Brevet FR2642791A1 — publié le 19900810

La présente invention concerne un dispositif de mesure de paramètres de forage. ta stratigraphie précise des sols peut être déterminée par différents procédés. L'un d'entre eux consiste à réaliser sur un même site quelques sondages carottés relativement coûteux, associés à un grand nombre de sondages destructifs par forage. Pendant la réalisation de ces derniers, un équipement électronique enregistre les paramètres du forage en fonction de la profondeur. Ces paramètres sont généralement la pression du fluide de forage servant à véhiculer le terrain désagrégé par l'outil, le couple de rotation et la force axiale exercée sur l'outil, sa vitesse de rotation et sa vitesse d'avancement, ainsi éventuellement que les chocs auxquels il est soumis. La vitesse d'avancement est directement déduite de la profondeur, mais les autres paramètres, à ivexception des chocs exercés sur l'outil, ne sont pas à ce jour mesurés directemement mais au travers des différentes interfaces hydrauliques de la machine de forage. En d'autres termes, ce ne sont pas les paramètres réels qui sont mesurés, mais leur valeur de commande. Il en résulte des mesures largement dépendantes du type de machine utilisé d'une part, et surtout de son état d'entretien. La présente invention vise à fournir un dispositif de mesure des parametres physiques réels en se dissociant des circuits hydrauliques de la machine. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de paramètres de forage, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps d'épreuve monté à rotation dans un bottier et muni à ses deux extrémités axiales de moyens de liaison pour l'intercaler entre la tête de forage d'une machine de forage et un train de tiges de forage entraSné en rotation par ladite tête de forage, des capteurs montés sur ledit corps d'épreuve, et un collecteur tournant dont une partie est solidaire du corps d'épreuve et dont l'autre partie est solidaire du bottier, les sorties des capteurs étant reliées à la partie du collecteur solidaire du corps d'épreuve, et une prise montée sur le bottier étant reliée à la partie du collecteur solidaire de ce boîtier. Un tel dispositif permet par conséquent de s'affranchir des différentes imperfections des systèmes hydrauliques de la machine de forage. En outre, il peut être immédiatement -installé en bloc sur la tête de forage de n'importe quelle machine sans qu'il soit nécessaire d'adapter les circuits hydrauliques de cette dernière pour la mise en place de capteurs. La seule manoeuvre à effectuer consiste à brancher l'enregistreur sur la prise du dispositif. Les capteurs peuvent comprendre en particulier au moins une jauge de contrainte agencée pour mesurer la force axiale exercée sur le corps d'épreuve, et au moins une jauge de contrainte agencée pour mesurer le couple de torsion exercé sur ce corps d'épreuve. Ils peuvent en outre comprendre au moins un accéléromètre agencé pour mesurer les chocs axiaux transmis au corps d'épreuve par l'outil de forage. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le corps d'épreuve comporte un conduit pour le passage d'un fluide de forage, une cavité radiale étant percée depuis l'extérieur dans le corps d'épreuve jusqu'au voisinage du conduit, au moins une jauge de contrainte étant montée au fond de la cavité pour mesurer la pression du fluide de forage. La paroi de fond de la cavité fait ainsi office de membrane, les déformations de cette membrane permettant de mesurer la pression dans le conduit. De préférence, des amplificateurs sont montés sur le corps d'épreuve entre les sorties des capteurs et la partie du collecteur solidaire de ce corps d'épreuve. Ainsi, les signaux transmis au niveau du collecteur tournant ont un niveau suffisamment élevé pour les rendre à peu près insensibles aux perturbations introduites par le collecteur. Afin de mesurer la vitesse de rotation, on peut prévoir en outre un capteur à courant de Foucault monté sur le boîtier en vis-à-vis d'une couronne cannelée solidaire du corps d'épreuve. On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - la figure I est une vue d'ensemble d'une machine de forage équipée du dispositif selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle de ce dispositif. La machine I de la figure I comporte une tête de forage 2 assurant de fanon connue l'entratnement en rotation du train de tiges 3 et l'injection du fluide de forage dans ces tiges. Un outil de forage 4 est monté à la partie inférieure du train de tiges 3. La tête de forage 2 est reliée à un dispositif de mesure de la profondeur du forage et de la vitesse d'avance par un câble 5 passant sur une poulie de renvoi 6. Entre la tête de forage 2 et le train de tiges 3, est intercalé un dispositif de mesure 7 relié par un câble non représenté à un appareil enregistreur de paramètres 8. Le dispositif 7 sera maintenant décrit -en référence à la figure 2. Ce dispositif comprend tout d'abord un corps d'épreuve cylindrique 9 comportant à sa partie supérieure un filetage femelle 10 permettant sa liaison à la tête de forage 2, éventuellement par l'intermédiaire d'un tronçon de tube intermédiaire 11 (figure I), et à sa partie inférieure un filetage mâle 12 permettant sa liaison à la tige supérieure du train de tiges 3. Le corps d'épreuve 9 comporte également