Brevet FR2705401A1 — publié le 19941125

i La présente invention concerne d'une manière générale un raccord coudé possédant un joint mobile et qui peut être placé dans une position droite et peut ensuite être coudé sur un certain angle et être utilisé dans un équipement de fond de puits pour changer la direction de forage. Lors du forage de puits de pétrole et de puits à gaz, il est quelquefois souhaitable de s'écarter de la direction verticale ou même de réaliser un forage dans une direction horizontale. Pour forer des puits déviés, on utilise un équipement de fond de puits qui est constitué par plusieurs outils de direction, de guidage, d'orien- tation et de forage. L'équipement du fond de puits comprend un raccord coudé, qui est un dispositif qui est coudé sous un certain angle, comme par exemple entre 2 et 7 . Les données sont transmises électroniquement à la surface pour contrôler un emplacement et une direction corrects. Si la direction ou la profondeur du forage doivent être modifiées, on fait tourner l'ensemble de fond de puits. Bien que la présente invention soit utile lors du forage dévié classique exécuté avec des installations rotatives de forage, la présente invention est particuliè- rement utile pour réaliser un forage avec un tubage spiralé, qui ne peut pas tourner (seul le moteur et le trépan tournent). En particulier, la présente invention permet de résoudre le problème de la pénétration dans des puits de pétrole ou des puits à gaz existants, dans lesquels un tubage de production est en place, et de forer ensuite avec un tubage spiralé sortant du fond du tubage de production et sous un angle par rapport à la verticale. Cependant, dans une telle application, le rapport coudé doit être rectiligne lorsqu'il pénètre dans le puits, au niveau de la surface, de manière à traverser l'intérieur du tubage de production, puis doit être coudé sous un angle spécifié lorsqu'il sort du tubage de production, au niveau du fond, pour forer le puits dévié. S'il faut modifier la direction ou la profondeur, on active un outil d'orientation, ce qui entraîne une rotation de l'équipement du fond de puits. La présente invention a trait à un raccord coudé à joint mobile servant à réaliser une fixation dans un conduit de puits et destiné à être utilisé pour l'exécution d'un forage dévié d'un puits, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier allongé dans lequel est ménagé un perçage et qui possède des première et seconde extrémités, la première extrémité comportant des moyens de raccordement pour la fixation dans un conduit de puits, un mandrin déplaçable de façon télescopique dans le perçage, un corps mobile possédant des première et seconde extrémités, parmi lesquelles ladite première extrémité possède des moyens de raccordement pour la fixation dans le conduit du puits et ladite seconde extrémité est raccordée, de manière à pouvoir pivoter, au mandrin et peut pénétrer en glissant dans la seconde extrémité du boîtier, et des surfaces formant cames situées sur le corps et sur le boîtier, qui coopèrent et servent à faire pivoter la seconde extrémité du corps lorsque le mandrin est déplacé de façon télescopique dans le perçage. Selon une autre caractéristique de la présente invention il est prévu des moyens empêchant une rotation du corps autour de l'axe longitudinal par rapport au boîtier. De préférence, des moyens empêchant cette rotation comprennent une clavette et une rainure de clavette, qui coopère avec la clavette, l'un de ces éléments étant situé sur le boîtier et l'autre sur le corps. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la connexion formant pivot entre le mandrin et le corps est un joint universel. Selon une autre caractéristique de la présente invention, la surface formant came située sur le corps est un insert remplaçable permettant différents angles de pivotement avec différents inserts. Selon une autre caractéristique de la présente invention, il est prévu, sur le mandrin, un épaulement destiné à s'appliquer contre le corps lorsqu'on fait pivoter ce dernier. De préférence, l'angle de l'épaulement est variable de manière à permettre le support de charges sous des angles différents. Selon une autre caractéristique de la présente invention, des moyens de verrouillage amovibles sont prévus entre le mandrin et le boîtier. Dans cette forme de réalisation, les moyens de blocage incluent les moyens de blocage électrique. Dans une autre forme de réalisation, un piston est raccordé au mandrin et les moyens de blocage comprennent des moyens de blocage hydrauliques. Dans une autre forme de réalisation, les moyens de blocage comprennent une pompe et une soupape actionnées électriquement et commandant un verrou actionné par un piston hydraulique ou un piston hydraulique situé sur le mandrin. