Brevet FR2704274A1 — publié le 19941028

Outil de coupure de secours de fond de forage La présente invention se rapporte à un outil de coupure de fond de forage destiné à être utilisé dans un tube de forage de puits, pour le cas o l'ensemble de fo- rage est coincé. Pendant le forage des puits, il peut se produi- re que l'ensemble de forage se coince au fond du forage. Une simple traction du train de tiges de forage, exercée à partir de la surface peut être insuffisante pour dé- coincer l'ensemble de forage, en particulier dans des opérations de forage et, plus particulièrement, dans des opérations de forage horizontal utilisant un tube rota- tif. La simple traction du train de tiges de forage à partir de la surface peut provoquer une rupture imprévi- sible du train de tiges par traction, en raison de l'em- placement incontrôlé ou de la force incontrôlée qui est nécessaire pour couper le tube, ce qui se traduit par une coûteuse perte d'équipement et par l'abandon du puits. Pour surmonter le problème de l'extraction d'en- sembles de forage coincés, on a déjà proposé ou utilisé différents dispositifs de cisaillement, tels que ceux dé- crits dans le brevet US n 5 070 941, pour cisailler in- térieurement le train de tiges de forage. En particulier, les applications typiques de fo- rage à tube rotatif utilisent une canalisation de comman- de hydraulique et un câble électrique à l'intérieur du tube rotatif pour actionner un ensemble de forage infé- rieur, comme décrit dans la demande de brevet déposée par la même demanderesse, série n 07/963864, déposée le 20 octobre 1992. La présente invention a pour objet un outil de coupure perfectionné qui peut utiliser, la canalisation de commande hydraulique et/ou le câble électrique pour couper l'outil, et qui coupe la canalisation de commande et le câble électrique à l'emplacement voulu. Un but de la présente invention est de réaliser un outil de coupure de secours actionné en appliquant simplement une pression hydraulique prédéterminée à par- tir de la surface. Un autre but de l'invention est de réaliser un outil de coupure de secours qui possède des mécanismes de désolidarisation redondants, hydraulique et électri- que. Encore un autre but de la présente invention est de réaliser un outil de coupure de secours compre- nant une canalisation de commande hydraulique et/ou un cable électrique qui le traversent, dans lequel la cana- lisation de commande et le câble sont coupés au-dessous d'un évidement de verrouillage de l'outil. Pour atteindre les buts ci-dessus, on décrit un outil de coupure de secours pour fond de forage, destiné à être utilisé dans un tube de puits, qui comprend un carter ayant une première et une deuxième parties, lesdi- tes parties ayant des premières extrémités qui coopèrent télescopiquement entre elles, lesdites parties ayant une deuxième extrémité adaptée pour être connectée dans un tube de puits; des moyens de verrouillage déblocables coopérant entre eux prévus sur la première partie et la deuxième partie pour verrouiller les première et deuxiè- me parties l'une à l'autre de façon déblocable; des moyens d'actionnement logés dans le carter pour déblo- quer les moyens de verrouillage en réponse à un actionne- ment hydraulique; un passage de fluide hydraulique logé dans le carter, adapté pour être raccordé à la surface du puits pour recevoir un fluide hydraulique, et des moyens d'arrêt hydrauliques interposés entre le passage et les moyens d'actionnement, qui empêchent initialement le fluide hydraulique d'actionner les moyens d'actionne- ment. Pour atteindre les buts précités, on décrit aus- si une forme de réalisation de l'invention dans laquelle les moyens d'arrêt du fluide hydraulique font communi- quer le fluide hydraulique avec les moyens d'actionne- ment en réponse à une pression prédéterminée régnant dans le fluide hydraulique contenu dans le passage. Dans la forme de réalisation préférée, les moyens d'arrêt du fluide