir une vue différente des gorges et de la surface annulaire de la partie élargie. Les gorges sont également de forme légère- ment différente. Etant donné que la partie -élargie E du corps du stabilisateur est plus longue, les gorges oppo- sées qui s'y trouvent se croisent entre leurs extrémités sur plus d'un intervalle le long de la partie élargie; et 20. la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5. On portera d'abord son attention à la figure 1 des dessins sur laquelle le stabilisateur selon l'inven- tion est indiqué dans son ensemble par la lettre S. Il comprend un corps tubulaire allongé T qui présente des filetages indiqués par le trait pointillé 7 à une extré- mité et par le trait plein 8 à l'autre extrémité de ce corps tubulaire T afin que ce dernier puisse être monté dans une garniture de forage. Une partie élargie s'éten- dant circonférentiellement, désignée globalement par la lettre E, est prévue sur le corps T, entre ses extrémités, s'étend radialement au corps et est d'un diamètre supé- rieur à celui du corps tubulaire T afin que cette partie élargie E présente une surface annulaire extérieure 12 telle qu'illustrée sur les dessins. Les extrémités 15 et 16 de la partie élargie E sont convenablement biseautées, chanfreinées ou rendues concaves comme souhaité pour que la surface 18 du corps tubulaire T soit raccordée à la surface annulaire 12 de la partie élargie E, comme repré- senté. La partie élargie E est de préférence d'une seule pièce avec le corps T afin que le dispositif selon l'invention puisse être formé par forgeage, si cela est souhaité, bien qu'il puisse être soudé au corps. De plus, le corps peut être constitué de tronçons formes globalement par la configuration définie par les gorges ou évidements tels que représentés sur les dessins, et les tronçons peuvent être soudés les uns aux autres et au corps pour constituer la partie élargie E. Un premier ensemble de gorges 20 est formé dans la surface annulaire 12 de la partie élargie E et ce pre- nier ensemble 20 est incliné d'un certain angle dans une première direction par rapport à l'axe longituiinai du corps T et de la partie élargie E et forme une hélice autour et sur toute la dimension longitudinale de la partie élargie E. Un second ensemble de gorges 21 est réalisé dans la sur- face annulaire et est incliné dans une direction opposée à celle de l'inclinaison du premier ensemble de gorges 20, comme représenté sur les dessins. Le second ensemble de gorges 21 forme une hélice autour et sur toute la dimen- sion longitudinale de la partie élargie E. Les premier et second ensembles de gorges 20 et 21 comprennent chacun plusieurs gorges espacées cir- conférentiellement autour de l'axe longitudinal du corps tubulaire T de la partie élargie E et inclinées par rap- port à cet axe longitudinal, comme représenté sur les dessins. Une gorge 20a du premier ensemble 20 croise ou intersecte une gorge 21a du second ensemble 21 de façon à former une paire P de gorges qui se croisent ou s'intersectent entre les extrémités de la surface annu- laire 12, une forme d'un tel croisement ou d'une telle intersection étant montrée plus clairement sur la figure 1, à proximité immédiate de la partie centrale de chacun des premier et second ensembles de gorges 20, 21, laquelle intersection est indiquée globalement par les lettres IM. La largeur et la profondeur des premier et second ensembles de gorges 20, 21 sont telles que les gorges 20a et 21a de chaque paire P aboutissent, par leurs parties extrêmes 22 et 23, à chaque extrémité de la partie élargie E, dans un plan adjacent à la surface 18 du corps T de manière qu'un fluide présent dans le sondage du puits, autour du corps tubulaire T, puisse aisément pénétrer dans les premier et second ensembles de gorges 20, 21 et franchir ainsi la partie élargie E sans aucun étranglement substantiel. Dans la forme de réalisation illustrée sur les figures1 et 2 o les gorges 20 et 21 ne se croisent qu'une fois dans la partie élargie E, ainsi que dans la forme de réalisation des figures 5 et 6 o les gorges 20 et 21 se croisent plus d'une fois sur une partie élargie, les angles d'inclinaison des premier et second ensembles de gorges 20, 21, l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'axe longitudinal du corps T, sont tels que les gorges de chaque paire P se croisent avantageusement à proximité immédiate de leurs parties extrêmes, à chaque extrémité de la partie élargie E, comme indiqué globalement par les lettres IE, ainsi qu'à proximité immédiate de leur -- partie médiane, comme illustré et indiqué par les lettres IM. Ceci sera décrit plus complètement ci-après. Lorsque les ensembles de gorges 20, 21 ne se croisent qu'une fois sur la partie élargie E, comme montré par la forme de réalisa- tion présentée sur les figures 1 et 2, l'intersection des premier et second ensembles de gorges 20 et 21, telle que représentée par la ligne verticale 26 et la ligne hori- zontale 27 à proximité immédiate du milieu de la partie élargie E, ainsi que par les lignes verticales 28 et 29 à l'intersection des extrémités de paires adjacentes P de gorges des ensembles 20, 21, à chaque extrémité de la partie élargie E, indique que les