Brevet FR2665482A1 — publié le 19920207

La présente invention concerne un dispositif pour faire varier l'angle d'un raccord coudé dans une garniture de forage avec moteur. La technique actuellement la plus utilisée pour le forage des puits pétroliers, geothermiques ou geologiques utilise un moteur de fond hydraulique pour entrainer l'outil de forage. La garniture de forage reste fixe et un angle dans la garniture à proximité du moteur ou dans le moteur permet de diriger l'outil selon la trajectoire souhaitée. Chaque société de forage dirigé place son ou ses coudes à un endroit différent mais le principe est le même. Les sections droites sont forées en faisant tourner le raccord coudé ce qui n'est pas satisfaisant ni mécaniquement, ni pour la qualité du trou, ni pour les performances d'avancement. Un raccord coudé variable avec six angles differents a été essayé. Cet outil mécaniquement complexe est actionné hydrauliquement par une augmentation du débit de boue de forage. D'autres projets dont les paramétres d'activation sont le poids ou le couple n'ont jamais ou d'applications industrielles car ces paramètres ne sont plus fiables dans les puits très inclinés et leur emploi limite les performances de forage. Les seuls raccords coudés variables encore utilisés sont ceux qui se réglent manuellement en surface et non en fond de puits. Le dispositif que Je revendique n'utilise que le sens de la rotation comme paramètre de commande. Lorsque la garniture de forage est maintenue sans rotation, le coude à sa valeur maximale est orienté de telle sorte que l'outil de forage, entrainé en rotation par le moteur de fond, inflèchisse sa trajectoire dans la direction souhaitée. Lorsque la garniture de forage est entrainée en rotation, le coude a sa valeur minimale ou nulle afin de forer un trou cylindrique sans contraintes mécaniques dues à un coude et donc en utilisant de meilleurs paramétres de forage. Les opérations de descente et remontée de la garniture de forage s'effectuent plus facilement avec une garniture sans coude. Ce coude variable permet de forer des sections droites ou des bouchons de ciment puis d'amorcer et conduire une courbe avant de forer de nouvelles sections droites. Les courbes de rayon plus important seront réalisées en alternant des petites sections droites et des petites sections courbes. Le dispositif que nous allons décrire est mécaniquement simple et f ble ce qui permettra son emploi dans les trous de petit diamétre et avec des angles importants tels que ceux qui sont utilisés par les forages à moyen ou à faible rayon de courbure. Le dispositif comprend un corps supérieur 1 et un corps inferieur 5. Chacun de ces corps est relié par un filetage pétrole standard au reste de la garniture de forage dans laquelle il s'insère. Chacun des deux corps 1 et 5 est coudé d'un angle (a). Dans la position initiale, les deux angles (a) sont opposés ce qui laisse les corps 1 et 5 parallèles et donc la garniture de forage alignée. Des patins de stabilisation 9 peuvent assurer une rotation sans contrainte du raccord tournant placé en oblique dans la garniture. Cette position permet le forage aux rotation de sections droites. Dans la position de déviation, la rotation de la garniture de forage est arretée. Le couple réactif du moteur de fond hydraulique va causer une rotation du raccord tournant entre les corps 1 et 5 jusqu'à la mise en contact des bu tées 6. Si on craint que le couple réactif ne soit pas suffisant, on fera tourner la garniture de forage à l'envers pendant une trentaine de secondes pour s'assurer de la rotation du corps 5 relativement au corps 1. Après cet te rotation de 1800, les deux angles (a) s'ajoutant pour créer dans la garni ture de forage un angle de (2a). Le coude sera aligné dans la direction souhaitée et le forage au moteur sans rotation de la garniture de forage normalement conduit. Le raccord tournant constitué par les corps 1 et 5 peut avoir indifféremment le corps superieur comme cylindre exterieur (1) ou interieur (5) et vice-ver sa pour le corps inférieur. Les corps 1 et 5 sont solidaires longitudinalement en traction par une bague(3) de retenue s'appuyant contre un épaulement ou par un chemin de roulement dont les billes ou rouleaux sont introduits par une fenêtre exterieure. Des paliers de guidage 2 pourront assurer un bon alignement des corps (1 et 5) Une butée 6 sera usitée sur chacun des corps 1 et 5 afin d'arrêter leur rotation soit dans la position 0 dans laquelle les angles (a) s'annul.ent, soit dans la position opposée dans laquelle ils s'ajoutent pour former un coude de