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures lA, lB et 1C, qui se prolongent entre elles, représentent une vue en élévation en coupe transversale d'une forme de réalisation de la présente invention, en position droite; - la figure 2 est une vue en coupe transversale prise suivant 2-2 sur la figure lC; - la figure 3 est une vue en élévation de l'extrémité inférieure de la figure 1C; -les figures 4A, 4B et 4C, qui se prolongent réciproquement entre elles, représentent une vue en élévation en coupe partielle du raccord coudé des figures lA, lB et 1C, dans une position à l'état coudé et bloqué; - les figures 5A, 5B et 5C, qui se prolongent réciproquement entre elles, représentent une vue en élévation en coupe transversale d'une autre forme de réalisation d'un raccord coudé selon la présente invention; - la figure 6A est une vue schématique du système de commande électrique et hydraulique de la forme de réalisation des figures 5A-5C, représentée dans la position débloquée; - la figure 6B est une vue schématique semblable à celle de la figure 6A, mais montrant le système de commande dans la position bloquée; - la figure 7 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 7-7 sur la figure 6B; - la figure 8 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 8-8 sur la figure 6B; - la figure 9 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 9-9 sur la figure 6B; - la figure 10 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 10-10 sur la figure 5A; - la figure 11 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 11-11 sur la figure 5A; - les figures 12A et 12B sont des représentations schématiques de la zone représentée par des lignes en trait mixte sur la figure 10 et montrant la circulation du fluide dans la pompe dans une direction sur la figure 12A et montrant la circulation du fluide dans la pompe dans la direction sur la figure 12B; et - les figures 13A, 13B et 13C, qui se prolongent réciproquement entre elles, représentent une vue en élévation en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de la présente invention. Bien que l'on décrive la présente invention ci- après, uniquement à titre d'illustration, comme étant raccordée à un train de forage à tubage spiralé, destiné à être déplacé dans un tubage de production dans une position alignée, puis être ensuite coudé pour réaliser un forage dévié, le présent raccord coudé est également utile pour un forage dévié de type rotatif classique. En se référant maintenant aux dessins et notamment aux figures lA, lB et 1C, 2 et 3, le chiffre de référence 10 désigne d'une manière générale le raccord coudé selon la présente invention, qui est représenté dans une position alignée ou droite de manière à être descendu dans un trou de forage, et en particulier dans un tubage de production de puits existants. Le raccord comporte d'une manière générale un boîtier allongé 12 possédant un perçage 14 le traversant, un mandrin 16 déplaçable de façon télescopique dans le perçage 14 et possédant un perçage 17, et un corps mobile 18. Le boîtier possède une première extrémité 20 comportant des moyens de raccordement tels qu'un filetage 22 pour son raccordement dans un conduit de puits, et une seconde extrémité 24. Le corps mobile 18 possède une première extrémité 26 comportant des moyens de raccordement tels qu'un filetage 28. Le corps possède un perçage 19 en communication avec les perçages 17 et 14. Le corps 18 possède une seconde extrémité 27 raccordée de manière à pouvoir pivoter au mandrin 16. De préférence, la liaison à pivot est un joint universel du type à boule et coque. En outre, la seconde extrémité 27 du corps 18 peut être introduite par glissement dans la seconde extrémité 24 du boîtier 