Source: https://patents.google.com/patent/EP0456526A1/en
Timestamp: 2018-12-17 12:49:53+00:00
Document Index: 48973455

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EP0456526A1 - Apparatus and method for adjusting the azimut of the trajectory of a rotary drilling tool - Google Patents
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EP0456526A1
EP0456526A1 EP19910400524 EP91400524A EP0456526A1 EP 0456526 A1 EP0456526 A1 EP 0456526A1 EP 19910400524 EP19910400524 EP 19910400524 EP 91400524 A EP91400524 A EP 91400524A EP 0456526 A1 EP0456526 A1 EP 0456526A1
EP19910400524
EP0456526B1 (en )
The apparatus comprises a drill string having a first end by means of which the rotation is transmitted to the drill string and the axial force is transmitted to the tool (3) during the drilling and a second end to which the tool (3) is fixed. The apparatus comprises means of adjusting the azimuth of the trajectory of the drilling tool, constituted by a tubular body (10) comprising a radially protruding support blade (11) mounted in a rotary manner on the drill string (2) and a remotely manoeuvrable junction means allowing, in its active position, the drill string (2) and the tubular body (10) to be firmly connected together in rotation. In the inactive position of the junction means, the drill string (2) freely rotates inside the tubular body which is held stationary in the borehole by the support blade (11). The support blade (11) is placed in the borehole with an angular orientation allowing the adjustment of azimuth in the desired direction. <IMAGE>
L'invention concerne un dispositif de forage rotary comportant des moyens de réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage, ces moyens pouvant être commandés à distance. The invention relates to a rotary drilling device comprising azimuthal adjustment means of the trajectory of the drill bit, which means can be controlled remotely.
Dans les techniques actuelles du forage et en particulier du forage pétrolier, on connaît des procédés et des dispositifs permettant d'effectuer un certain réglage à distance de la trajectoire de l'outil de forage. In current techniques of drilling and in particular oil drilling, there are known methods and devices for performing a remote adjustment of the drill tool path.
Ce réglage peut être relatif à l'inclinaison de la trajectoire, c'est-à-dire à l'angle de cette trajectoire avec la verticale, cet angle pouvant être modifié par commande à distance, pendant le forage. This adjustment can be relative to the inclination of the trajectory, that is to say the angle of this path with the vertical, this angle may be modified by remote control during drilling. Ce réglage peut également être relatif à l'azimut de la trajectoire, c'est-à-dire à la direction de cette trajectoire par rapport à la direction du nord magnétique. This setting can also be relative to the azimuth of the trajectory, that is to say the direction of the path relative to the direction of magnetic north.
L'outil de forage peut être entraîné en rotation par un train de tiges dont une extrémité située en surface est reliée à un moyen d'entraînement en rotation. The drilling tool can be rotated by a drill string having one end located at the surface is connected to a rotary drive means. L'effort axial sur l'outil, dans le cas de ce procédé connu sous le nom de forage rotary, est également exercé par l'intermédiaire du train de tiges. The axial force on the tool, in the case of the process known as rotary drilling name, is also carried out through the drill string.
En dehors du forage rotary, on connaît d'autres procédés de forage mettant en oeuvre un moteur ou une turbine de fond relié à l'extrémité d'un train de tiges et comportant un arbre d'entraînement solidaire de l'outil. Outside the rotary drilling, there are other known drilling methods employing a motor or a downhole turbine connected to the end of a drill string and having an integral drive shaft of the tool.
Dans le cas du forage rotary aussi bien que dans le cas du forage avec moteur de fond, les tiges du train de tiges sont réalisées sous forme tubulaire et permettent la circulation d'un fluide de forage dans la direction axiale du train de tiges, entre la surface et l'outil de forage. In the case of rotary drilling as well as in the case of drilling with downhole motor, the stems of the drill string are formed in tubular form and permit the circulation of a drilling fluid in the axial direction of the drill string between the surface and the drilling tool.
