Brevet FR2641572A1 — publié le 19900713

Cette invention se rapporte à une fraise d'amor- çage de déviation destinée à dévier un outil de forage ou un coupe-tube dans une direction inclinée par rapport au tubage du puits et, en particulier, un ensemble indi- cateur associé au sifflet de déviation et à la fraise pour créer une perte de charge en ligne lorsque la frai- se a atteint une profondeur prédéterminée sur la lon- gueur du sifflet de déviation. Dans la technique du forage, on utilise déjà de- puis longtemps des sifflets de déviation pour orienter un outil de forage ou un coupe-tube dans une direction inclinée par rapport au tubage mis en place à sa profon- deur définitive. Le sifflet de déviation peut être mis en place dans le tubage au-dessus du fond du trou de fo- rage en utilisant une garniture qui peut être descendue séparément ou simultanément avec le sifflet de déviation en une seule descente. Dans le cas de l'appareillage de frais'age à une seule descente, l'outil de fraisage, le sifflet de déviation, et la garniture sont descendus dans le trou de sonde dans leur ensemble et la garniture est mise en place à la profondeur désirée. Lorsque l'ap- pareillage a été mis en place, on détache la fraise du sifflet de déviation et on déclenche l'opération de frai- sage. La fraise descend le long de la surface inclinée du sifflet de déviation pour attaquer la paroi du tubage et entailler cette dernière. Toutefois, en raison de la nature même de la fraise, de la matière du tubage et de celle du sifflet de déviation, il faut prendre soin de tailler uniquement dans la paroi du tubage. Si la fraise pénètre trop loin à travers le tubage, la matière de la formation environnante amènera la fraise à tailler dans le sifflet de déviation, ce qui finira par détruire, soit la fraise, soit le sifflet. Si le tubage n'est pas entièrement fraisé sur toute son épaisseur, le coupe-tu- be ou l'outil de forage qui seront descendus ensuite dans le trou de sonde ne suivront pas la direction vou- lue. ú. Dans les opérations de fraisage au sifflet de déviation connues antérieurement, la profondeur du frai- sage était principalement calculée var un opérateur de- puis la surface. Toutefois, ces calculs reposaient dans une certaine mesure sur une estimation puisqu'à certai- nes occasions, les déviations dans le tubage, etc., en- gendraient des erreurs sur la profondeur réelle. Etant donné que la profondeur du fraisage était principalement déterminée par la longueur totale du trajet parcouru dans le trou de sonde, les calculs étaient quelquefois erronés. La présente invention supprime les inconvé- nients des ensembles sifflets de déviation antérieurs dé- jà connus en donnant une indication d'une chute de pres- sion liée à la fraise pour indiquer à l'opérateur le mo- ment o la fraise a atteint la profondeur Drédéterminée. Dans une forme préférée de réalisation de la présente invention, la garniture, le sifflet de dévia- tion et la fraise d'amorçage sont assemblés de manière à permettre la mise en place de l'outil et le fraisage de la paroi du tubage en une seule descente. La garniture- ancrage est assemblée à l'extrémité inférieure du sif- flet de déviation et l'outil de fraisage est assemblé à l'extrémité supérieure du sifflet de déviation par une liaison démontable. Pour bloquer la garniture-ancrage, on utilise une conduite de fluide qui relie la fraise à la garniture à travers le sifflet. Lorsque l'outil est mis en place, on sépare la fraise du sifflet de dévia- tion et on déclenche l'opération de fraisage, l'outil de fraisage circulant alors le long de la surface inclinée du sifflet de déviation, pour faire ainsi pénétrer la fraise dans la paroi du tubage. La fraise d'amorçage présente un passage de fluide longitudinal qui, initialement, achemine le flui- de jusqu'à la conduite de fluide servant à bloquer la garniture-ancrage. Un orifice de fluide latéral relie le passage de fluide central à l'extérieur de l'outil. L'orifice présente un plus grand diamètre pour permettre au fluide de s'écouler sélectivement entre le passage de fluide et le trou de sonde. Un bouchon interchangeable est inséré dans