hydraulique comprennent un disque de rupture. En outre, pour atteindre les buts précités, on décrit une forme de réalisation de l'invention dans la- quelle la deuxième partie comprend un évidement de trac- tion, et le passage de fluide hydraulique comprend une canalisation hydraulique qui traverse l'intérieur du car- ter, avec un joint déblocable coulissant longitudinal po- sitionné au-dessous de l'évidement pour se désolidariser lorsque les première et deuxième parties sont désolidari- sées l'une de l'autre. Pour atteindre les buts précités, on décrit aus- si une forme de réalisation de l'invention dans laquelle une canalisation électrique traverse l'intérieur du car- ter et les première et deuxième parties comprennent des moyens de cisaillement coopérant entre eux positionnés au-dessous de l'évidement pour attaquer et cisailler la canalisation électrique au-dessous de l'évidement lors- que les première et deuxième parties sont désolidarisées l'une de l'autre. Pour atteindre les buts précités, on décrit aussi un outil de coupure de secours pour fond de fora- ge, qui comprend des moyens actionnés électriquement lo- gés dans le carter, qui attaquent des moyens de verrouil- lage déblocables pour débloquer les moyens de verrouilla- ge afin de permettre la séparation des première et deuxième parties, et une canalisation électrique logée dans le carter et adaptée pour être connectée à la surfa- ce du puits et connectée aux moyens actionnés électrique- ment. Pour atteindre les buts précités, on décrit aus- si un outil de coupure de secours redondant pour fond de forage, destiné à être utilisé dans un tube de puits, qui comprend un carter ayant une première et une deuxiè- me parties, lesdites parties ayant des premières extrémi- tés qui coopèrent télescopiquement entre elles, lesdites parties ayant une deuxième extrémité adaptée pour être connectée dans un tube de puits; des moyens de verrouil- lage déblocables coopérant entre eux prévus sur la pre- mière partie et la deuxième partie pour verrouiller les première et deuxième parties l'une à l'autre de façon dé- blocable; des moyens d'actionnement logés dans le car- ter pour débloquer les moyens de verrouillage en réponse à un actionnement hydraulique; un passage de fluide hy- draulique logé dans le carter, adapté pour être raccordé à la surface du puits pour recevoir un fluide hydrauli- que, et pour communiquer avec les moyens d'actionne- ment; et des moyens actionnés électriquement logés dans le carter et qui attaquent les moyens de verrouillage dé- blocables pour débloquer les moyens de verrouillage; et une canalisation électrique logée dans le carter et adap- tée pour être connectée à la surface du puits et aux moyens actionnés électriquement. On donnera maintenant une brève description des dessins. Sur ces dessins, les figures lA, lB, lC sont des prolongements l'une de l'autre et forment une vue en élévation et en coupe de la forme préférée de réalisation de l'inven- tion; la figure 2 est une vue en coupe de la figure 1A, selon les lignes 2-2; la figure 3 est une vue en coupe de la figure lA, selon les lignes 3-3; la figure 4 est une vue en coupe de la figure 1A, selon les lignes 4-4; la figure 5 est une vue en coupe de la figure lB, selon les lignes 5-5; la figure 6 est le détail indiqué sur la figure 2; la figure 7 est une vue de détail en élévation de la figure lB, selon les lignes 7-7; les figures 8A et 8B sont des prolongements l'une de l'autre et forment une vue en élévation en cou- pe de la partie supérieure du carter selon l'invention; et les figures 9A et 9B sont des prolongements l'une de l'autre et forment une vue en élévation et en coupe de la partie inférieure du carter selon l'inven- tion. Bien que la présente invention soit particuliè- rement utile pour le forage avec un tube rotatif, elle peut aussi être utilisée dans d'autres types de trains de tiges de forage et, bien que l'outil de coupure selon l'invention soit