Dans le cas de l'utilisation d'un moteur de fond, celui-ci peut être entraîné par le fluide de forage sous pression envoyé dans le train de tiges. In the case of the use of a downhole motor, the latter can be driven by the pressurized drilling fluid supplied to the drill string.
Jusqu'ici, le réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage n'a pu être effectué que dans le cas du forage avec moteur de fond. Hitherto, the setting in azimuth of the drill tool path could not be performed in the case of drilling with downhole motor. Dans le cas du forage rotary, on ne connaissait pas de dispositif commandé à distance permettant de régler en azimut la direction du forage, dans le cas où une correction de trajectoire s'avère nécessaire, en fonction des données obtenues par télémesure. In the case of rotary drilling, was not known remote controlled device for adjusting the azimuth direction of drilling, where a course correction is necessary, based on data obtained by telemetry.
Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de forage rotary comportant des moyens commandés à distance de réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage et un train de tiges ayant une première extrémité reliée à des moyens de mise en rotation du train de tiges autour de son axe et d'application d'une force de direction axiale sur le train de tiges et à des moyens d'alimentation en fluide de forage du train de tiges assurant une circulation axiale du fluide de forage jusqu'à l'outil de forage fixé à la seconde extrémité du train de tiges, ce dispositif pouvant fonctionner à l'avancement, suivant les besoins, soit avec réglage en azimut de la trajectoire de forage, soit sans contrôle en azimut de cette trajectoire. The object of the invention is therefore to provide a rotary drilling device comprising means controlled azimuth adjustment distance of the drill tool path and a drill string having a first end connected to the formatting means drill string rotation about its axis and applying an axial force to the drill string and drilling fluid supply means of the drill string ensuring an axial circulation of drilling fluid up to the drilling tool attached to the second end of the drill string, the apparatus being operable to advance, as required, be adjustable in azimuth of the drilling path, or without control azimuth of the trajectory.
Dans ce but, les moyens de réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage sont constitués par : For this purpose, the azimuthal adjustment means of the drill tool path are constituted by:
un corps tubulaire comportant au moins une lame d'appui en saillie radiale vers l'extérieur monté rotatif sur le train de tiges autour de son axe confondu avec l'axe du train de tiges et solidaire en translation du train de tiges, a tubular body having at least one bearing blade projecting radially outwardly rotatably mounted on the drill string about its axis coincident with the axis of the drill string and translationally secured to the drill string,
et un moyen de jonction entre le train de tiges et le corps tubulaire porté par le train de tiges, mobile entre une position active et une position inactive et manoeuvrable à distance grâce à des moyens de commande actionnés par le fluide de forage en circulation dans le train de tiges, permettant, dans sa position active, l'entraînement en rotation du corps tubulaire par le train de tiges et, dans sa position inactive, la rotation du train de tiges à l'intérieur du corps tubulaire, le réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage étant alors assuré par mise en appui de la lame du corps tubulaire sur la paroi du trou de forage dans une position déterminée et par désalignement angulaire, l'une par rapport à l'autre, de deux parties du train de tiges situées respectivement, entre la première extrémité du train de tiges et le corps tubulaire et, entre le corps tubulaire et la seconde extrémité du train de tiges. and a joining means between the drill string and the tubular body carried by the drill string, movable between an active position and an inactive position and manoeuvrable remotely by control means actuated by the circulating drilling fluid in the drill string, enabling, in its active position, the driving in rotation the tubular body with the drill string and, in its inoperative position, rotation of the drill string inside the tubular body, the azimuth adjustment the drill tool path is then provided by formatting support the blade of the tubular body on the wall of the borehole in a specific position and angular misalignment, with respect to each other, of two parts of the drill string respectively located between the first end of the drill string and the tubular body and, between the tubular body and the second end of the drill string.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de forage suivant l'invention. In order to aid understanding of the invention will now be described as non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a drilling device according to the invention.