l'orifice et comprend une extrémité exté- rieure qui déborde au-delà de la périphérie de l'outil de fraisage. Le bouchon présente-un perçage partiel qui s'étend du passage central de l'outil jusqu'à un point situé au-delà de la périphérie de l'outil. De cette fa- çon, lorsque l'extrémité extérieure du bouchon est ci- saillée, le perçage partiel s'ouvre pour laisser le flui- de s'écouler entre le passage de fluide central et l'in- térieur du tubage. Un bloc de cisaillement est monté sur la surfa- ce inclinée du sifflet de déviation. Le bloc de cisaille- ment est monté dans une position telle qu'au moment o il attaque le bouchon porté par l'outil de fraisage, l'outil se trouve à la profondeur désirée sur la lon- gueur du sifflet de déviation. Au cours de la descente de l'outil de fraisage, l'extrémité extérieure du bou- chon est cisaillée au moment o elle entre en contact avec le bloc. Le fluide arrivant par le passage central de l'outil de fraisage s'écoule alors dans le tubage. La chute de pression résultante à l'intérieur de l'outil peut être facilement détectée par l'opérateur en surfa- ce, en indiquant ainsi que l'opération de fraisage doit être arrêtée. On peut alors remonter l'outil de fraisage du trou de sonde pour commencer les opérations suivan- tes. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en regard des des- sins annexés, sur lesquels les éléments analogues ou identiques sont désignés par les mêmes références sur toutes les Figures et sur lesquels, la Fig. 1 est une vue en perspective et en cou- pe partielle d'un trou de sonde avec un appareillage à sifflet de déviation de la technique antérieure mis en place dans le trou de sonde; la Fig. 2 est une vue en perspective et en cou- pe partielle de l'appareillage de déviation de la techni- que antérieure, sur laquelle la fraise d'amorçage est dé- tachée de l'appareillage et descend le long du sifflet de déviation; la Fig. 3 est une vue en perspective et en cou- pe partielle de l'appareillage de déviation de la techni- que antérieure, sur laquelle la fraise d'amorçage a frai- sé une partie de la paroi du tubage; la Fig. 4 est une vue en perspective et en cou- pe partielle d'un appareillage de déviation selon l'in- vention, sur laquelle la fraise d'amorçage est détachée du sifflet de déviation et descend le long de ce sif- flet; la Fig. 5 est une vue en coupe agrandie du bou- chon indicateur qui est en prise avec le bloc de cisail- lement selon l'invention; la Fig. 6 est une vue en coupe agrandie du bou- chon indicateur dont l'extrémité extérieure est cisail- lée par le bloc de cisaillement la Fig. 7 est une vue en coupe du bouchon indi- cateur selon l'invention; la Fig. 8 est une vue en coupe du bouchon indi- cateur selon 8-8 de la Fig. 7; et la Fig. 9 est une vue en perspective du bouchon indicateur selon l'invention. L'ensemble indicateur de la présente invention peut être utilisé avec différents outils de forage pétro- liers, dans lesquels il est nécessaire de déterminer la position relative d'un outil par rapport à un deuxième outil. Toutefois; pour la clarté de l'exposé, l'inven- tion sera décrite à propos d'un appareillage de dévia- tion à descente unique tel que celui représenté sur les Fig. 1 à 3, qui représentent la technique antérieure. L'appareillage de déviation à descente unique 10 com- prend d'une façon générale une garniture-ancrage 12 as- semblée à l'extrémité inférieure d'un sifflet 14. Une fraise d'amorçage 16 est assemblée à l'extrémité supé- rieure du sifflet 14 par une liaison démontable, de sorte que l'ensemble 10 peut être descendu dans le tuba- ge 18 d'un trou de sonde au niveau désiré et dans l'orientation désirée en une seule descente du train de tiges. L'outil de fraisage 16 présente un perçage longi- tudinal 22 servant à acheminer du fluide sous pression dans le tube 24 pour bloquer la garniture-ancrage 12. Lorsque la fraise 16 a été détachée du sifflet 14, le tu- be 24 se détache de l'outil de fraisage 16 pour permet- tre à l'outil de fraisage 16 de circuler et tourner li- brement. Lorsque la garniture-ancrage 12 est bloquée dans l'orientation désirée, on détache l'outil de fraisa- ge 16 