FR 2112441 A1 19720616 FR 7139317 A 19711103 71 39317 2112441 La présente invention se rapporte à un appareil d'orientation de forage ; elle vise plus particulièrement un procédé et un appareil pour l'orientation d'un trépan .pendant les opérations de forage, et pour la transmission simultanée à la surface d'indi-5 cations de l'orientation ds a vripan. Lorsqu'on lore des puits dans ls4corce terr«3trep il es -• souvent intéressant, pour diverses raisons, de dévier le puits par rapport à la verticale, à travers les couches de terrains, telle opération est appelée "forage directionnel"♦ Ce procédé est 10 utilisé par exemple dans le forage de puits de pétrole à partir plateformes marines. On construit généralement dans ce cas uns grande plateforme de forage, solidement fxxos on persianense au ford de l'océan et à partir de laquelle on exécute une multiplicité ds puits, parfois plus de quarante. En raison de ce nombra de puits 15 forés à partir d'une seule plateforme, il est nécessaire d*in2liner les puits latéralement, de façon à ce que les couches terrestres qui contiennent les réservoirs de pétrole soient atteintes à des distances latéralement espacées de la plateforme» Ce système permet la mise en production d'une zone d'étendue maximale, avec une pla-20 teforme unique, ce qui est évidemment économique. On comprend également qu'il est important de maintenir la direction et l'inclinaison de ces forages, afin de pénétrer dans les couches visées, à la profondeur voulue, pour rencontrer les réservoirs de pétrole * Un procédé connu pour l'obtention d'information sur la 25 direction d'un puits consiste à arrêter le forage et à descendre un instrument de contrôle dans les tiges de forage, a"i moyen d,ran câble. En variante, l'instrument peut être propulsé par le liquidé jusqu'au bas du train de tiges. L'orientation de l'instrument par rapport à la tige de forage est obtenue au moyen d*un sabot situé h 30 l'extrémité inférieure de la tige. Ce sabot est un dispositif qui capture l'instrument, à la partie inférieure de la tige, et l'oriente dans une direction radiale particulière, par rapport a un point prédéterminé sur la tige. Par exemple, la tige normalement utilisée dans un forage directionnel comporte, à son eKtrêmicé m 35 fîrieure, an embout dévie, qui ferras un angle avec oetfce extremi-A vt per.net ainsi une déviation angulaire du trépan » Le ssoofc normalement orienté par rapport à 1*embout dévié. Il orienta à son tour l'instrument qui se trouve dans la partie inférieure de la tige de forage. Cette série d'actions assure une corrélation entre 40 la direction du trépan et celle de l'instrument. On met, ensuite, en 8*° Original 71 39317 2 2112441 service l'instrument, de façon à effectuer un enregistrement, en général avec un système de temporisation, puis on ramène l'instrument à la surface au moyen d'un câble. L'ensemble de ce processus est long et coûteux, en particulier pour les travaux en mer où le 5 prix du forage est très supérieur à celui du forage terrestre et où la réduction des temps d'interruption du forage est donc très appréciée. La présente invention apporte un procédé et un dispositif nouveaux, pour la détermination de l'orientation d'un trépan, et 1C l'indication immédiate de cette orientation à la surface, sans qu' il soit nécessaire de sortir le trépan du forage. Le dispositif suivant 1*invention comprend un instrument qui situe une position prédéterminée dans le forage, par «xemple le côté bas du puits. L'instrument est lui-même orienté par rapport 15 au trépan. Lés indications de la position prédéterminée dans le forage, fournies par l'instrument, sont transmises à la surface «t représentent la position angulaire particulière du trépan par rapport à ladite position prédéterminée, à l'instant considéré. A la surface, un indicateur fournit un affichage visuel de l'angle de 20 rotation du trépan, vers la droite ou la gauche de la position prédéterminée dans le forage. Ce procédé permet de ne pas interrompre le forage, l'instrument étant placé dans la tige de forage, de-sorte qu'on peut effectuer une lecture continue pendant le travail du trépan. 2 5 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la des cription de sa forme de réalisation, non limitative, représentée sur les dessins annexés. Fig. 1 représente un dispositif, situé à la surface du sol, pour le passage d'un câble conducteur à travers l'extrémité 30 supérieure d'une tête de rotation et d'une tige de forage, de façon h permettre sa mise en place en cours de forage. Fig. 2 représente l'extrémité inférieure dç4a tige de forage, qui comporte un embout de trépan tournant et un moteur à boue,ainsi qu'un aopareil qui reçoit et positionne l'instrument d' 3^ orientation dans la partie inférieure de la tige de forage. Figs 3A et 3B sont des vues schématiques de l'instrument d'orientation. Fig. 4 est une coupe partielle montrant certains détails d'une partie de l'instrument d'orientation. Fig. 5 est une coupe, à plus petite échelle, des autres bad original 71 39317 3 2112441 parties de l'instrument, qui s'assemblent avec la partie représentée sur la figure 4. Fig. 6 est une vue de face de l'appareil, situé à la surface, qui fournit des indications visuelles des paramètres me-5 surés par l'instrument dans le foragé. Fig. 7 est une vue de côté de l'appareil de la figure 6, montrant le mécanisme indicateur. Fig. 8 est un schéma de principe d'un circuit électrique pour la transmission à la surface de l'information d'orientation 10 détectée dans le forage. Fig. 9 est un schéma de principe d'un circuit électrique qui reçoit l'information à ia surface et fournit des signaux à 1'équipement de lecture. Fig. 9A est un schéma qui représente les impulsions en 15 différents points du circuit de la figure 9, et Fig. 10 est un schéma d'un circuit de désynchronisation utilisé avec l'équipement de surface des figures 6 et 7. On voit, sur la figure 1, une partie d'un appareil de forage, située au-dessus du plancher de la plateforme et comprenant 20 une