valeur 2a. Les figures 2 et 3 montrent les positions respectives des butées dans les deux configurations. Un ensemble de régulation et d'amortissement hydraulique (7) est constitué d'un clapet taré ne laissant passer le fluide qu'à une certaine pression, d'un orifice calibré ralentissant le passage du fluide, d'un conduit reliant les réservoirs 4 et d'un compensateur de dilatation. Son rôle est d'assurer un maintien dans la position choisie, protèger le mécanisme de coups de couple et de lubrifier l'enemble. Lorsque la rotation de la garniture de forage sera arrêtée, le dispositif gardera la position précédement occupée par les butées. Une autre solution est un dispositif hydraulique de verouillage 8 utilisant la pression du fluide de forage et se deverouillant lors de l'arrêt du debit de forage pour assurer un maintien en position en toutes conditions de forage. Ce dispositif pourra etre un ou plusieurs pistons rétracté dans le corps intérieur (5) par un ressort de rappel qui, sous l'action de la pression des pompes de forage va accoupler les corps (1 et 5) en enfonçant le piston dans un logement creux dans le corps exterieur (1). Pour appliquer au mieux cette nouvelle technique de forage, on peut être ammené à utiliser des moteurs de fond tournant à l'envers avec des outils de forage adaptés ou à utiliser une garniture de forage avec des filetages à gauche au lieu du standard à droite, technique déjà existante. On pourra aussi utiliser les filetages à fort couple de dévissage ou à double épaulement. REVENDICATIONS 1 Dispositif de forage dirigé du type raccord coudé variable en fond de puits caractérisé en ce que le sens de la rotation de la garniture de forage ou la non rotation est le paramétre permettant de choisir la position droite ou coudée du raccord. 2 Dispositif de forage dirigé du type raccord coudé variable selon la reven dication 1 caractérisé en ce que le corps superieur (1) et le corps infe rieur (5) peuvent tourner relativement l'un à l'autre d'un demi tour afin que leurs angles de construction (a) puissent dans un cas s'ajouter et dans l'autre s'annuler; on realise ainsi un raccord coudé d'un angle de (2a) dans une position et, quand on fait tourner la garniture de forage, le rac cord reprend une position dans laquelle les angles (a) s'opposent et donc s'annulent mutuellement. 3 Dispositif de forage dirigé selon la revendication 2 caractérisé en ce que les corps (1 et 5) sont solidarisés longitudinalement par un dispositif de retenue tel que des chemins de roulement à rouleaux ou billes (3) et gui dés en place par les paliers (2). 4 Dispositif de forage dirigé selon la revendication 2 caracterisé en ce que des butées (6) solidaires des corps (1) et (5) arrêtent la rotation des corps 1 et 5 dans deux positions opposées selon le sens de la rotation de la garniture de forage. 5 Dispositif de forage dirigé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caracterisé en ce qu'un clapet taré, un orifice calibré et un conduit hydraulique (7) mettent en communication les deux réservoirs (4) pour ré guler, ralentir et servir d'amortisseur de couple afin de protèger mécani quement les éléments du dispositif en évitant son endommagement par des coups de couple en fond de puits pendant le forage et garantir son main tien en position. Le fluide hydraulique sera une huile ou graisse assurant aussi la lubrification du mécanisme de l'ensemble du dispositif. 6 Dispositif de forage dirigé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la position coudée sera maintenue en place par le couple réactif du moteur en l'absence de rotation de la garniture de fora ge; la position droite sera maintenue par une rotation de la garniture de forage dans le sens inverse au couple réactif. 7 Dispositif de forage dirigé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caracterisé en ce que l'on pourra utiliser des moteurs et outils prévus pour tourner dans un sens inverse au sens standard ou des garnitures de forage à filetages inversés afin de mettre en oeuvre le dispositif ici dé crit. 8 Dispositif de forage dirigé selon la revendications 2 caractérisé en ce que des patins de stabilisation (9) assurent une rotation sans heurts du raccord tournant (1, 5) placé en oblique dans la garniture de forage. 9 Dispositif de forage dirigé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'un dispositif de verouillage 8 tel qu'un ou plusieurs pistons avec ressort de rappel poussés radialement par la pression hydrau lique dans un logement creusé dans le corps exterieur (1 ou 5) vont solida riser en rotation les corps 1 et 5.