un conduit axial 13 pour le passage du fluide de forage de la tête de forage 2 au train de tiges 3. Ce corps d'épreuve est monté par l'intermédiaire de roulements à billes 14 dans un bottier 15 qui peut être immobilisé en rotation par tout moyen convenable par rapport à la machine de forage 1. Un collecteur tournant 16 est monté entre le corps d'épreuve 9 et le bottier 15, sa partie extérieure 17a étant rendue solidaire du bottier 15 par des vis 18 et sa partie intérieure 17b étant fixée au corps d'épreuve 9 pour tourner avec celui-ci, La partie 17a du collecteur tournant 16 est reliée par des conducteurs 19 à une prise étanche 20 permettant de relier le dispositif 7 à l'enregistreur de paramètres 8. Le corps d'épreuve 9 forme par ailleurs une couronne cannelée 21 en vis-à-vis d'un capteur à courant de Foucault 22 dont la sortie est elle-même reliée à la prise 20. Les impulsions provoquées au passage de chaque cannelure devant le capteur 22 permettent de connaitre la vitesse de rotation de l'outil. Des jauges de contrainte 23 à trame pelliculaire sont montées en ponts complets (soit 4 jauges par pont) et réparties sur la périphérie du corps d'épreuve. Ces jauges 23 sont disposées de manière à mesurer la compression axiale exercée sur le corps d'épreuve 9. Les jauges 23 sont reliées à la partie 17b du collecteur tournant 16 par l'intermédiaire d'un amplificateur 24 fixé au corps d'épreuve, et d'un conducteur 25. De la même manière, des jauges de contrainte 26 sont montées sur le corps d'épreuve 9 de manière à mesurer le couple de torsion exercé sur ce corps et sont reliées à la partie 17b du collecteur tournant par l'intermédiaire d'un amplificateur 27 fixé au corps d'éprew e et d'un conducteur 28. Par ailleurs, une cavité 29 est percée radialement dans le corps d'épreuve 9 jusqu'au voisinage du conduit 13 de manière à ne laisser qu'une faible quantité de matière formant une membrane 30 entre le fond de la cavité et le conduit. Un pont de jauge 31 est monté sur cette membrane 30 à l'intérieur de la cavité et est relié à la partie 17b du collecteur tournant par l'intermédiaire d'un amplificateur 32 monté dans la cavité et d'un conducteur 33. Enfin, un accéléromêtre 34 est monté sur le corps d'épreuve 9, sa sortie étant reliée à la partie 17b du collecteur tournant par l'intermédiaire de conducteurs 35. Lorsque la tête de forage 2 entrasse le train de tiges 3 par l'intermédiaire du corps d'épreuve 9, les jauges 23 mesurent la force verticale exercée sur ce train de tiges et les jauges- 26 mesurent le couple exercé. Ces mesures, amplifiées par les amplificateurs 24 et 27, sont transmises à l'enregistreur 8 par l'intermédiaire du collecteur tournant 16 et de la prise 20. De même, les jauges 31 mesurent, du fait de la déformation de la membrane 30, la pression du fluide de forage traversant le conduit 13, cette mesure étant amplifiée par l'amplificateur 32 et transmise à l'enregistreur 8 par l'intermédiaire également du collecteur tournant 16 et de la prise 20. Il en est de même de la mesure d'accélération effectuée par l'accéléromètre 34, cette mesure caractérisant les chocs transmis en réaction par le terrain à l'outil 4 lors du forage. Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de paramètres de forage, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps d'épreuve (9) monté à rotation dans un boltier (15) et muni à ses deux extrémités axiales de moyens de liaison (10,12) pour l'intercaler entre la tête de forage (2) d'une machine de forage (1) et un train de tiges de forage (3) entratné en rotation par ladite tête de forage, des capteurs (23,26,31,34) montés sur ledit corps d'épreuve, et un collecteur tournant (16) dont une partie (17b) est solidaire du corps d'épreuve et dont l'autre partie (17a) est solidaire du bottier, les sorties des capteurs étant reliées à la partie du collecteur solidaire du corps d'épreuve, et une prise (20) montée sur le bottier étant reliée à la partie du collecteur solidaire de ce bottier. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits capteurs comprennent au moins une jauge de contrainte (23) agencée pour mesurer la force axiale exercée sur le corps de l'épreuve. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé par le fait que lesdits capteurs comprennent au moins une jauge de contrainte (26) agencée pour mesurer le couple de torsion exercé sur le corps d'épreuve. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdits capteurs comprennent au moins un accéléromètre (34) agencé pour mesurer les chocs axiaux transmis au corps d'épreuve. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit corps d'épreuve comporte un conduit (13) pour le passage d'un fluide de forage, une cavité radiale (29) étant percée depuis l'extérieur dans le corps d'épreuve jusqu'au voisinage dudit conduit, au moins une jauge de contrainte (31) étant montée au fond (30) de la cavité pour mesurer la pression du fluide de forage. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que des amplificateurs (24,27;32) sont montés sur le corps d'épreuve entre les sorties des capteurs et la partie du collecteur solidaire de ce corps d'épreuve. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur à courant de Foucault (22) monté sur le bottier en vis-à-vis d'une couronne cannelée (21) solidaire du corps épreuve