La figure 1 est une vue schématique 4'un dispositif de forage rotary. Figure 1 is a schematic view 4'un rotary drilling device.
Les figures 2A et 2B sont des vues en coupe axiale de moyens de réglage en azimut de la trajectoire d'un outil de forage rotary selon un premier mode de réalisation. 2A and 2B are views in axial section of azimuthal adjustment means of the trajectory of a rotary drilling tool according to a first embodiment.
La figure 2A est une vue en coupe axiale de la partie supérieure des moyens de réglage reliée à la partie du train de tiges comportant la première extrémité de ce train de tiges située en surface. 2A is an axial sectional view of the upper part of the adjustment means connected to the portion of the drill string including the first end of the drill string located on the surface.
La figure 2B est une vue en coupe axiale de la partie inférieure des moyens de réglage reliée à l'outil de forage. 2B is an axial sectional view of the lower part of the adjustment means connected to the drilling tool.
La figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle du détail 3 de la figure 2A montrant un moyen de jonction entre le train de tiges et le corps tubulaire des moyens de réglage d'azimut. Figure 3 is an enlarged sectional view of detail 3 of Figure 2A showing a junction means between the set of rods and the tubular body of the azimuth adjusting means.
La figure 4 est une vue en bout suivant 4 de la figure 2B. Figure 4 is an end view according to 4 in Figure 2B.
La figure 5 est une vue en coupe transversale suivant 5-5 de la figure 2A. Figure 5 is a cross-sectional view along 5-5 of Figure 2A.
La figure 6 est une vue développée des rampes d'actionnement du dispositif. Figure 6 is a developed view of the actuating ramps of the device.
La figure 7 est une vue en coupe axiale de moyens de réglage en azimut de la trajectoire d'un outil de forage, selon un second mode de réalisation. Figure 7 is an axial sectional view of the azimuth adjusting means for the path of a drilling tool according to a second embodiment.
La figure 7A est une vue en coupe transversale suivant AA de la figure 7 montrant une première variante de réalisation du corps tubulaire des moyens de réglage. 7A is a transverse section view AA of Figure 7 showing a first alternative embodiment of the tubular body of the adjustment means.
La figure 7B est une vue analogue à la figure 7A montrant une seconde variante de réalisation du corps tubulaire des moyens de réglage représentés sur la figure 7. 7B is a view similar to Figure 7A showing a second alternative embodiment of the tubular body of the adjustment means shown in Figure 7.
La figure 8 est une vue schématique montrant le principe du réglage en azimut de la trajectoire d'un outil de forage. Figure 8 is a schematic view showing the azimuth setting of the principle of the path of a drill bit.
La figure 9 est une représentation des variations en fonction du temps de la pression et du débit du fluide de forage dans le train de tiges, pendant une opération de manoeuvre de moyens de réglage suivant l'invention. Figure 9 is a representation of the variations with time of the pressure and flow of drilling fluid in the drill string during a maneuvering operation control means according to the invention.
Sur la figure 1, on voit un dispositif de forage rotary 1 dont le train de tiges 2 porte à son extrémité l'outil de forage 3 en cours d'avancement pour réaliser le trou de forage 4. In Figure 1, there is shown a rotary drilling device 1 which stems 2 of the train carries at its end the drilling tool 3 being fed to carry out the borehole 4.
L'extrémité du train de tiges située à l'opposé de l'outil 3 est reliée à un dispositif d'entraînement en rotation 5 du train de tiges 2 autour de son axe. The end of the drill string situated opposite of the tool 3 is connected to a rotation drive device 5 of the drill string 2 around its axis.
