Brevet FR2641387A1 — publié le 19900706

- 1 - La présente invention concerne une méthode et un dispositif pour commander à distance un équipement de train de forage. Généralement, la commande de tel équipement se fait par un cible électrique. Or, l'utilisation d'un câble représente une géne considérable pour le foreur du fait de la présence même du câble soit à L'intérieur du train de tiges, soit dans l'espace annulaire entre le train de tiges et les parois du puits. Il a été proposé d'effectuer de telles commandes par la détection d'un seuil de débit ou debit d'activation d'un fluide incompressible, comme décrit dans le brevet FR-2.575.793. De tels dispositifs peuvent présenter des déclenchements intempestifs de l'organe à commander, du fait de l'instabilité des écoulements dans le train de tige de forage. La présente invention évite ces inconvénients et les déclenchements intempestifs ne sont plus possibles car selon la présente invention, on impose la détection d'une sequence prédéterminée d'événements concernant une ou plusieurs grandeurs détectables en fond de puits (séquence qui pourra être également qualifiée de séquence d'information) avant le déclenchement de l'action souhaitée. De telles grandeurs peuvent être notamment des grandeurs liées au fluide s'écoulant dans le train de tiges ou à la liaison mécanique que constitue le train de tiges. - 2 - On pourra ainsi utiliser le débit de fluides circulant dans le train de tiges, le poids sur l'outil et/ou la vitesse de rotation de l'outil. D'une manière plus générale, la présente invention concerne une méthode de télécommande d'au moins un équipement de train de tiges de forage à partir d'une instruction émise depuis la surface, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes: - émission à partir de la surface d'une première séquence d'informations conforme à une séquence prédéterminée, détection d'une deuxième séquence résultant de la transmission de la prmeière séquence et comparaison de cette deuxième séquence à une autre séquence prédéterminee, - commande dudit équipement seulement dans le cas o il y a similitude entre ces deux dernières séquences. Il est bien certain que cette autre séquence ne diffère de la séquence prédéterminee émise en surface que pour tenir compte des transformations dues éventuellement à la transmission. Les séquences peuvent concerner les variations d'au moins l'une des grandeurs de l'ensemble suivant: débit du fluide de forage, vitesse de rotation d'une partie au moins du train de tiges, ou poids sur l'outil. Les séquences peuvent également combiner au moins deux grandeurs dudit ensemble. Les séquences peuvent concerner le debit de fluide de forage et peuvent comporter une phase de montée en débit d'un premier niveau de débit à un deuxième niveau de debit dans un laps de temps donné. La présente invention concerne aussi un dispositif de télécommande d'au moins un équipement de train de tiges de forage à partir d'informations émises en surface. Ce dispositif comporte des moyens d'émission de l'information, des moyens de détection de ladite information, ces derniers étant reliés a des moyens d'actionnement dudit équipement. Les moyens d'émission peuvent être des pompes de fluide de 2 6 4 1 3 3 7 26413B? -3- forage, les moyens de détection peuvent comporter un debimètre et un boitier de traitement des mesures de débit et les moyens d'actionnement peuvent comporter au moins une électrovanne. L'electrovanne peut mettre en communication, lorsqu'elle est excitée, une réserve d'huile sous pression avec une chambre dont La variation de volume entraîne l'actionnement dudit équipement. Le dispositif selon l'invention peut comporter un clapet permettant la décharge de l'huile contenue dans la chambre dans la réserve, lorsque la pression d'huile régnant dans la réserve d'huile est inférieure à la pression régnant dans la chambre. L'équipement peut être un élément coudé à angle variable. L'équipement peut être un stabilisateur à géométrie variable. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaÂtront plus clairement à la description qui suit d'exemples particuliers, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente un diagramme logique correspondant à une séquence d'informations concernant une grandeur liée au débit, en L'occurence ta différence de pressions entre un point amont d'un venturi et la pression au col de ce venturi, - la figure 2 illustre un exemple de variation de la différence de pression en fonction du temps, dans le cas de la séquence de la figure 1, - les figures 3A et 3B montrent un dispositif permettant la mise en oeuvre de ta méthode selon l'invention, - Les figures 4 et 5 représentent d'autres types de séquence, et - ta figure 6 illustre schématiquement un dispositif selon L'invention. Les figures 1 et 2 concernent un exemple simple de séquence fondée sur un débit de fluide. Selon cet exemple, l'actionnement se fait si le débit de fluide circulant dans le train de tiges passe d'un niveau à un autre dans un laps de temps donné. -4- La mesure de debit se fait car L'intermediaire d'une mesure de la pression différentielle Pd entre le col 1 o la pression est désignée P1 et La partie amont 2 o la pression est désignée P2 d'un venturi 3, ce qui présente l'avantage d'une geometrie simple creant peu de pertes de charge et evite l'utilisation de pièces en mouvement. Pd = P2 - P1 2 1 La mesure de l'écart de pression entre la partie amont 2 et le col 1 du venturi 3 est réalisée par deux capteurs piezoresistifs 4 et 5 dont les ponts de jauges sont connectés en montage différentiel. La plage de tenue des capteurs pourra être de 0 à 750 bars. Leur plage de mesure différentielle pourra être de 0 à 40 bars. La précision de la mesure pourra être de l'ordre de 1.. Le dispositif selon l'invention pourra comporter un ensemble électronique ayant pour fonctions, dans le cas de l'exemple de la figure 1: L'alimentation des capteurs 4 et 5 et la réalisation de la mesure; - La détection d'une séquence de debit débutant par un débit nul, ou considére comme tel Qmini, suivi par le dépassement d'une valeur- seuil Qact, réglable en surface avant la descente dans le puits. Ce dépassement de la vaLeur-seuil Qact devra se faire dans un laps de temps DT donné qui suit le redémarrage du débit, ce délai DT peut être de 5 à 10 minutes. Ce laps de temps DT écoulé, si la séquence n'a pas éteé completee de la manière prévue, l'électronique peut être mise en veille jusqu'à la prochaine coupure de débit. Toute commande d'actionnement est alors impossible; - le réglage de la valeur-seuil de débit qui peut se faire sur la base de 16 positions, l'increment entre les positions étant de 100 litres par minute pour de l'eau. La figure 2 représente une courbe de variation du débit Q en fonction du temps t. 2 6 4 1 3 8 7 -5 Cette courbe 6 correspond à une séquence de débit donnant lieu, effectivement, a l'actionnement de l'organe à commander - Le trait horizontal pointillé correspond au débit Qmini, te trait horizontal supérieur correspond au seuil de debit d'activation ou d'actionnement Qact. Sur ce diagramme, Qfor correspond au débit habituel en tours de forage. On décide de commander à l'instant t1 le dispositif à actionner. On stoppe alors les pompes en surface, de manière à ce que le débit détecté par l'ensemble électronique soit inférieur à Qmini. La portion 7 de la courbe correspond à la baisse de débit jusqu'au niveau presque nul, en tout cas inférieur à Qmini. Ce niveau est atteint à l'instant t2. A l'instant t3, on redemarre les pompes et à t4 et on fraençhit le seuil Qmini. A partir de cet instant, le système électronique comptabilise le temps, de manière à établir si le délai écoulé entre L'instant t4 et l'instant t5 o le débit a atteint le débit Qact, est inférieur à un délai prédéterminé DT. Dans le cas de la figure 2, il a été supposé que la réponse est oui. Apres un retard r = t6 - t7, il y a actionnement de l'organe à commander jusqu'à l'instant