tige d'entraînement 12 suspendue à une tête de rotation 13 raccordée à une conduite de boue 14. Une anse 16 maintient en place l'extrémité supérieure du raccord tournant. Une tubulure 17 relie ce raccord à la conduite de boue. Le raccord 13 comporte à sa partie supérieure un bossage 18 de passage de câble, qui est ta-25 raudé de manière à recevoir par vissage à sa partie haute une pièce d'étanchéité 19o Des dispositifs de ce type existent chez les fournisseurs de matériel de forage et ils peuvent supporter, de façon étanche, la pression à la tête du puits pendant les opérations à travers la tige de forage. De manière générale, ces dispositifs d1 30 étanchéité comprennent une garniture ou bourrage ( non représenté) actionné hydrauliquement à l'intérieur de la pièce. Ce bourrage est actionné par application d'une pression dans l'appareil, au moyen d'une conduite extérieure 21 qui est reliée à une pompe h graisse ou autre système (non représenté), capable d'envoyer de la graisse 35 sous pression à l'intérieur du dispositif d'étanchéité. Une pièce supérieure de blocage 22 est montée à l'extrémité supérieure du dispositif et elle peut tourner autour de cette extrémité, par 1* intermédiaire de paliers^u de portées, entre un anneau 23 d'adaptation et l'extrémité supérieure du dispositif d'étanchéité. Une pou-40 lie 24, située au-dessus de la pièce de blocage 22, permet le passa 71 39317 2112441 ge d'un câble conducteur 26 à 1*intérieur du dispositif 19. Ce câble est maintenu sur un tambour à moteur, non représenté, qui permet son déroulement et sa récupération, en fonctionnement. Pour les besoins de la présente invention, le câble est à conducteur 5 unique, avec gaine armée, de construction semblable aux câbles d' enregistrement de puits. La figure 2 représente l'extrémité inférieure d'une tige&aitresse de forage, comportant un collier 27 non magnétique et un embout 28 d'orientation de sabot. Un embout dévié 29, un 10 moteur à boue 31 et un trépan rotatif 32 sont disposés au-dessous de l'embout 28. Un instrument d'orientation 33 est placé à l'intérieur de l'alésage du collier 27 et il est raccordé à sa partie supérieure au câble conducteur 26 aboutissant à la surface. L* instrument 33 fournit ainsi, comme décrit plus loin, des indica— 15 tions à un équipement situé au sommet du puits. Un manchon de sabot 34 est placé à l'intérieur de l'embout 28 et il orienté de façon prédéterminée. Le manchon 34 est maintenu dans cette orientation au moyen d'une vis 36, ou d'un système analogue, qui traverse la paroi de l'embout 28. Le manchon 34 comporte une clavette 20 37, disposée dans sa paroi et dirigée vers l'intérieur de l'alésage. Le manchon et sa clavette sont normalement orientés par rapport a l'embout dévié, et donc par rapport au trépan, dont la direction d'inclinaison est fixée par ledit embout. Cet alignement prédéterminé de la clavette de sabot par rapport à l'embout est pratique 25 pour déterminer l'orientation du trépan au moyen des indications de direction d'instrument, en surface, et pour décider des corrections de direction de trépan. On peut utiliser toutefois d'autres techniques et paramètres d'orientation. Le manchon 34 présente des rainures longitudinales qui permettent la circulation de la 30 boue à travers le manchon, lorsqu'un train de tiges est en place dans celui-ci. Les figures 3A et 3B représentent l'instrument d'orientation 33, qui comporte à son extrémité supérieure un raccord 38, pour la liaison de l'instrument avec le câble conducteur 26. Un sa-35 bot 39, fixé à l'extrémité inférieure de l'appareil, porte un arbre de sortie 41 guidé, par son extrémité chanfreinée 42, dans le manchon 34. Un épaulement biseauté 43 s'enroule en hélice autour des côtés opposés de la partie saillante, de façon à se rejoindre sur une arête 440 Du côté opposé, les épaulements 43 se raccordent 40 pour former une rainure longitudinale 46. Celle-ci a une dimension 71 39317 5 2112441 qui lui permet de recevoir la clavette 37 du manchon 34, dirigée vers l'intérieur, lorsque l'instrument est placé dans la tige de forage. On voit, sur la figure 3B, qu'un trou 47 est percé, vers l'axe de l'instrument, au fond de la rainure 46. Le trou 47 peut 5 recevoir un dispositif 48 de niveau, qui porte un doigt pénétrant dans le trou 47. L'instrument d'orientation comprend également un dispositif de réglage de sabot qui permet la rotation de la partie 39 par rapport au corps d'instrument 33. Ce dispositif comporte des 10 surfaces correspondantes, entre le sabot 39 et le corps 33, qui permettent la rotation relative de ces parties, et un collier de blocage 49, pour maintenir les dites parties en position angulaire relative fixe. Le corps d'instrument 33 contient un pendule, dans la partie 51 décrite plus loin en détail? pour la détermina-15 tion du côté bas du forage au moyen d'éléments sensibles à la pesanteur. Des lampes et des cellules photoélectriques de scrutation sont logées dans une partie 52 de l'instrument, près du pendule, et fournissent une indication électrique de l'orientation de l'instrument, pour transmission à la surface. Un bloc électro— 20 nique 53, pour le codage des signaux électriques à transmettre à la surface, est inclus dans l'instrument. La figure 4 représente en détail la partie 51, contenant le pendule. Cet assemblage comprend un boîtier cylindrique extérieur 56, dont une extrémité 57 est filetée pour permettre le mon-25 tage de l'élément 51 dans la colonne d'instrument 33„ Un joint torique d'étanchéité 58 est logé dans une gorge, autour de l'extrémité inférieure du boîtier, et forme un joint étanche au fluide, entre le boîtier et l'alésage intérieur de l'instrumente Un bloc inférieur 61 est placé à l'intérieur de l'extrémité inférieure du 30 boîtier 56 et un bloc supérieur 62 est placé dansl*extrémité supérieure. Des trous verticaux 63, percés à travers le bloc 62, permettent le passage de fluide entre la face supérieure du bloc 62 et l'alésage intérieur du boîtier délimité par les blocs 61f 62. Le pendule comprend