12. Des surfaces formant cames, qui coopèrent, sont prévues sur le corps 18 et sur le boîtier 12 de manière à permettre un pivotement de la seconde extrémité 26 du corps 18 lorsque ce corps est déplacé de façon télescopique dans le perçage 14 du boîtier 12. Par conséquent, une surface formant came 13 est prévue sur le corps 30 et une surface formant came 32 est prévue sur le boîtier 12 pour permettre de décaler l'axe longitudinal 21 du corps 18 par rapport à l'axe longitudinal 23 du boîtier 12 sur un angle de coudage, comme cela est mieux visible sur les figues 4A, 4B et 4C et notamment sur la figure 4C. L'angle, sur lequel le raccord coudé est déplacé, est habituellement compris entre environ 2 et environ 7 . Naturellement la valeur de l'angle est déterminée par les surfaces formant cames 30 et 32, qui coopèrent. Pour modifier aisément l'angle préréglé du raccord coudé 10 avant son installation, un insert remplaçable 34 (figure 1C et 2) est raccordé de façon amovible au corps 18 dans des boulons 36. Par conséquent, en utilisant différents inserts avec différents angles de came 30, on peut obtenir la valeur désirée de coudage dans le raccord 10. Pour diriger correctement l'extrémité inférieure ou première extrémité 26 du corps 18 des moyens sont prévus pour empêcher une rotation du corps 18 autour de son axe longitudinal 21, comme par exemple une clavette et une rainure de clavette coopérant avec la précédente. Ainsi, une clavette 40 (figures 1C et 3) est prévue sur le boîtier 12 ou sur le corps 18, par exemple le boîtier 12, et une rainure de clavette 42 est prévue sur l'autre élément, par exemple le corps 18. Ainsi, lorsque le corps 18 se déplace longitudinalement par rapport au boîtier 12, la clavette 40 se déplace le long de la rainure de clavette 42 en empêchant une rotation du corps autour de son axe longitudinal 21. Bien que le raccord coudé 10 puisse être activé depuis la position représentée sur les figures 1A-1C jusqu'à celle représentée sur les figures 4A-4C, à l'aide de n'importe quel moyen approprié, le procédé préféré consiste à faire descendre le boîtier 12, après que le raccord coudé 10 et l'équipement de fond de puits, qui lui est raccordé, ont atteint le fond du trou du puits de forage, ce qui permet de faire descendre le boîtier 12 au- dessus du corps 18 et en le faisant dévier sur l'angle de déviation désiré. Après avoir actionné le boîtier 12 et le corps 18 de manière à obtenir l'angle désiré, il est souhaitable de verrouiller le boîtier 12 et le corps 18 en position. En se référant maintenant à la figure lB, le mandrin 16 comprend un renfoncement de blocage 44, et le boîtier 12 comprend une pluralité d'ergots de blocage 46. Lorsqu'on abaisse le boîtier 12 par rapport au mandrin 16 et au corps 18 pour activer le raccord 10, un épaulement 48 (figure 1C) situé sur le mandrin 18 vient en contact avec un épaulement 50 (figure lB), comme cela est visible sur la figure 4B, ce qui a pour effet d'aligner le renfoncement de blocage 44 avec les ergots 46. Un manchon de blocage 52, qui est normalement écarté élastiquement des ergots 46 par le ressort 54 est actionné par un solénoïde électrique 56 et une armature 58 de manière à amener et maintenir le manchon 52 derrière les ergots 46 et à les bloquer en position. Le solénoïde 56 est actionné par un conducteur électrique 60, qui s'étend de préférence dans le perçage 14 du raccord coudé 10 et s'étend jusqu'à la surface du puits, pour son actionnement. Par conséquent, le raccord coudé est actionné et bloqué en position comme cela est mieux visible sur les figures 4A-4C. Comme cela est mieux visible dans la position activée représentée sur la figure 4C, un épaulement de charge 62 situé sur le mandrin 16 s'applique contre un épaulement 64 situé sur le corps 18. Lorsque l'angle de l'épaulement 62 doit être modifié en fonction de l'angle de déviation de l'axe longitudinal 21 du corps par rapport à l'axe 23 du boîtier, l'épaulement 62 est de préférence prévu sur un collet remplaçable 66 du mandrin 16. Par conséquent, le collet 66 peut être remplacé et changé conjointement avec l'insert 34, en fonction de l'angle de coudage qui est désiré. En fonctionnement, le raccord coudé 10 est redressé dans la position verticale comme cela est mieux