t8. A partir de ce moment, il est possible de commander l'arrêt des pompes. La partie inférieure de la figure 1 montre un diagramme logique correspondant à ce qui a été décrit en relation avec la figure 2. Le débit Q passant à un instant donné dans le venturi 3 est déterminé à partir des pressions P1 et P2, notamment en faisant la différence de ces deux pressions. On effectue ensuite un premier test sur le debit Q, en le comparant'& un débit Qmini. Le débit Qmini est faible et peut être voisin de zéro. 26 4 13 8 7 -6- Dans le cas o le débit Q est inférieur ou egal à Qmini, on initialise l'horloge a zero, dans le cas contraire on n'intervient pas sur l'horloge. On effectue ensuite un deuxième test, comparant le débit Q à un débit d'actionnement Qact. Si le débit Q est inférieur au débit Qact, on revient à nouveau au premier test,. mais avec une nouvelle valeur de débit. Bien entendu, le temps de l'horloge a été incrémenté. Si au deuxième test le débit Q est supérieur au débit Qact, on effectue alors un troisième test sur le temps indiqué par l'horloge. La valeur de cette indication correspond au temps qu'il a fallu au débit pour passer de la valeur Qmini à la valeur Qact. Le troisième test compare cette indication à un délai maximum DT. Si le temps indiqué par l'horloge est inférieur à DT, alors c'est que la séquence de débit est une séquence de commande valide et il y a actionnement, par exemple par l'ouverture d'une électrovanne. Dans le cas contraire, il convient de mettre le système de détection en veille jusqu'à ce que le debit détecté redevienne égal ou inférieur à Qmini. Ceci peut être obtenu comme représenté à la figure 1, c'est-à-dire en revenant au début du premier test et en laissant s'incrémenter le temps de l'horloge. Ainsi, il apparait clairement que, si en cours de phase de forage (ayant déjà duré pendant au moins un temps DT) avec un débit de liquide Qfor il y avait accidentellement une augmentation du débit de forage jusqu'au débit d'actionnement, l'actionnement en lui-même ne sera pas réalisé, car le délai pour passer de Qmini à Qact sera supérieur à DT. Les figures 3A et 3B représentent un mode de réalisation du dispositif selon la présente invention appliqué à l'actionnement d'un élément coudé à angle variable. 264138 7 - 7 - Selon ce mode de réalisation, un elément de forme tubulaire comporte dans sa partie supérieure un taraudage 8 permettant la liaison mécanique à un train de tiges ou à une garniture de forage et dans sa partie inférieure un filetage 9 permettant la fixation de La suite du train de tiges ou de la garniture de forage. L'élément coudé comporte un arbre 10 pouvant coulisser dans sa partie supérieure dans l'alésage 11 du corps 12 et pouvant coulisser dans sa partie inférieure dans l'alésage 13 du corps 14. Cet arbre comporte des cannelures mâles 15 engrenant dans des cannelures femelles du corps 12, des rainures 16 alternativement droites (paralleles à l'axe du corps tubulaire 12) et obliques (inclinées par rapport à l'axe du corps tubulaire 12), dans lesquelles viennent s'engager des doigts 17 coulissant suivant un axe perpendiculaire à celui du déplacement de l'arbre 10 et maintenus en contact avec l'arbre par des ressorts 18, des cannelures mâles 19 engrenant avec des cannelures femelles du corps 14 uniquement lorsque l'arbre 10 est en position haute. L'arbre 10 est équipé d'un dusage 20 en position basse, en face duquel se trouve une aiguille 21 coaxiale au déplacement de l'arbre 10. Un ressort de rappel 22 maintient l'arbre 10 en position haute, les cannelures 19 engrenant dans les cannelures femelles correspondantes du corps 14. Les corps 12 et 14 sont libres en rotation au niveau de la portée tournante 23, inclinée par rapport aux axes des corps 12 et 14 et composée de rangées de galets cylindriques 74 insérés dans leurs chemins de roulement 25 et extractibles à travers les orifices 26 en démontant la porte 27. Une réserve d'huile 28 est maintenue à la pression du fluide de