un noyau axial 64 en métal léger. Un corps cy-35 lindrique 66 entoure ce noyau. Ce corps est en matière plastique de faible densité et il peut flotter dans un fluide remplissant le boîtier. Le fluide de remplissage a une viscosité suffisante pour amortir le mouvement du pendule. D'un côté du noyau 64, le corps plastique 66 est coupé, sur une partie substantielle de sa Ion— 40 gueur, et une tige 67 en acier est placée entre les parties espa 71 39317 6 2112441 cées ainsi obtenues. Des axes supérieur et inférieur, 68, 69, sont emmanchés à la presse dans les extrémités du noyau axial. Ces axes portent des roulements à billes, 73 et 71 respectivement. Le palier inférieur 71 est placé dans un logement du bloc inférieur 61, où 5 il est maintenu par un anneau élastique 72. Le palier supérieur 73 est monté dans un alésage 74 du bloc supérieur 62, où il est également maintenu par un anneau élastique 76. L'axe supérieur 68 se prolonge vere le haut, à travers le bloc 62, et porte une coupelle 77 fixée par une vis de pression 78. La coupelle77 a une 10 paroi périphérique mince 79 qui définit le périmètre extérieur d'une chambre creuse 81. Une fente 82 est découpée dans la paroi 79 de la coupelle, parallèlement à l'axe longitudinal de l'arbre 68. La figure 5 représente en détail l'élément de scrutation 15 52. Cet élément comprend un boîtier extérieur 83, taraudé à une extrémité 80 pour recevoir l'extrémité filetée 57 de l'élément de pendule 51. Il y a lieu de noter que la figure 5 est à une échelle plus petite que la figure 4. La coupelle 77 du pendule est représentée, sur la figure 5, dans sa position de coopération avec l'é-20 lément de scrutation. L'assemblage de détection et scrutation, dar* la partie 52, comprend le boîtier extérieur 83, qui contient, près de son extrémité supérieure, un moteur synchrone 84. Un arbre de sortie 86 du moteur est accouplé, par un manchon à mâchoires 87, avec un arbre d'entrée 88 d'un réducteur de vitesse 89. Un arbre 25 de sortie 91 de ce réducteur est accouplé de même avec l'extrémité supérieure d'un arbre 92 de scrutateur, autour duquel est fixé un palier à billes 93. Ce palier est monté dans un bloc 94 disposé dans l'extrémité inférieure du boîtier 83. Le palier 93 est maintenu dans le bloc par des anneaux de retenue, supérieur et infé— 30 rieur. Un boîtier 96 de lampe et de cellule photoélectrique est fixé à l'extrémité inférieure de l'arbre 92. Ce boîtier présente un logement annulaire 97, à la base de sa partie centrale, qui peut recevoir la coupelle 77 située à la partie haute de l'élément de pendule. Un bloc cylindrique 98, formé au centre du logement 35 97, comporte un trou latéral 99 pour le logement d'un dispositif 101 sensible à la lumière, une cellule photoélectrique par exemple. Des passages appropriés, dans le bloc, communiquent avec un alésage longitudinal 102 de l'arbre 92. Les passages et l'alésage permettent l'amenée de conducteurs aux dispositifs électriques dans 40 le boîtier 96. Celui-ci comporte également ma logement cylindrique BAD ORIGINAL 71 39317 7 2112441 103, orienté vers le haut à partir de sa surface inférieure > près de sa périphérie, pour le logement d'une source lumineuse 104, une lampe par exemple. Une fente 106 est formée dans la paroi du logement cylindrique 103, et constitue une ouverture mince entre 5 la lampe et le logement annulaire 97. La fente est située à l'opposé du trou latéral 99 du bloc 98, qui communique également avec le logement annulaire 97. Une autre fente 107 est formée dans le dessus du logement cylindrique 103, et correspond en position radiale sur le boîtier 96 avec la fente 106 de la paroi intérieure du 10 logement 103, de sorte que la fente 107 se trouve sur le même rayon que la fente 106. Un trou longitudinal 108 traverse l$/bloc 94 et reçoit à son extrémité inférieure un deuxième dispositif 95, sensible à la lumière, une cellule photoélectrique par exemple. L'extrémité in-15 férieure du trou 108 comporte un bouchon 109 avec une fente 111 disposée radialement vers l'axe principal du boîtier 96. Le photodétecteur 95 situé dans le trou longitudinal 108 est appelé, dans ce qui suit, détecteur de référence de boîtier. Une série d'anneaux collecteurs 112 est fixée autour de 20 l'arbre 92, au moyen de colliers supérieur et inférieur 113, 114, disposés au-dessus et au-dessous des anneaux collecteurs. Le collier supérieur est maintenu sur l'arbre par une vis de pression 115. Les bagues collectrices sont isolées des parties métalliques de l'arbre. Des fentes 116 sont formées dans la paroi de l'arbre 25 creux 92, pour permettre le passage de conducteurs isolés, des bagues à la cellule 101 et à la lampe 104 situées dans le boîtier 96 à l'extrémité inférieure de l'arbre. L'énergie électrique est amenée au dispositif de scrutation, comprenant le moteur synchrone 84, par l'intermédiaire d'un connecteur 118 prévu à l'extrémité 30 supérieure du boîtier 83. Une tête de jonction 119, à l'extrémité supérieure de ce boîtier, est fixée à un cible armé 26 à conducteur unique» Les conducteurs et le câble sont raccordés à la tête 119, de façon connue, pour assurer une liaison électrique entre eux et aussi pour permettre la suspension du boîtier de l'instru-35 ment à la partie armée du cable . Le moteur synchrone 84 placé à l'intérieur du boîtier 83 fonctionne à une vitesse de 12 000 t/mn, sur un signal de puissance de 400 hertzo Le réducteur de vitesse 89 a un rapport de 100 à 1, de sorte que l'arbre 91 du sortie, qui est accouplé à l'arbre 40 92 du scrutateur comprenant la cellule 101 et la lampe 104, tourne 71 39317 8 2112441 à 2 t/s. L'alésage intérieur du boîtier 83, au-dessous du moteur 84, est rempli avec un fluide qui non seulement lubrifie les parties mobiles, paliers par exemple, mais assure également un amortis-5 sement, comme décrit plus loin, en ce qui concerne le pendule fixé à l'extrémité inférieure du boîtier 83. On voit, sur la figure 4, que les trous 63 du bloc supérieur 62 de l'assemblage de pendule permettent au fluide du boîtier 