La tige 2a située à la partie supérieure du train de tiges 2 présente une section carrée et le moyen d'entraînement en rotation 5 du train de tiges est constitué par une table de rotation horizontale traversée par une ouverture permettant l'engagement de la tige à section carrée. The rod 2a located at the top of the rods 2 stream has a square section and the rotary drive means 5 of the drill string is constituted by a horizontal rotary table having an opening allowing the rod's commitment to square section. La mise en rotation de la table par un ensemble moteur permet d'entraîner la tige à section carrée 2a et le train de tiges 2 en rotation tout en permettant le déplacement axial du train de tiges pour réaliser le forage. The rotation of the table by a motor assembly can drive the square-section rod 2a and the drill string 2 in rotation while allowing axial movement of the drill string to perform drilling.
Un poids est appliqué sur l'extrémité supérieure du train de tiges, afin d'exercer une force de direction axiale sur le train de tiges et sur l'outil permettant son application avec une pression suffisante sur le fond du trou de forage 4. A weight is applied to the upper end of the drill string in order to exert an axial direction force on the drill string and the tool for its application with a sufficient pressure on the bottom of the bore hole 4.
En outre, l'extrémité supérieure du train de tiges constituant sa première extrémité, opposée à la seconde extrémité reliée à l'outil de forage 3, comporte une tête d'injection de fluide de forage 6 reliée à la première tige 2a de manière à injecter dans son alésage intérieur le fluide de forage sous pression. In addition, the upper end of the drill string constituting its first end, opposite the second end connected to the drill bit 3 comprises a drilling fluid injection head 6 connected to the first rod 2a so as to injecting into the internal bore the pressurized drilling fluid. Le fluide de forage circule dans la direction axiale, à l'intérieur du train de tiges et sur toute sa longueur de manière à parvenir jusqu'à la partie inférieure du dispositif de forage, au niveau de l'outil 3. Le fluide de forage réalise le balayage du fond du trou de forage 4 puis remonte vers la surface dans l'espace annulaire situé entre le train de tiges et la paroi du trou de forage 4, en réalisant l'entraînement des débris de roche arrachés par l'outil de forage 3. The drilling fluid flows in the axial direction, inside the drill string and over its entire length so as to reach to the lower part of the drilling device, at the tool 3. The drilling fluid sends the background scanning of the borehole 4 then rises to the surface in the annular space between the drill string and the wall of borehole 4, by performing the drive of rock debris torn by the tool 3 drilling.
Le fluide de forage chargé de débris est récupéré en surface, séparé des débris et recyclé dans un réservoir 7. Une pompe 8 permet de renvoyer le fluide de forage dans la tête d'injection 6. The drilling fluid containing debris is recovered at the surface, debris separated and recycled to a reservoir 7. A pump 8 is used to return drilling fluid into the injection head 6.
Le dispositif de forage 1 comporte, dans sa partie inférieure, des moyens de réglage d'azimut comprenant un corps tubulaire 10 ayant une lame d'appui 11 en saillie radiale par rapport au corps tubulaire proprement dit. 1 the drilling device comprises, in its lower part, the azimuth adjustment means comprising a tubular body 10 having a bearing plate 11 radially projecting from the tubular body itself.
Le train de tiges 2 est monté rotatif autour de son axe à l'intérieur du corps tubulaire 10 dont l'axe est confondu avec l'axe du train de tiges. The rods 2 stream is rotatably mounted around its axis within the tubular body 10 whose axis is coincident with the axis of the drill string.
De plus le dispositif de forage rotary est suspendu, à sa partie supérieure, par l'intermédiaire d'un crochet 13 à un dispositif de levage permettant de libérer le poids exerçant une poussée sur le train de tiges 2 et sur l'outil 3, et de soulever le train de tiges et l'outil. In addition, the rotary drilling device is suspended at its upper part, by means of a hook 13 to a lifting device for releasing the weight exerting a thrust on the drill string 2 and the tool 3, and raising the drill string and the tool.
Le dispositif de forage comporte un moyen de liaison en rotation du train de tiges de forage 2 et du corps tubulaire 10 ; The drilling device comprises a rotary coupling means of the drill string 2 and the tubular body 10; ce dispositif peut être manoeuvré pour être placé en position active ou en position inactive. this device is operable to be placed in the active position or inactive position.