forage par l'intermédiaire d'un piston libre annulaire 29. L'huile vient lubrifier les surfaces coulissantes de l'arbre 10 par l'intermédiaire du passage 30. Ce passage peut comporter une électrovanne 31. Le dusage 20 est porté par un tube 32 qui est fixe à l'arbre 10 par l'intermédiaire d'une rotule 33. Cette rotule 33 ainsi que la rotule 34 permettent lors du déplacement de l'arbre 10 un -- 8 -- fléchissement du tube 32. Ce fléchissement reste faible, puisque l'angle maximum obtenu par les éléments coudes est généralement de quelques degrés. L'arre 10 comporte un deuxième piston 35. Ce piston 35 définit avec le corps tubulaire 13 une chambre 36. Le piston 35 coulisse dans l'alésage 13 réalisé dans le corps tubulaire 14. La chambre 36 communique par les perçages 37, 38 avec le passage 30 comportant l'électrovanne 31 et donc avec la réserve à huile 28 à travers les perçages 39, 40 et 41. La mise en communication de la réserve à huile 28 et de la chambre 36 s'effectue à travers l'électrovanne 31, lorsqu'il y a une séquence de commande valide, c'est-à-dire correspondant effectivement à l'actionnement de l'équipement à commander. La référence 42 désigne un venturi comportant un col 43, une zone amont 44 et une zone aval 45, un capteur de pression 46 éventuellement différentiel, ou deux capteurs de pression 4 et 5 comme représenté à la figure 1. Ce ou ces capteurs sont connectés par des fils électriques 49 à un boîtier électronique 47 qui réalise la surveillance des debits pour détecter la séquence de commande et déclencher l'actionnement. Pour ce faire, le boîtier électronique 47 est relié par des fils électriques 48 à une électrovanne ou à un électrodistributeur 31. La référence 50 désigne un connecteur extérieur qui permet de communiquer en surface avec le boîtier électronique 47 sans démonter l'ensemble du dispositif selon l'invention. Ce connecteur est relié au boîtier 47 par des fils électriques 51. Il est aussi possible de programmer le boîtier électronique ou d'en vider les mémoires dans démonter le raccord. Lors d'une détection d'une séquence de débit, le boîtier électronique envoie, éventuellement après une temporisation réglable en atelier entre 0 et 60 secondes, un signal de commande, pour l'ouverture de l'électrodistributeur 31, qui aura lieu une fois la séquence de débit détectée. Ce signal de commande peut être maintenu jusqu'au prochain arrêt du débit ou passage du débit au dessous de la - 9 - vaLeur Qmini. Le boîtier électronique peut également mémoriser les heures auxquelles un signal de commande aura été transmis. L'alimentation du bottier électronique pourra se faire par un ensemble de piles rechargeables ou non. La tension d'alimentation peut être de 24 volts, la puissance nécessaire pour le fonctionnement d'un électrodistributeur est de 15 watt. L'ouverture de l'électrovanne 31 met en communication la réserve d'huile 28 avec la chambre 36. Le debit de fluide qui passe à travers le dispositif crée une perte de charge qui provoque un effort tendant à agir sur le piston 29 pour expulser l'huile de la réserve 28 vers la chambre 36. Tant que l'électrovanne 31 est fermée, ceci n'est pas possible et l'équipement n'est donc pas activé. Dès l'instant o l'électrovanne 31 est ouverte, il y a déplacement de l'arbre 10 vers le bas et actionnement du coude à angle variable. La descente de l'arbre 10 vers le bas se fait de manière franche, du fait du système duse 20 - aiguille 21 qui, dés qu'ils coopèrent L'un avec l'autre, provoquent l'augmentation de la perte de charge et par là, accroissent les efforts tendant à faire descendre l'arbre 20. L'aiguille 21 comporte un bourrelet 52 de manière à ce que, lorsque la duse 20 y arrive, il y ait une variation de la perte de charge qui se traduit, à debit constant, par une variation de pression détectable en surface, ce qui informe les opérateurs de ce que L'arbre 10 a atteint sa position basse. La remontée de l'arbre 10 se fait par la baisse ou l'annulation du debit, de telle