83 de communiquer avec l'alésage intérieur du boîtier 56 du 10 pendule. De préférence, le fluide ne monte pas au-dessus de l'accouplement 87 entre le moteur et le réducteur de vitesse, de manière à ne pas noyer le moteur synchrone. On se reporte maintenant aux figures 6 et 7, qui représentent l'équipement de surface pour l'affichage de l'information 15 provenant des éléments de pendule et de scrutation. L*appareil de lecture comprend une base 121, dont l'intérieur creux reçoit les composants du système. Un panneau avant 123 présente une ouverture circulaire recouverte d'une plaque 124, en verre ou plastique translucide. Une échelle à graduations radiales est tracée sur la plaque 20 124, par sérigraphie ou autre procédé. L'échelle est circulaire et graduée, par des divisions radiales, de 0 à 180, vers la droite et vers la gauche. Des interrupteurs électriques a basculeur sont montés sur le panneau avant et servent à la commande de l'appareil d'enregistrement, comme décrit plus loin. Un panneau arrière 25 126, dirigé vers le haut, à partir du socle 121, porte un premier support 127, orienté vers l'arrière du panneau 126, Le support 127 présente un trou pour la réception d'un dispositif lumineux stroboscopique 128 comportant une lampe stroboscopique 131. Des conducteurs électriques 129 relient le dispositif 128 à un géné-30 rateur stroboscopique 132 monté à l'intérieur 122 de l'appareil. Le générateur et la lampe peuvent être du type couramment utilisé en photographie. Une ouverture est prévue au centre de la plaque arrière pour recevoir un palier 133, qui supporte de façon tournante une extrémité d'une tige de lucite, traversant l'ouverture. 35 La tige 134 est disposée entre les panneaux avant et arrière 126, 123, respectivement et elle est incurvée sur sa longueur, de façon à ce que son extrémité 135 non supportée, adjacente au panneau avant 123, soit à proximité de l'échelle sur la plaque 124. Autrement dit, le chemin circulaire parcouru par l'extrémité 135 de la 40 tige, lorsqu'elle tourne, coïncide sensiblement avec l'échelle cir 71 39317 9 2112441 culaire sur la plaque 124. Une roue dentée 136 est montée sur la tige 134, près de son extrémité supportée, cette roue étant bloquée en rotation sur la tige par une vis de pression ou autre système . 5 Sur la face intérieure du panneau arrière 126, vers son bord inférieur,est monté un support 137, en forme de L, pour la fixation d'un moteur synchrone 138. Ce moteur est actionné par la même source d'énergie qui alimente le moteur synchrone 84 de l'instrument de fond, déjà décrit. Une autre roue dentée 139 est 10 montée sur un arbre de sortie entraîné par le moteur synchrone 138. La roue 139 est alignée latéralement avec la roue 136 aontée sur la tige 134. Une courroie 142 à entraînement positif passe autour des roues, de façon à entraîner la tige 134 en réponse à la rotation de l'arbre du mcteur synchrone. La courroie possède des 15 empreintes qui coopèrent avec les dentures des roues, de manière à obtenir un mouvement positif, sans glissement d'une poulie par rapport à l'autre. L'extrémité supportée de la tige 134 est alignée avec l'axe de la plaque gravée 124 représentée sur la figure 6. L'autre extrémité 135 de la tige 134 présente une partie apla-20 tie, alignée axialement avec les graduations du bord extérieur de l'échelle. Sur la figure 8, qui représente un schéma de principe du système électrique de fond, on voit que ce système comprend un circuit de temps 144 qui engendre deux groupes de signaux en reia-25 tion de phase différente par rapport au signal de courant alternatif qui alimente le circuit. Une sortie 146 du circuit 144 est une impulsion de 50 microsecondes, qui est émise à 90° par rapport au signal alternatif de 400 hz qui est envoyé par le câble monoconducteur à l'équipement de fond. L'autre sortie 147 est une impulsion 3D qui se produit à 90° de la demi-période négative du signal alternatif . Ces deux signaux de temps sont envoyés sur le signal de puissance, à intervalles appropriés, comme décrit plus loin. Pendant le fonctionnement du circuit de la figure 8 relatif au dispositif détecteur de la figure 5, la lumière émise par la 35 lampe 104 frappe la cellule 95 de référence de boîtier, qui engendre un signal à l'intérieur de l'instrument. Dans la suite de la description, la cellule 95 sera appelée "cellule côté ha-jfo Ce signal est amplifié par un circuit amplificateur 148, puis envoyé à un relais 149 comprenant une série de multivibrateurs monostables. 40 Ce relais inverse le signal et augmente la largeur de l'impulsion, ï 71 39317 10 2112441 pour qu'elle soit égale à la période du signal de puissance. Les signaux sortant du relais 149 sont envoyés à une porte 151 côté haut ET, ce qui la rend conductrice et permet le passage des impulsions de temps 146 situées à +90° du signal de puissance» Ce 5 signal de temps, à la sortie de la porte 151, arrive dans un circuit 152 d'insertion d'information, où il fait passer un semi-conducteur à l'état conducteur. Le collecteur de ce semi-conducteur est relié à la ligne d'alimentation, à travers un condensateur. Quand le semi-conducteur arrive à saturation, il émet un pic ou 10 impulsion sur le signal d'alimentation à l'instant où il se sature, c'est-à-dire dans l'exemple ci-dessus, à +90° du signal d'alimentation. Dans le circuit décrit ci-dessus, puisque la cellule photoélectrique émet un signal qui, après passage dans le relais 149, a été étiré jusqu*à égaler la période du signal d'alimentation, quel 15 que soit l'instant d'émission du signal de cellule par rapport à la période du signal d'alimentation il y aura toujours une impulsion de temps 146 envoyée sur la ligne de puissance, à 90° de la demi-période positive du signal d'alimentation. Il n'y a donc pas à se soucier de la relation de temps entre le signal de cellule et le 20 signal d'alimentation. L'autre partie du système de détection ou scrutation comprend la cellule photoélectrique 101 de face d'instrument, qui est montée dans le boîtier 96, sur