longueurs totales d'in- tersection des premier et second ensembles de gorges 20 et 21 sur la partie élargie E, par rapport à la longueur totale de cette partie élargie E, correspond avantageuse- ment à plus d'au moins environ 50% de la longueur totale de la partie élargie E. Ceci est également vrai lorsque la partie élargie E est plus longue, comme montré sur la figure 5, de manière que les premier et second ensembles de gorges 20, 21 se croisent en plusieurs intervalles le long de la dimension longitudinale de la partie élargie E, comme montré sur les figures 5 et 6. Ainsi, on obtient sur la partie élargie E une intersection importante du premier et second ensemble de gorges 20 et 21, de façon à permet- tre un écoulement des fluides sans étranglement dans le sondage du puits, lorsque ces fluides s'élèvent, en pas- sant sur la partie élargie E, de l'outil de forage porté par l'extrémité inférieure de la garniture jusqu'à la surface du sol, d'une manière bien connue dans la technique. Cependant, en dépit de l'intersection des premier et second ensembles de gorges sécants 20, 21, inclines dans des directions opposées, sur une dimension longitu- dinale importante de la partie élargie E, l'angle d'in- clinaison des premier et second ensembles de gorges 20, 21 est tel que des surfaces 12a d'étendue substantielle sont formées par la partie non rainurée de la surface annulaire 12 de la partie élargie E afin de porter contre la paroi du sondage pendant les opérations de forage de façon à assister au maintien centré de la garniture de forage dans le sondage tout en permettant un écoulement sans étranglement des fluides autour de cette garniture. Si cela est souhaité, les zones superficielles 12a peu- vent recevoir un traitement de surfaçage dur. Plus particulièrement, dans le cas des stabili- sateurs utilisés jusqu'à présent, tels qu'un stabilisateur à ailette hélicoidale unique, la surface de l'hélice peut, dans certains cas, accroître la résistance par frottement du trou et peut provoquer une plus grande érosion du stabi- lisateur, ce qui nécessite de retirer la garniture de forage du sondage pour procéder au remplacement du stabi- lisateur, laquelle opération est coûteuse et longue. En outre, dans certains types de puits tels que les puits thermiques, l'invention tend à empêcher la garniture de forage de dévier du trou en tournoyant sous l'effet des pressions rencontrées. L'agencement en hélices opposées des premier et second ensembles de gorges 20, 21 engendre un écoulement opposé de fluide autour du stabilisateur S de la présente invention, ce qui empêche tout effet tour- noyant de la garniture de forage équipée du stabilisateur selon l'invention, lequel effet tournoyant pourrait autre- ment être présent dans des stabilisateurs à gorges héli- coidales de l'art antérieur et tendrait à faire dévier du sondage sous pression la garniture de forage en la faisant tournoyer. De plus, l'agencement en hélices oppo- sées doubles et les trajets d'écoulement de fluide croisés de la présente invention aident à empêcher le cheminement de la garniture de forage vers un côté du sondage, ce cheminement risquant de faire dévier de sa trajectoire la garniture de forage lors des opérations de forage. De plus, les fluides en circulation dans le sondage engendrent un point de contact par fluide sous haute pression dans la région globale indiquée par la lettre D, à l'intersection médiane des premier et second ensembles de gorges 20 et 21, et cette conjonction de contacts fluides tend également à favoriser le centrage du stabilisateur selon l'invention dans le sondage du puits. Tout nombre convenable de gorges ou de rainures fraisées peut être utilisé pour former le premier ensemble de gorges et, généralement, deux à quatre rainures fraisées, en hélice de pas à droite par rapport à l'axe longitudinal du stabilisateur S, constituant le premier ensemble de gorges indiqué par la référence numérique 20, peuvent être utilisées. De façon similaire, un nombre 2 5 7 312 4 identique de rainures fraisées, formant le second ensemble de gorges 21 en hélice de pas à gauche par rapport à l'axe longitudinal du stabilisateur S, peut être utilisé, comme montré. Comme indiqué, une gorge de pas à droite du premier ensemble- 20 coopère avec une gorge de pas à gauche du second ensemble 21 de façon à former une paire P de première et seconde gorges sécantes, comme montré plus clairement sur la figure 1. De façon similaire, chaque autre gorge hélicoidale de pas à droite de l'ensemble 20, située sur la partie élargie E, croise une gorge de pas à gauche du second ensemble 21 de façon que des paires sup- plémentaires P de première et seconde gorges sécantes soient formées sur la partie élargie E. Chaque paire P de gorges sécantes ou croisées des premier et second ensembles et 21 est adjacente à une autre paire P de première et seconde gorges sécantes des ensembles 20, 21 sur la partie élargie. Dans la forme de réalisation illustrée sur les dessins, la partie élargie E est d'une dimension longitu- dinale suffisante pour que chaque extrémité de chaque gorge hélicoIdale de pas à droite du premier ensemble 20 croise l'extrémité de la gorge hélicoidale de pas à gauche du