décrit sous la forme qui utilise de pré- férence un actionnement redondant, hydraulique et élec- trique, il suffit d'utiliser l'un de ces types d'action- nement. On se reportera maintenant aux dessins, en par- ticulier aux figures 1A, lB et 1C. Le numéro de référen- ce 10 désigne dans son ensemble un outil de coupure de secours de fond de forage selon l'invention et qui com- prend une partie supérieure, ou première partie 12 de carter, et une partie inférieure, ou deuxième partie 14 de carter. Les parties 12 et 14 possèdent des premières extrémités 16 et 18 respectivement, qui coopèrent téles- copiquement entre elles. Ces parties 12 et 14 ont des deuxièmes extrémités, 20 et 22 respectivement, par exem- ple des raccords vissés, qui sont adaptées pour être rac- cordées dans un tube de puits, tels qu'un tube rotatif. Des moyens de verrouillage déblocables coopérant entre eux, désignés dans leur ensemble par le numéro de réfé- rence 24, sont prévus sur les première et deuxièmes par- ties 12 et 14 pour verrouiller les première et deuxième parties 12 et 14 l'une à l'autre de façon déblocable. Des moyens d'actionnement désignés dans leur ensemble par le numéro de référence 26 sont prévus pour débloquer les moyens de verrouillage 24 lorsqu'ils sont actionnés. En outre, une canalisation de commande hydraulique 28 et une canalisation électrique 30 traversent l'intérieur de l'outil de coupure 10. Pour la commodité, la canalisa- tion de commande hydraulique 28 et la canalisation élec- trique 30 peuvent former initialement un câble unique 31 (figures 2 et 6) et se séparer dans la partie 2. Sur les figures lB, 5, 8B et 9A, on voit le plus clairement que les moyens de verrouillage débloca- bles 24 coopérant entre eux comprennent de préférence une pluralité de clavettes 32 logées dans des fenêtres 34 de la première partie 12. La deuxième partie 18 pré- sente une encoche de verrouillage 36 destinée à recevoir les clavettes 32. Les moyens d'actionnement 26 compren- nent un manchon 38 muni d'un épaulement d'appui 40 qui peut être positionné pour attaquer les clavettes 32 et les verrouiller dans l'encoche de verrouillage 36 pour verrouiller la première partie 12 sur la deuxième partie 14 de façon déblocable. Le manchon 38 présente un évide- ment 42 qui, lorsqu'il est placé dans l'alignement des clavettes 32, permet à ces clavettes de se rétracter de l'encoche de verrouillage 36 pour débloquer les moyens de verrouillage 24. Les moyens d'actionnement 26 peuvent comprendre un ou plusieurs mécanismes de déblocage. Comme on peut le voir en se reportant maintenant aux figures lB, 8B et 9B, les moyens d'actionnement peuvent comprendre un pis- ton hydraulique 50 à actionnement hydraulique. Bien que le piston 50 puisse être actionné par l'actionnement hydraulique d'un fluide contenu dans l'alésage de l'ou- til 10, il est préférable de faire communiquer le piston 50 avec le fluide hydraulique contenu dans la canalisa- tion de commande 28 et de le faire actionner par ce flui- de. La canalisation de commande hydraulique 28 comprend un passage de fluide 52 dans la partie supérieure 12 et un passage 54 dans la partie inférieure 14. En outre, un passage de fluide 56 (figures lB et 8B) s'étend du passa- ge 52 jusqu'à un moyen d'arrêt de fluide hydraulique 58, tel qu'un disque de rupture, bien qu'on puisse aussi utiliser d'autres moyens appropriés tels qu'une soupape. Le disque de rupture 58 est conçu pour se rompre sous l'action d'une pression hydraulique prédéterminée, d'une valeur prédéterminée supérieure à la pression de comman- de hydraulique de l'ensemble de forage à fond de forage, et pour faire ainsi agir un fluide hydraulique sur la face du piston 50, en agissant sur les joints 51 et 53 du piston. L'actionnement hydraulique du piston 50 vers le haut repousse le manchon 38 vers le haut, en expul- sant l'épaulement de verrouillage 40 de derrière les cla- vettes 32 et en alignant l'évidement 42 sur les