l'extrémité inférieure de 1* arbre 92. La cellule 101 est excitée lorsque la fente 82 de la 25 coupelle 77 du pendule passe entre la lampe 104 et la cellule 101. Quand cela se produit, un signal est envoyé à un amplificateur 153, qui l'amplifie et l'envoie à un relais 154, composé également d'une série de multivibrateurs monostables. Ce relais étire le signal de cellule en une impulsion égale à la période du signal d* 30 alimentation. Le signal sortant du relais 154 arrive à une porte 156 ET de face d'instrument, et actionne cette porte pour permettre le passage du signal de temps 147 également envoyé à l'entrée de la porte 156» Ce signal 147 est une impulsion qui se situe à 90° de la demi-période négative du signal d'alimentation. Ainsi, lors-35 que la porte 156 ET s'ouvre, elle laisse passer une impulsion de temps 147 quel que soit l'instant où le signal de cellule est émis, par rapport au signal d'alimentation. Cette impulsion 147, sortant de la porte 156, est envoyée à un circuit 15 7 d'insertion d'information, qui introduit ladite impulsion sur le signal d'alimentation, 40 de la même façon que dans le cas du circuit d'insertion d'informa 71 39317 n 2112441 tion côté haut. Dans le système décrit ci-dessus, les signaux engendrés par le dispositif de scrutation dans l'instrument de fond sont superposés au signal de puissance, ou d'alimentation, de sorte que 5 les signaux envoyés à la surface, à 90° de la demi-période positive du signal d'alimentation, se rapportent à l'excitation de la cellule photoélectrique côté haut. Les signaux envoyés à la surface à 90° de la demi-période négative, correspondant à la cellule de face d'instrument. Ces signaux sont utilisés, comme indiqué plus loin, 10 pour actionner l'appareil indicateur en surface. A la surface, le signal composite A (figure 9), qui a été obtenu par la superposition des signaux sur la ligne d'alimentation, est traité à travers un système qui comprend un circuit 161 de rejet d'onde sinusoïdale. Les signaux sont schématisés sur la 15 figure 9, avec 1'indicatiooÛe leur situation dans le circuit, et sur la figure 9A avec leur relation de temps. Le circuit 161 rejette la composante à 400 hertz de l'onde sinusoïdale et fournit des impulsions d'information, comme représenté en B sur la figure 9. Ces impulsions sont en synchronisme avec les positions +90° et 20 -90° du signal d'onde sinusoïdale, où les informations ont été introduites par le circuit de l'instrument de fond. On retrouve ainsi les impulsions de côté haut, à la position +90°, et les impulsions de face d'instrument, a la position -90° du signal d'alimentation. Cette combinaison d'impulsions d'information est ensuite envoyée à 25 un circuit de comparaison 162, qui comprend une base de temps et une porte ET pour chaque phase d'information, et elle est également envoyée à un commutateur 163, à trois positions, par une ligne 166. Le circuit comparateur sépare les impulsions de côté haut et les impulsions de face, par comparaison des impulsions et de la pério-30 de du signal d'alimentation. Les impulsions qui se produisent à 90° de la demi-période positive de ce signal sont séparées de celles qui ont lieu à 90° de la demi-période négative, et elles sont envoyées sur des lignes distinctes. Ces impulsions séparées sortent du circuit 162 sous la forme représentée par les lignes C et D de 3 5 la figure 9A, et elles sont envoyées au commutateur 163 par des lignes 167 et 164, respectivement» L'équipement indicatèur de la figure 6 réagit aux signaux reçus du circuit de la figure 9, de la façon suivante. Un ou plusieurs des signaux B, C ou D sont envoyés au générateur strobos-40 copique 132, selon la position du commutateur 163, Lorsque ce der 71 39317 12 2112441 nier est dans la position D, le générateur est excité seulement lorsque le signal de la cellule correspondante de l'équipement de fond apparaît sur la ligne. Dans la position B, le générateur est activé par les deux cellules, de sorte que les deux signaux 5 de face et de côté haut sont affichés. Lorsque le générateur fonctionne, il allume momentanément la lampe 131 du dispositif 128. La lumière émise par cette lampe est dirigée sur l'extrémité de la tige 134, adjacente à la lampe. La tige 134, en matière conductrice de la lumière, conduit celle-ci jusqu'à son autre extrémité 135, 10 adjacente à la plaque 124. L'extrémité 135 de la tige est disposée de manière que la lumière qui en émane sous forme d'ur>£aisceau soit en face de l'échelle gravée à la périphérie de la plaque 124. Comme cette plaque est translucide, le faisceau lumineux apparaît en superposition sur l'échelle. La lampe stroboscopique 131 ne fonc-15 tionne pas continuellement, mais seulëment lorsque les signaux d'information provenant de l'équipement de fond sont présents. Ainsi, la lumière apparaissant sur l'échelle est intermittente et coïncide avec les signaux d'information. La tige 134, par où arrive la lumière, est entraînée en rotation par le moteur synchrone 138 20 de 1*indicateur, alimenté par la même source que le moteur 84 du système de scrutation et comportant un réducteur de vitesse équivalent. Par conséquent, la tige 134 effectue une révolution autour de l'échelle, pour chaque tour de l'arbre 92 de l'équipement de fond. Ainsi, si une corrélation est faite à la surface, entre la 25 position du rayon lumineux sur l'échelle de l'indicateur et un repère connu sur l'instrument, une corrélation semblable existe lorsque l'instrument est au fond et l'orientation de ce repère connu peut être suivie à la surface. On indique ci-après comment cette corrélation peut être obtenue. 