Lorsque le dispositif de liaison est dans sa position active, le corps tubulaire 10 est entraîné en rotation avec le train de tiges. When the connecting device is in its active position, the tubular body 10 is rotated with the drill string. Dans ce cas, le train de tiges de forage 2, le corps tubulaire 10 et l'outil 3 sont mis en rotation dans leur ensemble autour de l'axe du train de tiges. In this case, drill train 2, the tubular body 10 and the tool 3 are rotated as a whole around the axis of the drill string. Le dispositif de forage fonctionne alors sans réglage de l'azimut de la trajectoire de forage, le forage étant effectué dans la direction de l'axe du train de tiges. The drilling device then operates without adjustment of the azimuth of the drilling path, the drilling being effected in the direction of the axis of the drill string.
Lorsque le dispositif de liaison du train de tiges de forage 2 et du corps tubulaire 10 est en position inactive, le train de tiges 2 peut être mis en rotation à l'intérieur du corps tubulaire 10. L'application dune force axiale FPo sur l'outil par l'intermédiaire du train de tiges produit une force de réaction latérale FR₂ s'exerçant sur la paroi du trou de forage 4. La force FR₂ est reprise par la lame d'appui 11 du corps tubulaire 10 (force FR₁). When the connecting device of the drill string 2 and the tubular body 10 is in the inactive position, the rods 2 stream may be rotated within the tubular body 10. The axial force applied dune on OPS tool through the drill string produces a lateral reaction force FR₂ exerted on the wall of the borehole 4. FR₂ force is taken up by the support blade 11 of the tubular body 10 (FR₁ force). La lame d'appui 11, sous l'effet de la force FR₁ est maintenue immobile en rotation contre la paroi du trou de forage 4. The support blade 11, under the effect of the FR₁ force is maintained non-rotatably against the wall of borehole 4.
La direction de la trajectoire de forage en azimut est alors déterminée par la position angulaire de la lame d'appui 11 dans le trou de forage, autour de l'axe du train de tiges et par l'angle de désalignement du tronçon inférieur 15 du train de tiges solidaire de l'outil 3 par rapport au tronçon supérieur 16 comportant la première extrémité du train de tiges située en surface. The direction of the azimuth drilling trajectory is then determined by the angular position of the support plate 11 in the borehole, around the axis of the drill string and the skew angle of the lower section 15 of drill string attached to the tool 3 relative to the upper portion 16 having the first end of the drill string located on the surface.
Le choix de la position de la lame 11 et les caractéristiques du corps tubulaire 10 et/ou du train de tiges permettent de régler l'azimut à la valeur voulue. The choice of the position of the blade 11 and the characteristics of the tubular body 10 and / or the drill string are used to adjust the azimuth to a desired value.
On va maintenant décrire, en se référant aux figures 2A et 2B, un premier mode de réalisation des moyens suivant l'invention permettant d'effectuer un réglage en azimut de la direction de la trajectoire de forage du dispositif représenté sur la figure 1. will now be described with reference to Figures 2A and 2B, a first embodiment of means according to the invention for performing an azimuth adjustment of the direction of the drilling path of the device shown in Figure 1.
Sur les figures 2A et 2B, on a représenté l'ensemble 20 des moyens de réglage en azimut de la direction de la trajectoire d'un dispositif de forage suivant l'invention. Figures 2A and 2B, there is shown the assembly 20 of the azimuth adjusting means of the direction of the trajectory of a drill according to the invention.