clavet- tes de verrouillage 32, pour désolidariser ainsi les par- ties 12 et 14 de l'outil. Ceci permet de séparer les par- ties 12 et 14 télescopiquement l'une de l'autre en exer- çant une traction sur un tube de puits fixé à l'extrémi- té 20 de la partie supérieure 12. En se reportant aux figures lC, 8B et 9B, on re- marquera qu'initialement, les passages de fluide 52 et 54 sont en communication fluidique lorsque les parties 12 et 14 sont assemblées. Au contraire, lorsqu'on désoli- darise les parties 12 et 14, les passages 52 et 54 for- ment un joint déblocable, coulissant longitudinalement, qui est positionné au-dessous d'un évidement de repêcha- ge 62 (figures lB et 9A) de la partie inférieure 14. Ceci garantit que la canalisation de commande hydrauli- que 28 est coupée au-dessous de l'évidement de repêchage 62 de façon à ne pas gêner les éventuelles opérations de repêchage ultérieures ayant pour but de récupérer la par- tie inférieure 14 et l'ensemble de forage éventuellement fixé à cette partie, au-dessous. Des garnitures d'étan- chéité 64 et 66 sont prévues pour fermer hermétiquement le joint entre les parties télescopiques 12 et 14 afin d'établir une communication étanche entre les passages 52 et 54. En dehors de la coupure hydraulique de l'outil de coupure 10, cet outil peut aussi être coupé électri- quement. On utilise une canalisation électrique partant du câble multiconducteur 30 et aboutissant à des moyens à actionnement électrique prévus dans l'outil 10 pour at- taquer les moyens de verrouillage déblocables 26 (figure lB). Par exemple, la canalisation électrique 70 (figure 1A) peut actionner un détonateur classique 72 qui, à son tour, met à feu une charge explosive 74 qui agit sur les moyens d'actionnement 26, lesquels peuvent comprendre un deuxième piston 76 qui porte des racleurs 78. Comme on le voit le plus clairement sur la figure 1A, le manchon 38 est relié à un mandrin intérieur 80 par une bague d'arrêt élastique en C 82 qui se cisaille sous l'effet de l'actionnement des moyens d'actionnement 26. D'autres procédés utilisant un signal électrique pour actionner le mécanisme de déblocage peuvent comprendre un électro- aimant, un moteur linéaire ou un processus thermique. Après l'actionnement du deuxième piston 76, le manchon 38 remonte, en libérant les clavettes de verrouillage 32 et les parties 12 et 14 peuvent ici aussi être séparées. Toutefois, il est aussi souhaitable de couper le câble électrique 30 en un point situé au-dessous de l'évidement de repêchage 62. C'est ainsi que, comme on le voit le plus clairement sur les figures lB et 7, des moyens de cisaillement coopérant entre eux sont prévus sur les première et deuxième parties 12 et 14, ces moyens comprenant des cisailles 90 et 92 coopérant entre elles, positionnées au-dessous de l'évidement 62, pour attaquer et couper la canalisation électrique 20 lorsque les première et deuxième parties 12 et 14 sont désolida- risées l'une de l'autre. En fonctionnement, l'outil de coupure 10 peut être désolidarisé par actionnement hydraulique ou élec- trique. L'actionnement hydraulique s'effectue en mettant sous pression le fluide de commande hydraulique contenu dans la canalisation 28 à une pression prédéterminée (su- périeure à la pression de travail de l'ensemble de fora- ge éventuellement situé au-dessous), suffisante pour sur- monter la résistance du disque de rupture 58. La rupture du disque 58 permet au fluide hydraulique de déplacer le piston 50, en repoussant ainsi le manchon 38 vers le haut, en cisaillant la bague en C 82, en éjectant l'épau- lement de verrouillage 40 de derrière les clavettes 32 et en alignant l'évidement 42 sur les clavettes 32, pour désolidariser ainsi les parties 12 et 14 de l'outil. Les parties 12 et 14 peuvent alors être éloignées télescopi- quement l'une de l'autre, en coupant ainsi nettement la canalisation hydraulique 28 et la canalisation électri- que 30 au-dessous de l'évidement de