30 La relation entre le système de détection de fond et 1* indicateur de surface est la suivante. Dans l'instrument de fond représenté sur les figures 4 et 5, la tige pesante 67 du pendule 51 recherche le côté bas du puits. Le pendule peut constamment tourner librement dans son boîtier. La coupelle 77 qui est rendue 35 solidaire du pendule par l'arbre 68 est libre de tourner avec lui. Lorsque la coupelle 77 tourne, la fente 82 de sa paroi 79 permet le passage de la lumière. Par conséquent, comme on le voit sur la figure 5, lorsque l'arbre de scrutation 92 tourne, la lampe 104 et la cellule photoélectrique 101, qui tournent avec cet arbre, pas-40 sent périodiquement devant la fente 82 de la coupelle 77. Comme la 71 39317 2112441 lampe et la cellule sont alignées, en opposition, la cellule 101 est excitée par la lampe 104 et émet un signal lorsque la fente 92 passe entre elles. Comme indiqué à propos des figures 8 et 9, ce signal est superposé au signal d'alimentation et envoyé à l'équi-5 pement indicateur, en surface. De la même façon, un signal de référence est engendré par la rotation de l'arbre 92 lorsque le trou 107 du boîtier 96 permat le passage périodique de la lumière de la lampe 104 vers la cellule 95 de référence ou de côté haut. Cela engendre également un 10 signal périodique à chaque révolution de l'arbre 92. Ainsi, à chaque tour de cet arbre, un signal est engendré par chacune des cellules photoélectriques et envoyé à l'équipement indicateur, à la surface. La figure 10 représente un circuit de désynchzonisation 15 du moteur synchrone 138 de l'indicateur de surface. Ce circuit comprend un oscillateur variable 171 et un déclencheur 172, qui sont utilisés pour la commande d'un dispositif d'alimentation 173, un triac par exemple. Le dispositif d'alimentation, un commutateur bidirectionnel à courant alternatif, commande l'application d'un 20 courant alternatif au moteur synchrone 138. L'oscillateur 171 est alimenté par une tension continue, qui traverse elle-même des résistances haute et basse 175, 177 respectivement, pour commander la sortie de fréquence de 1'oscillateuro Celui-ci est un transistor unijonction qui est ouvert jusqu'à ce qu'une tension de coupure 25 soit atteinte, à la suite de quoi il se déclenche et décharge un condensateur 174. Celui-ci envoie à son tour une impulsion au dis^ positif déclencheur 172, qui est un transistor NPN„ Lorsque l'oscillateur 171 n'envoie pas de tension au déclencheur 172, la tension de la ligne en courant continu traverse le transistor, de 30 sorte qu'une tension constante est appliquée au dispositif d'alimentation 173 et le maintient en position de travailo Si une tension positive est appliquée par l'oscillateur 171 au déclencheur 172, celui-ci devient conducteur, il met le dispositif à la terre et supprime ainsi la tension de sortie au triac 173. Le dispositif 35 devient inactif, et la tension alternative n'est plus envoyée au moteur synchrone 138. Ce circuit permet donc de réduire à volonté la vitesse d'un moteur synchrone, au moyen d'un oscillateur variable qui commande un déclencheur, qui à son tour ouvre ou ferme un dispositif d'alimentation, du type triac par exemple. 40 Dans le fonctionnement du circuit décrit ci-dessus, si 71 39317 2112441 l'oscillateur est en position inactive, le déclencheur fournit une tension constante au triac et le maintient en position àntive î par suite, le moteur tourne à vitesse synchrone. Si l'oscillateur 171 est excité, chaque impulsion qui apparaît momentanément à la 5 sortie de l'oscillateur coupe le déclencheur 172. Chaque fois que le triac passe en position de repos, le moteur ralentit. La fréquence à laquelle se produit cette coupure est proportionnelle à la fréquence de l'oscillateur. Plus cette fréquence est élevée, et plus on envoie d'impulsions au déclencheur. Par suite, plus le 10 ralentissement du moteur est important. On-voit, sur la figure 10, que des moyens, comprenant deux circuits résistants, sont prévus pour l'envoi d'une tension variable à l'oscillateur, de manière à faire varier sa fréquence de sortie. Cette alimentation à tension variable comprend simplement deux lignes sur lesquelles sont incor-15 porées des résistances de valeurs différentes, pour régler la tension. Bien entendu, on peut facilement employer un dispositif capable de donner une variation continue de la résistance et par suite une fréquence variable de sortie de l'oscillateur. La méthode d'utilisation de l'instrument d'orientation 20 décrit plus haut est la suivante. A la surface, avant d'introduire l'ensemble 33 de l'instrument dans la tige de forage, le niveau 48 (figure 3) est fixé dans le trou 47 de la rainure 46 du sabot 39. Le côté haut de la rainure est ensuite mis de niveau, c'est—à-dire en position horizontale par rapport à la surface terrestre. Cela 25 peut également être obtenu par introduction d'une tige dans le trou 47 de la rainure, et visée de façon à aligner cette tige avec la verticale. Ensuite, on met en service l'indicateur de surface des figures 6 et 7 et on appuie sur le bouton "côté haut", de façon à fermer un circuit qui fournit une indication du côté haut de 1' 30 instrument. Cette indication est constituée par un éclair lumineux qui correspond à l'excitation de la cellule 95 de référence de boîtier. Cette lumière apparaît en un point de l'échelle, sur la plaque 124 de l'indicateur. Comme l'instrument n'est pas déplacé pendant cette opération d'étalonnage, le rayon lumineux apparaît pério-35 diquement, toujours au même point de l'échelle. L'apparition du point lumineux coïncide avec le mouvement du boîtier 96 devant la lampe 104, qui envoie sa lumière sur la cellule 95. Puisque le faisceau lumineux se déplace en synchronisme avec le système de scrutation, la position du faisceau lumineux qui se produit après ferme-40 ture de l'interrupteur côté haut correspond toujours à la position 71 39317 15 2112441 de la cellule 95, qui est fixe par rapport au boîtier d'instrument. Ainsi, lorsque le boîtier est aligné avec la verticale et que 1* interrupteur côté haut est fermé, la position du point lumineux à cet instant sur l'échelle est représentatif du boîtier d'instru-5 ment dans cette orientation particulière. L'opérateur actionne ensuite, sur l'indicateur, un interrupteur appelé "Réglage de zéro côté haut", qui excite le circuit, décrit à propos de la figure 10, de desynchronisation du moteur d'entraînement de la tige