du sifflet de déviation 14 pour permettre à la fraise d'amorçage 16 de descendre le long de la face 14' du sifflet de déviation, ce qui déviera la fraise 16 vers le tubage 18 oour fraiser un nouveau trou de sonde à travers la paroi du tubage. En raison de la nature de l'outil de fraisage 16, il est important que l'opération de fraisage ne soit poursuivie que jusqu'à ce que la paroi du tubage soit fraisée sur toute son épaisseur. Au- trement, il peut en résulter une détérioration de la face 14' du sifflet ou de la fraise 16. Dans la techni- que antérieure, on estimait la bonne profondeur du frai- sage en se basant sur la distance dont le train de tiges était descendu mais ces estimations se sont révélées non satisfaisantes. On se reportera maintenant aux Fig. 4 à 9 sur lesquelles on a représenté le disoositif indicateur 30 selon l'invention destiné à réaliser une détermination précise de l'instant o l'opération de fraisage doit être interrompue. Ainsi qu'on l'a décrit plus haut, l'outil de fraisage 16 présente un perçage longitudinal 22 à travers lequel un fluide de forage ou équivalent est acheminé sous pression pour circuler à travers l'outil de fraisage 16. Le perçage 22 comprend un passa- ge étranglé à l'extrémité de l'outil 16 qui est initiale- ment raccordée au tube 24 utilisé pour envoyer le fluide à la garniture-ancrage 12. L'ensemble indicateur 30 com- prend un bouchon indicateur 32 qui est de préférence vissé dans un orifice latéral 34 formé dans la paroi périphérique de la fraise 16. L'orifice 34 établit une communication pour la circulation du fluide entre le perçage central 22 et l'extérieur de l'outil. Comme re- présenté de manière plus claire sur les Fig. 7 à 9, le bouchon 32 comprend un corps 36 et une tête de cisaille- ment 38. La tête de cisaillement 38 est séparée du corps 36 par une gorge de cisaillement 40 qui entoure la tête de cisaillement 38. Des rainures de prise de clé 42 peuvent être prévues sur le corps 36 pour faciliter l'in- sertion du bouchon 32 dans l'orifice 34 et enlever ulté- rieurement le bouchon 32 cisaillé à l'aide d'une clé ap- propriée (non représentée). Le bouchon indicateur 32 présente un perçage borgne 44 qui débouche à son extrémité intérieure. Lors- que le bouchon a été inséré dans l'orifice 34, le perça- ge borgne communique avec le oassage de fluide central 22 de l'outil 16. Le perçage borgne 44 s'étend jusqu'à un point du bouchon 32 qui se trouve au-delà de la paroi périphérique de l'outil 16. Le perçage borgne est prolon- gé de préférence au-delà des gorges de cisaillement 40 pour pénétrer dans la tête de cisaillement 38 du bouchon 32. De cette façon, le perçage partiel 44 s'ouvre sous l'effet de l'enlèvement de la tête de cisaillement 38, ainsi que ceci sera décrit plus loin. - Comme on peut le voir sur les Fig. 4 à 6, l'en- semble indicateur 30 selon l'invention comorend en outre un bloc de cisaillement 46 monté fixe sur la face 14' du sifflet de déviation. Le bloc de cisaillement 46 est mon- té sur la face 14' du sifflet de déviation dans une posi- tion telle que le bouchon indicateur 32 entre en contact avec le bloc de cisaillement 46 juste au moment o la fraise 16 traverse entièrement la paroi 18 du tubage. La bonne position peut être facilement déterminée puisque l'épaisseur du tubage 18, la dimension de la fraise 16 et la pente de la face 14' du sifflet de déviation sont toutes connues. En outre, le bouchon indicateur 32 est de préférence disposé au-dessous des lames de la fraise, de sorte que le bouchon 32 entre en contact avec le bloc de cisaillement 46 avant que la fraise n'attaque ce bloc 46. Lorsque l'ensemble indicateur 30 est monté sur un appareillage de déviation 10 ou utilisé dans une opé- ration quelconque comportant des outils multiples, on peut déterminer la position relative du premier outil, qui est l'outil de fraisage 16 dans cet exemple, par rap- port à un deuxième outil, le sifflet de déviation 14, en surveillant simplement la pression du fluide dans le train de tiges 20. Le fluide de forage est envoyé à une pression connue à travers le perçage intérieur 22 pour faire travailler différents outils de fond