visible sur les figures lA-lC et est abaissé dans le tubage de production à l'intérieur d'un puits, jusqu'au fond, puis est coudé sur l'angle désiré et est bloqué en position. Lorsqu'il est souhaitable de récupérer l'équipement de fond de puits comprenant le raccord coudé 10, on désexcite le solénoïde 56, ce qui permet de ramener le raccord coudé 10 dans la position verticale et de le récupérer à travers le tubage de production du puits. On peut, comme cela sera décrit plus loin, prévoir d'autres formes de réalisation, sur lesquelles les éléments identiques à ceux représentés sur les figures 1A- 1C sont désignés par des références identiques auxquelles sont ajoutés les suffixes "a" et "b". En se référant maintenant aux figures 5A, 5B et 5C, on y voit représenté un raccord coudé 10a, qui possède un boîtier 12a qui, lorsqu'on le déplace par rapport au corps 34a, fait pivoter le corps autour du joint universel 27a, sur un angle déterminé par les surfaces formant came 30a et 32a et amène le renfoncement de blocage 44a en position alignée avec les ergots de blocage 46a, comme cela a été décrit précédemment en référence aux figures 1A-1C. Cependant, dans cette forme de réalisation, le manchon de blocage 52a est déplacé en arrière des ergots 46a, sous l'action d'un piston hydraulique 70, qui est déplacé entre une position bloquée et une position débloquée, par un fluide hydraulique commandé par une soupape électrique 72 et une pompe électrique 74 à partir d'un réservoir 76. En référence aux figures 12A et 12B, le déplacement alternatif de la pompe électrique 74 actionnée par un électroaimant introduit le fluide alternativement par une soupape antiretour 78 à partir du réservoir sur la figure 12A et alternativement par une soupape antiretour 80 jusqu'à la soupape 72. Comme cela est mieux visible schématiquement sur les figures 6A et 6B, la soupape 72 comprend un tiroir 82 qui, lorsqu'il est amené dans la position représentée sur la figure 6A, débloque le raccord coudé 10a. C'est-à-dire que le fluide provenant de la pompe 72 circule dans la canalisation 84 jusqu'au tiroir 82, o il est dirigé en direction de la canalisation 86, sur le côté arrière du piston 70 pour amener ce dernier dans la position déverrouillée. Le fluide hydraulique appliqué à la partie supérieure du piston 70 circule dans la canalisation 88, et le tiroir 92 dirige le fluide dans la canalisation 90 qui revient au réservoir 76. Lorsque la soupape 72 est actionnée dans son autre position, comme cela est mieux visible sur la figure 6B, le fluide envoyé par la pompe par l'intermédiaire de la canalisation 84 est dirigé par le tiroir 82 en direction de la canalisation 88 et en direction de la partie supérieure du piston 70 de manière à déplacer le manchon de blocage 51a en arrière des ergots 46a. Le fluide appliqué à la face inférieure du piston 70 est repoussé hors de la canalisation 86 et est dirigé par le tiroir 82 en direction de la canalisation 90, qui aboutit au réservoir 76. En se référant maintenant aux figures 13A, 13B et 13C, on y voit représentée une autre forme de réalisation d'un raccord coudé 10b, dans lequel, lorsque le boîtier 12b et le corps 18b se déplacent l'un vers l'autre en faisant pivoter le corps 12b pour l'amener de l'alignement vertical dans une position déviée sur un angle déterminé par les surfaces formant cames 30b et 32b. Dans cette forme de réalisation, un piston 90 (figure 13B) est raccordé au mandrin 13b. L'envoi d'un fluide hydraulique à la face inférieure du piston 90 soulève le mandrin 16b et fait pénétrer le corps 18b dans le boîtier 12b en amenant automatiquement le raccord coudé 12b dans la position angulaire désirée sans qu'il ait à être abaissé comme dans les autres formes de réalisation. De même, dans cette forme de réalisation, aucun ergot de blocage n'est nécessaire étant donné que le piston 90 est maintenu dans une position supérieure rétractée par le fluide hydraulique appliqué à la face inférieure, pour le blocage du raccord coudé dans la position angulaire déviée. Le raccord 0lb est déverrouillé par l'application d'un fluide hydraulique par l'intermédiaire de la canalisation 88b (figure 13A) à la face supérieure du piston 90. Les commandes électriques et hydrauliques de la forme de