sorte que les efforts exercés sur les pistons 29 et 35 soient suffisamment faibles pour que le ressort 22 puisse ramener l'arbre 10 dans sa position haute. Afin de limiter le temps d'excitation de l'électrovanne 31 et'donc d'économiser de l'énergie électrique, l'électrovanne 31 pourra comporter un clapet autorisant l'écoulement de l'huile vers la réserve d'huile lorsqu'il existe un gradient de pression dans ce sens et 2 6 4 138 7 - 10 - bloque l'écoulement lorsque le gradient est dans l'autre sens. La figure 6 illustre schématiquement un tel montage. La référence 53 désigne la réserve d'huile et son piston. Ces références correspondent aux références 29 et 28 de la figure 3A. La référence 54 designe la chambre de réception du fluide sous pression et le piston de travail qui correspondent sensiblement aux références 16 et 35 de la figure 3B. La référence 55 désigne une électrovanne équipée d'accessoires. La référence 56 désigne l'électrovanne en elle-même. La référence 57 désigne une vanne de sécurité manuelle, la référence 58 un clapet de type anti-retour qui permet de vider la chambre 59 lorsque la pression dans la réserve 60 est plus faible que celle de la chambre 59. La référence 61 désigne un clapet tare autorisant l'écoulement de la réserve'60 vers la chambre 59, si la différence de pression entre ces deux zones est supérieure à une valeur critique qui peut être fixée à 40 ou 50 bars. Bien entendu, on ne sortira pas du cadre de la présente invention en appliquant le dispositif selon la présente invention à un équipement autre qu'un élément coudé à angle variable. Ainsi, la présente invention Deut être appLiquee a l'actionnement d'un stabilisateur à géométrie variable, tel que celui décrit dans le brevet FR-2.579.662. Dans ce cas, l'arbre 10 sera coaxial aux corps tubulaires 12 et 14 et il sera inutile d'utiliser la rotule 33. On ne sortira pas du cadre de la présente invention en utilisant d'autres types de séquences combinant ou non plusieurs paramètres. Il est donné ciaprès des exemples de combinaison de paramètres: 1) debit de fluide supérieur à un seuil donne et poids sur l'outil inférieur à un seuil donné, ou alternativement supérieur à un seuil donné, 2) débit de fluide supérieur a un seuil donne et vitesse de rotation 264138? - 11 - de la garniture comprise dans une plage donnée, 3) la séquence de commande peut être uniquement basée sur des variations du poids exercé sur l'outil de forage, 4) la séquence de commande peut être basée sur les variations du poids exercé sur l'outil de forage, mais à condition que le débit de fluide de forage soit inférieur a un débit donné qui peut être relativement faible ou nul. La présente invention permet de commander deux équipements différents à partir de deux séquences différentes. La figure 5 représente deux courbes 62 et 63 correspondant à deux séquences de debit différentes. La première courbe 62 correspond, par exemple, au déclenchement de l'actionnement d'un coude à angle variable et la deuxième 63 à l'actionnement d'un stabilisateur à géométrie variable et à celle de l'élément coude à angle variable. Dans cet exemple, on peut considérer que pour déclencher La commande de l'élément coudé à angle variable, il est nécessaire que le debit passe d'un débit Qmini à un débit supérieur à un debit donné Qactcou en un laps de temps inférieur à DT. De même que pour déclencher la commande du stabilisateur à géométrie variable, il est nécessaire que le débit de fluide de forage passe d'un débit Qminil à un debit supérieur à un debit donné Qactstab en un laps de temps inférieur à DT1. Sur la figure, on a considéré pour simplifier l'exemple, que: Qmini = Qminil, que DT = DT1 et que Qactstab Qactcou Dans ces conditions, on voit que la séquence de débit correspondant à la courbe 62 qui a dépassé le débit Qactcou dans un délai inférieur à DT sans dépasser '? délai Qactstab déclenche l'actionnement de l'éelément coudé à angle variable. Alors que la corbe 63 qui a dépassé Qactstab