de trou de sonde. Bien que l'extrémité de la fraise 16 soit ouverte pour laisser le fluide se décharger dans le tubage, le diamètre réduit permet de maintenir une certaine pres- sion dans le perçage 22. Lorsque l'outil de fraisage 16 a été détaché du sifflet 14, on descend le train de ti- ges 20 pour faire glisser la fraise 16 de haut en bas le long de la face 14' du sifflet de déviation et pour qu'elle taille dans le tubage 18. Lorsque la fraise 16 circule le long de la face 14' du sifflet de déviation, le bouchon indicateur 32 finit par entrer en contact avec le bloc de cisaillement 46. Lorsque l'outil conti- nue à descendre dans le trou de sonde, la force dirigée vers le bas amène le bouchon 32 à s'appuyer contre le bloc de cisaillement 46 jusqu'à ce que la tête de cisail- lement 38 du bouchon 32 soit cisaillée et se détache du corps 36. Si l'on a prévu une gorge de cisaillement 40, la tête 38 se cisaillera au droit de la gorge 40. Dès que la tête 38 est cisaillée, le perçage partiel 44 s'ouvre, en établissant un trajet de passage du fluide allant du perçage intérieur 22 à l'extérieur de l'outil. Etant donné que le fluide contenu dans le perçage 22 est sous pression, l'établissement du passage crée une chute de pression mesurable dans le perçage 22 et cette perte de pression est décelable à la surface. Lorsque l'opérateur constate la chute de pression, ceci constitue un signal indiquant qu'il faut arrêter l'opéra- tion de fraisage et remonter l'outil. L'ensemble indicateur 30 peut être remplacé et réutilisé dans des opérations ultérieures. Pour retirer le bouchon 32 cisaillé, on le saisit par les rainures 42 du corps 36 et on tourne le corps pour dévisser le reste du bouchon. Pour les opérations suivantes, on monte un nouveau bouchon 32 dans l'orifice 34. La description détaillée qui précède a été don- née uniquement pour la clarté de la compréhension et elle ne doit pas être considérée comme limitative, l'hom- me de l'art pouvant en effet imaginer certaines modifica- tions sans sortir du cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS R E V E N D I C x T I O N S 1. Ensemble indicateur destiné à être utilisé dans un trou de sonde pour déterminer la position relati- ve d'un premier outil de fond de forage (16) par rapport à un deuxième outil de fond de forage (14) qui sont des- cendus dans le trou de sonde, le premier outil de fond de forage présentant un passage de fluide longitudinal (22) et ledit ensemble indicateur étant caractérisé en ce qu'il comprend: un bouchon indicateur (32) monté dans un orifi- ce latéral (34) formé dans une paroi périphérique du pre- mier outil de fond de forage (16), ledit orifice (34) établissant une communication pour la circulation du fluide entre le premier passage de fluide (22) et l'inté- rieur du tubage de forage (18), ledit bouchon (3) bou- chant la communication de circulation du fluide entre le passage (22) et l'intérieur du tubage (18); et des moyens (38, 40, 46) servant à ouvrir sélec- tivement ledit orifice latéral (34) pour permettre l'éta- blissement d'une communication de circulation du fluide entre le passage de fluide (22) et l'intérieur du tubage (18), pour créer ainsi une chute de pression de fluide dans le passage de fluide, ledit orifice s'ouvrant lors- que le premier outil de fond de forage (16) atteint une position prédéterminée par rapport au deuxième outil de fond de forage (14). 2. Ensemble indicateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bouchon indicateur (32) présente un perçage borgne (44) qui débouche dans le passage de fluide (22), ledit perçage borgne se prolon- geant au-delà de la paroi périphérique dudit premier ou- til de fond de forage (16). 3. Ensemble indicateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bouchon indicateur (32) f 1l 2641572 est monté dans ledit orifice latéral (34) de façon à être interchangeable. 4. Ensemble indicateur selon la revendication 3, dans lequel ledit bouchon indicateur est disposé dans ledit orifice latéral (34) de manière à être interchan- geable. 