repêchage 62. Pour actionner le mécanisme de coupure électri- que, on envoie un signal électrique au fond du forage, par la canalisation 30, à la canalisation 70 et au déto- nateur 72, qui met la charge explosive 74 à feu pour met- tre le piston 76 en mouvement. Le mouvement ascendant du piston 76 repousse le manchon 38 vers le haut pour libé- rer les clavettes de verrouillage 32 et, ici aussi, les parties 12 et 14 peuvent être désolidarisées. R E V E N D I C A T IONS 1. Outil de coupure de secours pour fond de fo- rage, destiné à être utilisé dans un tube de puits, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un carter ayant une première et une deuxième parties (12, 14), lesdites parties ayant des premières extrémités (16, 18) qui coopèrent télescopiquement entre elles, lesdites parties ayant une deuxième extrémité (20, 22) adaptée pour être connectée dans un tube de puits; des moyens de verrouillage déblocables (24) coopérant entre eux prévus sur la première partie (12) et la deuxième partie (14) pour verrouiller les première et deuxième parties l'une à l'autre de façon débloca- ble; des moyens d'actionnement (26) logés dans le carter pour débloquer les moyens de verrouillage (24) en réponse à un actionnement hydraulique; un passage de fluide hydraulique (28, 52, 54) logé dans le carter, adapté pour être raccordé à la sur- face du puits pour recevoir un fluide hydraulique, et des moyens (58) d'arrêt hydrauliques interposés entre le passage (28, 52, 54) et les moyens d'actionne- ment (26), qui empêchent initialement le fluide hydrauli- que d'actionner les moyens d'actionnement (26). 2. Outil de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (58) d'arrêt du fluide hydraulique mettent un fluide hydraulique en communica- tion avec des moyens d'actionnement (26, 50) en réponse à une pression prédéterminée exercée sur le fluide hy- draulique contenu dans le passage (52, 54). 3. Outil de coupure selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (58) d'arrêt du fluide hydraulique comprennent un disque de rupture (58). 4. Outil de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième partie (14) comprend un évidement de traction (36), et ledit passage de flui- de hydraulique (28, 52, 54) comprend une canalisation hy- draulique (28) qui traverse l'intérieur du carter, avec un joint déblocable coulissant longitudinal (52, 54), po- sitionné au-dessous de l'évidement (36) et destiné à se désolidariser lorsque les première et deuxième parties (12, 14) sont désolidarisées l'une de l'autre. 5. Outil de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen actionné électriquement (72, 74), logé dans le carter, qui attaque les moyens de verrouillage déblocables (24) pour débloquer les moyens de verrouilla- ge (24); et une canalisation électrique (30) logée dans le carter, adaptée pour être connectée à la surface du puits et connectée au moyen (72, 74) actionné électrique- ment. 6. Outil de coupure selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième partie comprend un évi- dement de traction (36) et la canalisation électrique (30) traverse l'intérieur du carter, et les première et deuxième parties (12, 14) comprennent des moyens de ci- saillement (90, 92) coopérant entre eux, positionnés au- dessous de l'évidement (36), pour attaquer et cisailler la canalisation (30) au-dessous de l'évidement (36) lors- que les première et deuxième parties (12, 14) sont déso- lidariées l'une de l'autre. 