Brevet FR2673442A1 — publié le 19920904

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure du déplacement d'une tête d'injection d'un mât de forage, et, plus particulièrement, à un tel dispositif qui est destiné à gérer la position de l'coutil dans le puits ainsi que la côte fond de ce même puits. Il existe deux types de dispositifs qui peuvent être utilisés sur un mât de forage pour entraîner en rotation un train de tiges. Le premier, et le plus classique, est la table de rotation qui est montée sur le plancher du mât de forage et comporte une ouverture carrée ou hexagonale destinée à recevoir une tige d'entraînement de section complémentaire. La table est mise en rotation et provoque ainsi la rotation du train de tiges. L'autre type de dispositif est la tête d'injection motorisée, où un moteur électrique ou hydraulique, monté adjacent au moufle mobile, est relié directement à l'extrémité supérieure du train de tiges. Le moteur est monté sur un chariot qui coulisse sur des rails disposés verticalement sur le mât permettant ainsi le déplacement du chariot tout en absorbant le couple géneré lors du forage. Quel que soit le type de dispositif d'entraînement, le foreur a toujours besoin de connaître la position exacte des éléments du train de tiges, et en particulier de l'coutil disposé dans le puits afin de mieux gérer le forage. La manière classique de connaître la position de l'outil consistait simplement à noter le nombre de tiges ainsi que les autres éléments de la garniture -masse-tiges et stabilisateurs-, utilisés et à en déduire la longueur totale. Compte tenu du nombre important de tiges utilisées, nombre allant jusqu'à plusieurs centaines pour un forage profond, la possibilité d'une erreur était non négligeable. Cependant, les conséquences d'une telle erreur peuvent être très graves si on procède à une operation dans le puits à une profondeur incorrecte. Avec une tête d'injection motorisée, le déplacement alterné le long des rails est directement lié à la longueur des tiges insérées dans le puits de forage. Ainsi, la mesure soignée du déplacement total de la tête motorisée lors d'une manoeuvre ou en cours de forage permet de connaître, avec précision, la position de l'outil dans le puits, position corrigée ou non des effets thermiques, de pression et d'allongement sous le propre poids du train de tiges. La présente invention a donc pour objet un dispositif de mesure du déplacement d'une tête d'injection d'un mât de forage qui est de construction simple, fiable et qui permet de connaître la position de l'outil et la côte fond dans le puits de forage. Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de mesure du déplacement de l'extrémité supérieure du train de tiges de forage, l'extrémité étant soutenue lors du forage par un ensemble d'accrochage, déplaçable le long d'au moins un rail de guidage, le dispositif de mesure comprenant un ensemble capteur monté sur l'ensemble d'accrochage et comportant un galet adapté à rouler sur le rail lors du déplacement de l'ensemble d'accrochage. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'une tête d'injection motorisée, et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble capteur selon l'invention. Sur la figure 1 est représentée une tête d'injection motorisée 10 montée fixe sur un chariot 12 muni de galets 14 qui lui permettent de coulisser sur deux rails 16 disposés verticalement et solidaires du mât de forage (non représenté). La tête d'injection 10 comprend un moteur 18 qui peut être électrique ou hydraulique et qui comporte un arbre principal 20 creux qui est relié par un roulement à une tête d'injection 22 également montée fixe sur le chariot 12. De manière classique, la tête d'injection est suspendue au crochet 24 du moufle mobile 26 qui fait partie du treuil du mât (non représenté). La tête d'injection 22 est alimentée en boue, de façon connue, par un conduit flexible 28 relié à une source de boue sous pression (non représentée). En dessous du moteur 18, et relié à celui-ci par des bras de transmission de couple 30, se trouve l'ensemble de clefs automatiques 32 et 34 de l'élévateur 36. Selon l'invention, un ensemble capteur 38, monté sur le chariot 12, est adapté à mesurer le déplacement du chariot par rapport aux rails 16. L'ensemble capteur 38 comprend un corps 40, sensiblement cylindrique, sur lequel un galet 42 est monté