5. Ensemble indicateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bouchon indicateur (32) comprend une tête de cisaillement (38) qui fait saillie au-delà de ladite paroi périphérique dudit premier outil de fond de forage (16), ledit perçage borgne (44) se pro- longeant dans ladite tête de cisaillement. 6. Ensemble indicateur selon la revendication , caractérisé en ce que lesdits moyens (38, 40, 46) ser- vant à ouvrir sélectivement ledit orifice latéral (34) comprennent un bloc de cisaillement (46) monté sur le deuxième outil de fond de forage (14) à ladite position prédéterminée, ledit bloc de cisaillement (46) attaquant ledit bouchon indicateur (32) pour ouvrir ledit orifice latéral (34). 7. Ensemble indicateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bloc de cisaillement (46) cisaille ladite tête (38) et la sépare dudit bouchon in- dicateur (32) pour ouvrir ledit perçage partiel (44) en permettant ainsi l'étaDlissement d'une communication de circulation du fluide entre le passage de fluide (22) et l'intérieur du tubage (18), pour provoquer ladite chute de pression du fluide, ladite tête (38) se cisaillant au moment o le premier outil de fond de forage (16) at- teint ladite position prédéterminée. 8. Ensemble indicateur selon la revendication , caractérisé en ce que ledit bouchon indicateur (32) présente une gorge de cisaillement (40) à proximité de ladite tête de cisaillement (38). 9. Ensemble indicateur selon la revendication 12 2641572 7, caractérisé en ce que ledit premier outil de fond de forage est un outil de fraisage (16). 10. Ensemble indicateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit deuxième outil de fond de forage est un sifflet de déviation présentant une face de changement de direction (14'), ledit bloc de cisaille- ment (46) étant monté sur ladite face (14') du sifflet de déviation. 11. Ensemble indicateur utilisé dans un appa- reillage servant à changer la direction du forage dans un tubage de puits, cet appareillage comprenant un outil de changement de direction (14) présentant une face de changement de direction (14') et un outil de fraisage (16) qui présente lui-même un passage de fluide longitu- dinal (22), cet ensemble indicateur étant destiné à dé- terminer la position de l'outil de fraisage sur la lon- gueur de la face de changement de direction (14') et étant caractérisé en ce qu'il comprend: un bouchon indicateur (32) monté de façon à être interchangeable dans un orifice latéral (34) formé dans une paroi périphérique de l'outil de fraisage (16), ledit orifice établissant une communication de circula- tion du fluide entre le passage de fluide (22) et l'inté- rieur du tubage (18) du puits, ledit bouchon (22) bou- chant la communication de circulation du fluide entre le passage (22) et l'intérieur du tubage (18); et un bloc de cisaillement (46) monté sur la face de changement de direction (14') dans une position prédé- terminée; ledit bloc de cisaillement (46) cisaillant le- dit bouchon indicateur (32) pour ouvrir ledit orifice la- téral (34) lorsque l'outil de fraisage (16) atteint ladi- te position prédéterminée sur la longueur de la face de changement de direction (14'), ledit orifice latéral (34) ainsi ouvert permettant l'établissement d'une communication de circulation du fluide entre le passage de fluide (22) et l'intérieur du tubage (18), en créant ainsi une chute de pression du fluide dans le passage de fluide (22). 12. Ensemble indicateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bouchon indicateur (32) com- prend un perçage borgne (44) qui débouche dans le passa- ge de fluide (22), ledit perçage borgne se prolongeant au-delà de ladite paroi périphérique de l'outil de frai- sage (16). 13. Ensemble indicateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le bouchon indicateur (32) com- prend une tête de cisaillement (38) qui fait saillie au- delà de ladite paroi périphérique de la fraise (16), le- dit perçage borgne (44) se prolongeant dans ladite tête de cisaillement (38), ladite tête de cisaillement (38) présentant une gorge de cisaillement annulaire (40), et ledit bloc de cisaillement (46) cisaillant ledit bouchon indicateur (32) au droit de ladite gorge de cisaillement pour enlever ladite tête de cisaillement (38) et ouvrir ledit orifice latéral (44). 