lumineuse de l'indicateur. Cette 10 desynchronisation du moteur provoque son ralentissement momentané et l'éclair lumineux se déplace donc par rapport à l'échelle, puisque le moteur 138 ne fonctionne plus en synchronisme avec le moteur 84 du boîtier d'instrument. Lorsque le point lumineux s*est déplacé jusqu'à atteindre la position o sur l'échelle, on relâche l'in-15 terrupteur, de sorte que l'éclair lumineux apparaît ensuite toujours à ce même point de l'échelle. Ce point o étant seulement un repère, on peut bien entendu amener l'éclair lumineux à toute position sur l'échelle, si on le désire. Toutefois, pour simplifier et réduire les erreurs dans l'utilisation du système, il est géné-20 ralement préférable d'amener le point lumineux à la position o, qui correspond alors à l'orientation vers le haut, par rapport à la surface terrestre, de la rainure 46 de l'instrument. Après avoir amené à cette position le signal lumineux "côté haut", l'opérateur éteint ce signal puis manoeuvre l'interrupteur sur la position 25 "Face d'outil seulement". Comme précédemment, un éclair lumineux apparaît sur l'échelle à une position qui dépend de celle du pendule dans l'instrument. L'opérateur desserre le collier de blocage 49 sur le corps de l'instrument et tourne la partie supérieure du corps, contenant le pendule et le dispositif de scrutation. La 30 partie inférieure, portant le niveau, est maintenue dans sa position initiale, c'est-à-dire avec le niveau, ou la tige, indiquant le haut. On continue à tourner la partie supérieure de l'instrument jusqu'à ce que le point lumineux "face d'outil seulement* apparaisse à la position o de l'échelle. Lorsque cette mise à zéro, ou à 35 une autre position de référence, est terminée, on bloque à nouveau ensemble les différentes parties de l'instrument, par serrage du collier 49. On place alors l'interrupteur, sur la position "Face et côté haut", et les deux éclairs lumineux se produisent simultanément, au même point de référence sur l'échelle. Le système est 40 ainsi étalonné et prêt à être descendu dans la tige de forage. 71 39317 16 2112441 Pour descendre l'instrument dans le puits, on passe le câble conducteur 26 sur la poulie 24, à travers la garniture d' étanchéité et le bossage d'entrée en haut de la tête de rotation, puis à travers la tige d'entraînement. Lorsque le câble sort à 1' 5 extrémité inférieure de cette dernière, on le raccorde à l'instrument, par le raccord 38 et on introduit l'ensemble dans la tige de forage, qui est maintenue suspendue par des coins à la table de rotation. La tige carrée est alors accouplée avec le haut de la tige de forage et, au moyen d'une bobine prévue en surface, le ci-10 ble est déroulé au fur et à mesure de la descente de 1'instrument dans le forage. Lorsque l'instrument atteint l'extrémité inférieure de la colonne, l'axe 41, dirigé vers le bas, à l'extrémité du sabot, vient se loger dans la rainure 46 de façon à s'aligner avec la clavette 37 qui se projette vers l'intérieur à partir du man-15 chon 34. La clavette 37 a elle-même été alignée avec une partie du trépan, et de préférence avec la partie déviée, de sorte que l'on sait que la clavette est orientée dans la même direction que le trépan. Comme on a réglé le point lumineux côté haut pour qu'il se produise au point o sur 1'indicateur lorsque la rainure 46 est 20 vers le haut, la lecture qu'on fait maintenant sur l'indicateur représente la direction dans laquelle sont pointés l'élément inférieur dévié et le trépan, comme représenté sur la figure 2. Après immobilisation de l'instrument au fond, on ferme l'interrupteur "côté haut seulement" et on obtient sur le cadran 25 un signal lumineux correspondant aux signaux envoyés par la cellule côté haut. Si l'instrument était préétalonné, avant son amenée au lieu de forage, les deux moteurs ne seraient probablement plus en synchronisme. Par conséquent, lorsque l'instrument serait au fond, le signal de la cellule côté haut ne se produirait plus à la 30 même position, c'est-à-dire au repère 0 de l'échelle, que pendant l'opération d'étalonnage. Par conséquent, on utilise le bouton "réglage de zéro côté haut" pour désynchroniser le moteur synchrone 138 de l'indicateur de surface et décaler ainsi le point lumineux sur l'échelle jusqu'à ce qu'il arrive à la position o. Il faut bien 35 noter que le repère o est seulement utilisé comme référence pratique. On fait ensuite passer l'interrupteur de sa position "côté haut seulement" à sa position "Face et côté haut". On obtient alors deux éclairs lumineux, non simultanés, sur le cadran. Ces signaux donnent une différence angulaire sur l'échelle, qui représente la 40 différence de position entre la fente 111 du boîtier, à travers 71 39317 17 2112441 laquelle la lumière de la lampe 104 atteint la cellule côté haut 95, de la fente 82 de la coupelle 77 à l'extrémité supérieure du boîtier, à travers laquelle la lumière peut atteindre la cellule 101 de face d'instrument. Cela représente donc la différence an-5 gulaire entre la direction de pointage du trépan, qui résulte de sa fixation à l'embout dévié, et le côté haut du puits. En effet, le pendule a été réglé initialement de façon à ce que la fente 82 de la coupelle produise un signal, par la cellule 101 de face d' instrument, correspondant à la rainure 46 du sabot. Cette rainure 10 correspond elle-même dans le puits, à la direction de pointage de l'embout dévié et du trépan. Sur le cadran de l'indicateur, cette différence peut être mesurée en degrés, vers la droite ou la gauche, de pointage du trépan par rapport au côté haut du puits. L'opérateur sait de quelle façon il faut tourner le 15 trépan pour obtenir la direction désirée. Sur la base de cette information, il continue le forage, et procède périodiquement à des lectures sur l'indicateur de surface pour déterminer si les corrections qu'il effectue sur le mouvement du trépan donnent le résultat voulu. Les cannelures du manchon de sabot permettent au 20 fluide de forage de contourner l'instrument de détection lorsque celui-ci est en place dans la tige de forage. Par augmentation ou diminution du débit de fluide à travers le moteur hydraulique du trépan, l'opérateur peut faire tourner l'embout de trépan vers la droite ou la gauche et modifier ainsi l'allure du forage, s'il y 25 a lieu. Lorsqu'il faut ajouter un nouvel élément au train de tiges, l'opérateur diminue la circulation de boues, autant que possible, de façon à réduire la pression sur la garniture 19 à une valeur permettant le mouvement du câble à travers cette garniture. par rotation de la bobine en surface. On remonte ainsi l'instru-30 ment jusqu'à l'intérieur de la tige d'entraînement 12, on désaccou-ple cette dernière de la partie supérieure du train de tiges, et on intercale un nouvel élément, de façon connue. Puis on redescend l'instrument au fond de la colonne, on l'immobilise dans le sabot et l'opération de forage reprend. 