libre en rotation. L'ensemble capteur 38 est monté sur le chariot 12 par l'intermédiaire d'un bras de levier 44 qui est monté sur un pivot 46, solidaire du chariot 12. Afin de maintenir le galet 42 en contact avec le rail 16 le bras de levier 44 est muni d'un ressort de rappel (non représenté) chargé de maintenir l'ensemble capteur 38 plaqué sur le rail 16. L'ensemble capteur 38 est représenté plus en détail sur la figure 2. Le galet 42 comprend un moyeu métallique 46 muni d'une couronne extérieure 48, par exemple du caoutchouc synthétique. L'ensemble capteur 38 comprend un corps 50 dans lequel un arbre 52 est monté en rotation par l'intermédiaire de deux roulements 54 et 56. Le galet 42 est monté fixe à une extrémité de l'arbre 52 dont l'autre extrémité comporte un disque perforé 58 d'un codeur optique dont l'électronique est représentée schématiquement en 60. Une source lumineuse et une cellule photosensible 61 sont disposées de part et d'autre du disque perforé 58. Dans l'exemple illustré, le disque perforé comporte 1000 secteurs/tour. Les signaux générés par le codeur optique 60 sont envoyés, par un câble 62, à un centre de traitement (non représenté), éloigné du mât de forage.L'ensemble capteur 38 répond aux normes d' anti-déf lagrance. Le codeur optique 60 fournit deux signaux en quadrature qui permettent de calculer la longueur du déplacement de l'ensemble capteur par rapport au rail 16, ainsi que son sens. A titre d'exemple, les signaux provenant du codeur optique 60 rejoignent un ensemble de compteurs/décompteurs asservissant un convertisseur numérique-analogique 16 Bits indiquant le déplacement du chariot avec une résolution inférieure au mm. Deux repères fixes, représentés schématiquement en 64 et 66 sont montés aux extrémités du rail 16. Un organe mécanique non représenté sur les schémas actionne un contacteur électrique au passage devant ces repères. Le système électronique de comptage ne se réinitialise que lors des passages de haut en bas pour éviter de générer les erreurs propres à l'hystérésis mécanique.Le repère 66 du bas est destiné à contrôler et, éventuellement, à corriger les signaux indiquant que le chariot 12 a atteint sa position extrême. Le repère 64 du haut permet de compenser toute usure du galet 42 comparant la distance mesurée entre les deux repères 64, 66 avec la distance réelle et en adaptant en conséquence le facteur gain de capteur. Le dispositif de mesure selon l'invention peut également être utilisé sur un mât de forage muni d'une table rotative à condition que le mât soit équipé d'au moins un rail de guidage pour le moufle mobile sur lequel peut coulisser le galet 42 de l'ensemble capteur. Quel que soit le type de dispositif d'entraînement en rotation utilisé, le dispositif de mesure permet de mesurer avec grande précision les déplacements du chariot 12 ainsi que sa direction et de pouvoir en déduire la position exacte de l'coutil dans le puits. Par sa grande précision, il s'intègre parfaitement à un système de gestion automatique de descente de garniture et d'ajout de tige. Le dispositif peut également être utilisé sur une plate-forme flottante de forage en mer, à condition que le centre de traitement des signaux soit également relié à un deuxième capteur de même type ou non destiné à mesurer le déplacement vertical de la plate-forme par rapport à un repère fixe, par exemple le tube prolongateur, plus communément appelé "riser". REVENDICATIONS 1 - Dispositif de mesure du déplacement d'une extrémité d'un train de tiges de forage, l'extrémité étant soutenue lors du forage par un ensemble d'accrochage, déplaçable le long d'au moins un rail de guidage, le dispositif de mesure comprenant un ensemble capteur monté sur l'ensemble d'accrochage et comportant un galet adapté à rouler sur le rail lors du déplacement de l'ensemble d'accrochage. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble d'accrochage comprend, de plus, une tête d'injection motorisée. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le galet de l'ensemble capteur est relié, à l'intérieur de cet ensemble, à un codeur optique. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, deux repères fixes montés l'un vers chaque extrémité du rail afin de permettre à l'ensemble capteur de détecter les positions extrêmes de l'ensemble d'accrochage sur le rail et de gérer toute dérive propre ou usure du galet.