14. Ensemble indicateur- selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit bouchon indicateur est vissé dans ledit orifice latéral (34), ledit bouchon pré- sentant des rainures de prise de clé (42) pour faciliter l'enlèvement et la mise en place dudit bouchon. 15. Ensemble indicateur destiné à être utilisé dans un trou de sonde pour déterminer la position relati- ve, d'un premier outil de fond de forage (16) par rapport à un deuxième outil de fond de forage (14) à l'intérieur du trou de sonde, le premier outil de fond de forage (16) présentant un passage de fluide (22) et ledit ensem- ble indicateur (30) étant caractérisé en ce qu'il com- prend: un bloc de cisaillement (46) monté sur le 14 2641572 deuxième outil de fond de forage (14) dans une position prédéterminée; et un bouchon indicateur (32) monté dans un orifi- ce (34) formé dans une paroi périphérique du premier ou- til de fond de forage (16), ledit orifice établissant une communication de circulation du fluide entre le pas- sage de fluide (22) et le trou de sonde, ledit bouchon bouchant sélectivement la communication de circulation du fluide entre le passage (22) et le trou de sonde; ledit bouchon indicateur présentant un perçage partiel (44) qui débouche dans le passage de fluide (22), ledit bloc de cisaillement (42) cisaillant ledit bouchon indicateur (32) pour ouvrir ledit perçage par- tiel (44) lorsque le premier outil de fond de forage (16) atteint ladite position prédéterminée par rapport audit bloc de cisaillement (46) prévu sur le deuxième ou- til de fond de forage (14), ledit perçage ainsi ouvert (44) permettant l'établissement d'une communication de circulation du fluide entre le passage de fluide (22) et le trou de sonde, en créant ainsi une chute de pression du fluide dans le passage de fluide (22) du premier ou- til de fond de forage (16), chute de pression qui peut être mesurée à la surface. 16. Ensemble indicateur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le bouchon indicateur (32) est monté de façon à être interchangeable dans ledit orifice (34), ledit bouchon (32) comprenant une tête de cisaille- ment (38) qui fait saillie au-delà de la paroi périphéri- que du premier outil de fond de forage (16), et ledit perçage partiel (44) se prolongeant dans ladite tête de cisaillement (38). 17. Ensemble indicateur selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit orifice (34) présente une pluralité de filets taraudés et ledit bouchon (32) présente une pluralité de filets de vis, ledit bouchon 2641572 étant vissé dans ledit orifice. 18. Ensemble indicateur selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit bouchon (32) présente des rainures de prise de clé (42) permettant de faire tourner le bouchon par rapport audit orifice (34). 19. Ensemble indicateur selon la revendication , caractérisé en ce que ledit premier outil de fond de forage (16) est un outil de fraisage, ledit bouchon indi- cateur (32) étant monté sur ledit outil de fraisage au- dessous de la surface active dudit outil. 20. Ensemble indicateur selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit deuxième outil de fond de forage (14) est un sifflet de déviation qui présente une face de changement de direction (14'), ledit bloc de cisaillement (46) étant monté sur ladite face de change- ment de direction (14') dudit sifflet de déviation (14) de telle manière que ledit bouchon indicateur attaque le- dit bloc de cisaillement avant que la surface active n'entre en contact avec ledit bloc de cisaillement. 21. Ensemble indicateur selon la revendication ,. caractérisé en ce que ledit sifflet de déviation (14) comprend une garniture-ancrage intégrée en une seu- le pièce avec lui pour ancrer le sifflet de déviation dans le trou de sonde. 22. Ensemble indicateur selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit outil de fraisage (16) est assemblé de façon démontable à l'extrémité supérieu- re dudit sifflet de déviation (14), de sorte que ledit outil de fraisage (16) et le sifflet de déviation (14) peuvent être descendus dans le trou de sonde en une seu- le descente.