7. Outil de coupure de secours redondant pour fond de forage, destiné à être utilisé dans un tube de puits, caractérisé en ce qu'il comprend un carter ayant une première et une deuxième parties (12, 14), lesdites parties ayant des premières extrémités (16, 18) qui coopèrent télescopiquement entre elles, lesdites parties ayant une deuxième extrémité (20, 22) adaptée pour être connectée dans un tube de puits; des moyens de verrouillage déblocables (24) coopérant entre eux prévus sur la première partie (12) et la deuxième partie (14) pour verrouiller les première et deuxième parties l'une à l'autre de façon débloca- ble; des moyens d'actionnement (26) logés dans le carter pour débloquer les moyens de verrouillage (24) en réponse à un actionnement hydraulique; un passage de fluide hydraulique (28, 52, 54) logé dans le carter, adapté pour être raccordé à la sur- face du puits pour recevoir un fluide hydraulique, et pour communiquer avec les moyens d'actionnement (26); des moyens (72, 74, 76) actionnés électrique- ment logés dans le carter et qui attaquent les moyens de verrouillage déblocables (24) pour débloquer les moyens de verrouillage (24); et une canalisation électrique (30) logée dans le carter et adaptée pour être connectée à la surface du puits et aux moyens actionnés électriquement. 8. Outil de coupure selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens (58) d'arrêt hydrauliques interposés entre le passage (28, 52, 54) et les moyens d'actionne- ment (50), qui empêchent initialement le fluide hydrauli- que d'actionner les moyens d'actionnement (50). 9. Outil de coupure selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (58) d'arrêt du fluide hydraulique mettent le fluide hydraulique en communica- tion avec des moyens d'actionnement (26) en réponse à une pression prédéterminée agissant sur le fluide hydrau- lique contenu dans le passage (28, 52, 54). 10. Outil de coupure selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (58) d'arrêt de fluide hydraulique comprennent un disque de rupture (58). 11. Outil de coupure selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième partie (14) comprend un évidement de traction (36), en ce que ledit passage de fluide hydraulique (28, 52, 54) comprend une canalisation hydraulique (28) qui traverse l'intérieur du carter, et comprend un joint déblocable coulissant longitudinal (52, 54) positionné au-dessous de l'évidement (36) et destiné à se désolida- riser lorsque les première et deuxième parties (12, 14) sont désolidarisées l'une de l'autre; et en ce que la canalisation électrique (30) tra- verse l'intérieur du carter, et les première et deuxième parties (12, 14) comprennent des moyens de cisaillement (90, 92) coopérant entre eux positionnés au-dessous de l'évidement (36) pour attaquer et cisailler la canalisa- tion (30) au-dessous de l'évidement (36) lorsque les pre- mière et deuxième parties (12, 14) sont désolidarisées l'une de l'autre. 12. Outil de coupure de secours redondant pour fond de forage, destiné à être utilisé dans un tube de puits, caractérisé en ce qu'il comprend un carter ayant une première et une deuxième parties (12, 14), lesdites parties ayant des premières extrémités (16, 18) qui coopèrent télescopiquement entre elles,. lesdites parties ayant une deuxième extrémité (20, 22) adaptée pour être connectée dans un tube de puits; des moyens de verrouillage déblocables (24) coopérant entre eux prévus sur la première partie (12) et la deuxième partie (14) pour verrouiller les première et deuxième parties l'une à l'autre de façon débloca- ble; des moyens (72, 74, 76) actionnés électrique- ment logés dans le carter et qui attaquent les moyens de verrouillage déblocables (24) pour débloquer les moyens de verrouillage (24); et une canalisation électrique (30) logée dans le carter et adaptée pour être connectée à la surface du puits et aux moyens actionnés électriquement. 13. Outil de coupure selon la revendication 12, caractérisé en ce que la deuxième partie (14) comprend un évidement de traction (36) et la canalisation électri- que (30) traverse l'intérieur du carter, et les première et deuxième parties (12, 14) comprennent des moyens de cisaillement (90, 92) coopérant entre eux, positionnés au-dessous de l'évidement (36), pour attaquer et cisail- ler la canalisation (30) au-dessous de l'évidement (36) lorsque les première et deuxième parties (12, 14) sont désolidarisées l'une de l'autre.