second ensemble 21 de la paire P immédiatement adjacente, comme illustré sur les dessins. Cette disposition croisée des paires de gorges de chacun des premier et second ensem- bles 20, 21 constitue plusieurs parties 30 espacées circon- férentiellement, globalement en forme de losange, dans la surface annulaire extérieure 12, entre les extrémités de la partie élargie E. Ces parties 30 en forme de losange sont constituées entre des paires adjacentes P de premières et secondes gorges sécantes 20, 21. De plus, cet agencement de gorges sécantes sur la partie élargie E forme plusieurs surfaces triangulaires 35 espacées circonférentiellement dans la surface annulaire extérieure 12, entre les extré- mités de chaque paire adjacente P de première et seconde gorges 20, 21, à proximité immédiate de chaque extrémité de la partie élargie E. Ainsi, bien que les premier et second ensembles de gorges 20, 21 se croisent mutuellement sur une partie sensible de la surface 12 de la partie élargie E afin d'établir des trajets d'écoulement de fluides opposes, qui se croisent afin de parvenir au résultat souhaité de l'invention, cette dernière porte également un agencement de surfaces extérieures 12a situées sur la partie élargie E tel qu'au moins une certaine partie de la surface annulaire extérieure 12 de la partie élargie E se trouve toujours en contact avec la paroi du sondage, ce qui aide au maintien en position convenable de la garniture de forage lors des opérations de forage. Il convient de noter que les parties de surfaces non rainurées 12a de la surface annulaire 12 sont dispersées sur le contour de cette surface 12. De plus, en raison des ensembles de gorges sécantes 20, 21, les surfaces 12a établissent une configuration qui présente une étendue annulaire substan- tielle entre ses extrémités, cette étendue annulaire diminuant vers au moins une extrémité, ainsi qu'une étendue longitudinale substantielle produisant un effet de stabilisation tout en maintenant la dimension des gorges afin de ne pas gêner l'écoulement des fluides. Dans les stabilisateurs à ailettes droites et à ailettes hélicoïdales de l'art antérieur, les surfaces non rainurées sont sensiblement de la même dimension ou de la même largeur sur toute leur longueur. Les figures 5 et 6 illustrent une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle la partie élargie E est de plus grande étendue longitudinale que sur les figures 1 et 2. Les mêmes références numériques que celles utilisées sur les figures 1 et 2 désignent des éléments similaires sur les figures 5 et 6. Ceci donne un agencement de gorges dans lequel les gorges 20a, 21a des premier et second ensembles 20, 21 se croisent mutuellement en plusieurs intervalles situés entre les extrémités de la partie élargie E, comme indiqué par les lettres 11 et I2. On peut noter que la partie élargie E peut être de toute étendue longitudinale souhaitée sur le corps T tout en aboutissant à distance des extrémités afin d'établir des surfaces destinées à recevoir des clés. Bien que l'angle d'inclinaison des premier et second ensembles de gorges 20, 21 soit représenté comme étant sensiblement le même et orienté dans des directions opposées, on peut noter qu'il n'est pas nécessaire que l'angle d'inclinaison des premier et second ensembles de gorges 20, 21 soit sensiblement le même, pourvu que les ensembles de gorges 20, 21 se croisent ou s'intersectent pour former des parties de surfaces 12a permettant d'attein- dre les résultats souhaités de la présente invention. Lors de l'utilisation de l'invention, on fait descendre un fluide à partir de la surface du sol, dans l'alésage 40 du stabilisateur et ce fluide est déchargé à travers l'outil de forage situé à l'extrémité inférieure de la garniture de forage (non représentée) d'une manière bien connue dans la technique. Il est ensuite remonté autour de la garniture de forage, dans l'espace annulaire du sondage, c'est-à-dire entre le sondage et la garniture de forage, de façon à passer dans les ensembles de gorges 20 et 21 de la partie élargie E du stabilisateur S, lesquels ensembles de gorges se croisent mutuellement ou communiquent entre eux sur une partie substantielle de leur étendue. Etant donné que les ensembles de gorges 20 et 21 sont formés dans des directions opposées sur la partie élargie et qu'ils s'entrecroisent de la manière décrite précédemment, le fluide suivant les trajets d'écoulement formés par les gorges ou les rainures frai- sées 20, 21 entre en contact avec lui-même en parcou- rant les gorges et sort de ces gorges 20, 21, dans la partie élargie E. La direction d'écoulement du fluide dans les gorges 20 formées dans la surface 12 de la partie 1 1 élargie E étant opposée à celle de l'écoulement du fluide dans les gorges 21, ces écoulements tendent à neutraliser toute tendance de la garniture de forage à cheminer ou à se déplacer d'un côté ou de l'autre du sondage, comme cela peut être le cas lorsque plusieurs rainures hélicoïdales sont formées dans une direction dans un stabilisateur, comme cela est courant dans l'art antérieur. il va de soi que de nombreuses modications peuvent être apportées au stabilisateur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Stabilisateur