réalisation des figures 13A-13C sont identiques à celles de la forme de réalisation représentée sur les figures 5A-5C. C'est-à-dire qu'une pompe 74b actionnée électriquement par un électroaimant envoie le fluide hydraulique depuis un réservoir 76b à une soupape électromagnétique 72b comportant un tiroir 82b. Dans une position, le tiroir 82b dirige le fluide depuis la pompe 74b, par l'intermédiaire de la canalisation 86b, jusqu'à la face inférieure du piston 90 pour actionner le raccord coudé 6b de manière à l'amener dans la position angulaire déviée et à le bloquer dans cette position. Le déplacement du tiroir 82b dans la direction opposée dirige le fluide de la pompe 74b, par l'intermédiaire d'une canalisation 86b, jusqu'à la face supérieure du piston 90, de manière à débloquer le raccord coudé et l'amener dans une position verticale. C'est pourquoi, la présente invention est parfaitement adaptée pour atteindre les objectifs indiqués et fournir les avantages mentionnés dans la présente description. Bien que l'on ait indiqué, dans le cadre de la description, des formes de réalisation actuellement préférées de l'invention, il apparaîtra aux spécialistes de la technique que l'on peut y apporter de nombreuses modifications quant aux détails de construction, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Raccord coudé à joint mobile servant à réaliser une fixation dans un conduit de puits et destiné à être utilisé pour l'exécution d'un forage dévié d'un puits, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier allongé (12; 12b) dans lequel est ménagé un perçage (14) et qui possède des première et seconde extrémités (20, 24), la première extrémité comportant des moyens de raccordement pour la fixation dans un conduit de puits, un mandrin (16) déplaçable de façon télescopique dans le perçage, un corps mobile (18;18b) possédant des première et seconde extrémités (26,27), parmi lesquelles ladite première extrémité possède des moyens de raccordement pour la fixation dans le conduit du puits et ladite seconde extrémité est raccordée, de manière à pouvoir pivoter, au mandrin (16) et peut pénétrer en glissant dans la seconde extrémité du boîtier (12), et des surfaces formant cames (30,32) situées sur le corps (18) et sur le boîtier (12), qui coopèrent et servent à faire pivoter la seconde extrémité du corps lorsque le mandrin est déplacé de façon télescopique dans le perçage. 2. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (40,42) empêchant une rotation du corps autour de son axe longitudinal par rapport au boîtier. 3. Raccord selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens (40,42) empêchant une rotation du corps comprennent une clavette (40) et une rainure de clavette (42) coopérant avec la clavette, l'un de ces éléments étant situé sur le boîtier (12) et l'autre sur le corps (18). 4. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de pivotement est un joint universel (27c). 5. Raccord selon la revendication 1, dans lequel la surface formant came située sur le corps est un insert remplaçable (34) qui permet différents angles de pivotement dans le cas d'inserts différents. 6. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un épaulement (50) situé sur le mandrin (16) et destiné à s'appliquer contre le corps (18) lorsque ce dernier pivote. 7. Raccord selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle de l'épaulement est variable. 8. Raccord selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de blocage amovibles disposés entre le mandrin (16) et le boîtier (12). 9. Raccord selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent des moyens de blocage électriques. 10. Raccord selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un piston raccordé au mandrin, et que lesdits moyens de blocage comprennent des moyens de blocage hydrauliques. 11. Raccord selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent une pompe (72) et une soupape actionnées électriquement. 12. Raccord selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent un verrou actionné par un piston hydraulique (70). 13. Raccord selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe (74b) et une soupape (72b) actionnées électriquement, commandant le verrou actionné par le piston.