35 II est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de la présente invention ; celle-ci n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite ci-dessus à titre d'exemple. 71 39317 18 2112441 REVENDICATIONS 1» Procédé d'orientation d'un appareil de forage, pendant son fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend : la mise en place d'un instrument de détection d'attitude dans l'appareil de forage j la détection continue de l'attitude angulaire d'une partie prédéterminée de l'appareil par rapport à un repère connu, dans le puits, pendant le forage ; la détermination, à partir de ces détections d'attitude, de la conformité de l'orientation de l'appareil avec la direction désirée ; et l'application de mesures de correction, sur l'appareil de forage, de façon à le faire tourner en position appropriée, si nécessaire, l'instrument détecteur d'attitude restant en place dans l'appareil de forage. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la détection du côté bas du forage, au moyen d'un dispositif à gravité comportant un pendule pour fournir la référence connue, dans/le puits. 3. Procédé suivant une des revendications 1 qû 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'envoi de signaux à la surface, pour fournir une lecture représentative de l'attitude angulaire de ladite partie prédéterminée de l'appareil de forage, par rapport à la référence au fond. 4. Procédé d'orientation d'un appareil au fond d'un forage, carac térisé en ce qu'il comprend : l'orientation d'un manchon et sa fixation dans ledit appareil ; l'introduction, dang4'appa-reil, d'un instrument détecteur comportant des surfaces qui s'associent avec des parties correspondantes du manchon pour assurer une position relative prédéterminée entre l'instrument et le manchon ; la détection, par des dispositifs contenus dans l'instrument, de la position angulaire de celui-ci par rapport au côté haut du forage; et l'envoi à la surface de signaux représentatifs de cette dite position angulaire. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend, à la surface, avant l'introduction de l'instrument détecteur dans l'appareil de forage, l'orientation de cet instrument par rapport à la pesanteur, de façon à ce que les signaux, émis par l'instrument au fond, représentent sa position par rapport au côté haut du forage. 6. Procédé suivant une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'envoi à la surface d'au moins deux signaux 71 39317 19 2112441 séparés, dont l'un est indicatif de la position relative entre l'instrument détecteur et l'appareil, et dont l'autre est indicatif d'un point sur l'appareil, ayant une relation connue avec le champ de pesanteur, les dits signaux pouvant faire lf objet, à la surface, d'un affichage visuel qui donne la correspondance entre la position relative, indiquée par ces signaux et les degrés d'angle. 7» Appareil d'orientation d'un organe de forage dans un puits, caractérisé en ce qu'il comprend : une tige de forage portant ledit organe ; un élément orienté dans la tige,ayant une position prédéterminée par rapport à l'organe de forage ; des moyens de détection d'attitude conçus de manière à prendre, dans la tige de forage, une position relative fixe, par rapport au dit élément orienté ; et des moyens d'envoi à la surface de signaux indicatifs d'un point prédéterminé dans le forage ayant une relation connue avec la pesanteur et indicatifs de l'attitude des moyens de détection par rapport au dit point prédéterminé dans le forage. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'envoi de signaux comprennent une pièce, qui cherche le point le plus bas dans le forage, et des moyens de détection de ce point le plus bas et d'un point fixe des moyens de détection d'attitude ayant une position relative prédéterminée par rapport à l'organe de forage, les signaux ainsi obtenus pouvant être transmis à la surface par un câble à conducteur unique. 9» Appareil suivant une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'équipement de surface comprend des moyens de projection des deux signaux sur une échelle circulaire, en relation de temps avec les instants d'émission de ces signaux. 10. Appareil d'orientation d'un dispositif dans un forage, caractérisé en ce qu'il comprend : un boîtier allongé, des moyens d'élaboration d'un signal, dans ce boîtier ; un pendule susceptible de tourner autour d'un axe longitudinal, dans le boîtier ; et des moyens, sur ledit pendule, pour l'excitation des moyens d'élaboration de signal. 11. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu*il comprend un conducteur unique, pour l'amenée d'un signal d* alimentation aux moyens d'élaboration de signal, et des moyens, sensibles à l'émission des signaux de position, pour 71 39317 20 2112441 la superposition d'une impulsion sur le signal d'alimentation, qui/peuvent comporter une porte actionnée par les moyens d1 élaboration des signaux et un dispositif de production d'une impulsion en relation de temps avec le signal d'alimentation, cette porte laissant passer, dans sa position active, l'impulsion de temps dans le signal d'alimentation.