dans un délai inférieur à DT déchenche l'actionnement du stabilisateur a géométrie variable et de l'élément coudé à angle variable. Une telle procédure peut être mise en oeuvre en fixant - 12 - bout à bout un ensemble strictement similaire a celui des figures 3A et 3B et un autre derivé des figures 3A et 3B, mais qui commande un stabilisateur à géométrie variable. L'utilisation de la procédure décrite à La figure 5 peut être faite de la manière indiquée ci-dessous. On déclenche l'actionnement du stabilisateur le nombre de fois nécessaire pour le mettre dans la position souhaitée, puis on déclenche L'actionnement de L'élément coude, sans déclencher le stabilisateur, le nombre de fois souhaité pour le mettre dans la position souhaitée. Ainsi, au terme de ces opérations, le stabilisateur à géométrie variable et l'élément coudé à angle variable sont dans les configurations souhaitées. La figure 4 montre une séquence de déclenchement qui évite l'utilisation d'un capteur de débit précis. La séquence de débit correspond à une succession de franchissements de deux seuils Q1 et Q2 qui doivent s'effectuer dans un délai inférieur à DT. Par exemple, dans un laps de temps de 10 mn, il faudrait partir de Q = O, en fait Q Q1, puis avoir Q > Q2' puis Q QI' puis Q Q2' puis Q Q1' et enfin Q Q2, ceci correspondant à la courbe 64. On peut avoir Q1 = Q2' - 13 - REVENDICATIONS R E V E N D I C A T l O N S 1. - Méthode de télécommande d'au moins un équipement de train de tiges de forage à partir d'une instruction émise depuis la surface, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes: - émission à partir de la surface d'une première séquence d'informations conforme à une séquence prédéterminée, - détection d'une deuxième séquence résultant de la transmission de la première séquence et comparaison de cette deuxième séquence à une autre séquence prédéterminee, - dans le cas o il y a similitude entre ces deux dernières séquences, on effectue la commande dudit équipement. 2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites séquences concernent les variations d'au moins l'une des grandeurs de l'ensemble suivant: débit du fluide de forage, vitesse de rotation d'une partie au moins du train de tiges, ou poids sur l'outil. 3. - Méthode selon la revendication 2, caractérisee en ce que lesdites séquences combinent au moins deux grandeurs dudit ensemble. 4. - Méthode selon la revendication 1, caractérisee en ce que lesdites séquences concernent le débit de fluide de forage et en ce qu'elles comportent une phase de montée en débit d'un premier niveau de débit à un deuxième niveau de débit dans un laps de temps donné. 5. - Dispositif de télécommande d'au moirs un é,jipement de train de tiges de forage à partir d'informations émises en surface, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'émission de ladite information, des moyens de détection de ladite information, ces derniers étant reliés à des moyens d'actionnement dudit équipement. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission sont des pompes de fluide de forage, en ce que les moyens de détection comporte un débimètre et un bottier - 14 - de traitement des mesures de debit et en ce que les moyens d'actionnement comportent au moins une électrovanne. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite electrovanne met en communication, lorsqu'elle est excitée, une réserve d'huile sous pression avec une chambre dont la variation de volume entraTne l'actionnement dudit équipement. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un clapet permettant la décharge de l'huile contenue dans ladite chambre vers ladite réserve lorsque la pression d'huile régnant dans la réserve d'huile est inférieure à la pression régnant dans la chambre. 9. - Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit équipement est un élément coudé à angle variable. 10. - Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que ledit équipement est un stabilisateur à géométrie variable.