de garniture de forage, carac- térisé en ce qu'il comporte un corps tubulaire allongé (T) présentant des moyens filetés (7, 8) à chaque extré- mité pour être monté dans une garniture de forage, une partie élargie (E) s'étendant circonférentiellement sur le corps, entre ses extrémités, afin d'y former une surface annulaire extérieure (12) de diamètre supérieur à celui du corps tubulaire, un premier ensemble (20) de gorges ménagé dans la surface annulaire, incliné dans une pre- mière direction par rapport à l'axe longitudinal du corps et s'étendant d'une extrémité à l'autre de la partie élargie, un second ensemble (21) de gorges ménagé dans la surface annulaire et incliné dans la direction opposée à celle du premier ensemble de gorges, les premier et second ensembles de gorges se croisant entre les extré- mités de la surface annulaire afin d'établir des trajets d'écoulement de fluide convergents qui franchissent ladite partie élargie. 2. Stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premier et second ensembles de gorges présente une largeur, une profondeur et un angle d'inclinaison par rapport à l'axe longitudinal de la partie élargie tels que leur intersection dans ladite partie élargie s'étend sur au moins environ 50 % de lalongueur totale de cette partie élargie. 3. Stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges présentent chacun une profondeur telle qu'un fluide peut passer aisément de la zone entourant le corps tubu- laire dans les premier et second ensembles de gorges et franchir la partie élargie. 4. Stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des premier et second ensem- bles de gorges présente une largeur, une profondeur et un angle d'inclinaison par rapport à l'axe longitudinal de la partie élargie tels que leur intersection entre les extré- mités de ladite partie élargie constitue au moins une partie (12a) de forme globalement en losange dans la sur- face annulaire, entre des paires adjacentes des gorges des premier et second ensembles. 5. Stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble comprend plu- sieurs gorges (20a) espacées circonférentiellement autour de la partie élargie et inclinées, sur cette dernière, dans la même direction par rapport à l'axe longitudinal du corps, et en ce que le second ensemble comprend plu- sieurs gorges (21a) espacées circonférentiellement autour de la partie élargie et inclinées sur cette dernière dans la direction opposée à celle des gorges du premier ensem- ble de façon qu'au moins une gorge du premier ensemble et au moins une gorge du second ensemble se croisent entre les extrémités de la partie élargie. 6: Stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble comprend plusieurs gorges (20a) de pas à droite espacées circonférentiellement sur ladite partie élargie et en ce que le second ensemble comprend plusieurs gorges (21a) de pas à gauche espacées circonférentiellement sur ladite partie élargie. 7. Stabilisateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges sont disposés sur la partie élargie de manière que chaque gorge de pas à droite du premier ensemble croise une gorge de pas à gauche du second ensemble de façon que des paires adjacentes de gorges se croisant mutuellement entre les extrémités de la partie élargie soient formées. 8. Stabilisateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les paires adjacentes de gorges sécantes constituent une partie (12a) de forme globalement enlosange sur la surface annulaire extérieure, entre chaque paire adjacente de gorges sécantes afin que plu- sieurs parties en forme générale de losange, espacées circonférentiellement, soient formées sur la partie élargie. 9. Stabilisateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les gorges de pas à droite de paires adjacentes croisent les gorges de pas à gauche de paires adjacentes à proximité des extrémités de la partie élargie afin que plusieurs surfaces triangulaires (35), espacées circonférentiellement, soient formées sur ladite surface extérieure par chaque paire de première et seconde gorges à proximité immédiate de chaque extré- mité de la partie élargie. 10. Stabilisateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités des gorges de paires adjacentes communiquent avec la surface du corps tubulaire sur laquelle la partie élargie est formée. 11. Stabilisateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges se croisent mutuellement en une seule position sur leur longueur et entre leurs parties extrêmes sur ladite partieélargie. 12. Stabilisateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges se croisent en plusieurs positions sur leur longueur et entre leurs parties extrêmes sur ladite partie élargie. 13. Stabilisateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les angles d'inclinaison des premier et second ensembles de gorges sont sensiblement égaux et opposés sur le corps. 14. Stabilisateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les paires adjacentes de gorges sécantes constituent, sur la surface annulaire, une partie dont l'étendue circonférentielle est plus petite à proximité des extrémités de cette surface qu'en un point situé entre lesdites extrémités.