Le dispositif 20 est principalement constitué par un premier élément 21 du train de tiges de forage, par un second élément 22 du train de tiges relié de manière articulée à l'extrémité du premier élément et par un corps tubulaire 23 en deux parties 23a, 23b définissant deux tronçons successifs dont les axes font un angle α réglable, le premier élément 21 du train de tiges étant monté rotatif dans le premier tronçon du corps tubulaire et le second élément 22 du train de tiges étant monté rotatif dans le second tronçon du corps tubulaire 23. The device 20 is mainly constituted by a first element 21 of the drill string, by a second element 22 of the drill string connected hingedly to the end of the first member and by a tubular body 23 into two parts 23a, 23b defining two successive sections whose axes form an adjustable α angle, the first element 21 of the drill string being rotatable mounted in the first section of the tubular body and the second member 22 of the drill string being rotatably mounted in the second section of the tubular body 23.
Le premier élément 21 du train de tiges est constitué de deux parties successives 21a et 21b reliées entre elles par vissage de l'extrémité tronconique filetée 24 de la première partie 21a dans un alésage taraudé de forme correspondante de la seconde partie 21b. The first element 21 of the drill string consists of two successive portions 21a and 21b interconnected by screwing the threaded frustoconical end 24 of the first portion 21a in a correspondingly shaped threaded bore of the second portion 21b.
La première partie 21a du premier élément 21 comporte un alésage taraudé tronconique 25 destiné à assurer la liaison rigide du premier élément 21 du train de tiges au tronçon supérieur comportant la première extrémité du train de tiges aboutissant en surface et coopérant avec le moyen d'entraînement en rotation du train de tiges de forage. The first portion 21a of the first member 21 includes a tapered threaded bore 25 for ensuring the rigid connection of the first member 21 of the drill string to the upper section comprising the first string of the leading end surface and cooperating with the drive means rotating the drill string.
L'élément 21 est réalisé sous forme tubulaire et comporte dans sa partie 21b un alésage 26 à diamètre élargi dans lequel est monté l'ensemble des moyens de commande du dispositif de liaison entre le train de tiges et le corps tubulaire 23. Cet ensemble comporte un piston 27 monté mobile en translation et en rotation à l'intérieur de l'alésage 26 et rappelé vers la première extrémité du train de tiges, par un ressort hélicoïdal 28 monté à l'intérieur de la première partie 21a de l'élément 21 du train de tiges. The element 21 is made in tubular form and has in its portion 21b a bore 26 enlarged diameter in which is mounted the overall control means of the connecting device between the drill string and the tubular body 23. This assembly comprises a piston 27 movably mounted in translation and in rotation inside the bore 26 and biased toward the first end of the drill string, by a helical spring 28 mounted within the first portion 21a of the element 21 the drill string.
Le piston 27 est réalisé sous forme tubulaire et délimite un conduit central communiquant à ses deux extrémités avec l'alésage du train de tiges qui est parcouru, pendant le forage, par un débit Q de fluide de forage circulant suivant la direction axiale et dans le sens donné par la flèche 29. The piston 27 is made in tubular form and defines a central communicating at its two ends conduit with the bore of the drill string which is traversed during drilling, a drilling fluid flow rate Q flowing in the axial direction and in the defined by the arrow 29.
L'extrémité du conduit central du piston 27 située du côté aval si l'on considère la circulation du fluide de forage est profilée de manière à constituer une partie étranglée 27a située en vis-à-vis et à proximité de la partie d'extrémité de forme tronconique d'une aiguille 30 fixée dans la direction axiale à l'intérieur de l'alésage 26, grâce à un dispositif de support 31 comportant des ouvertures de passage du fluide de forage à la périphérie de l'aiguille centrale 30. The end of the central conduit of the piston 27 located on the downstream side when considering the flow of drilling fluid is profiled so as to form a constricted portion 27a located vis-à-vis and near the end portion of frustoconical form of a needle 30 fixed in the axial direction within the bore 26, through a supporting device 31 having passage openings drilling fluid at the periphery of the central needle 30.
En aval de l'aiguille 30 et du support 31, l'alésage central de l'élément 21 du train de tiges présente un diamètre réduit par rapport à l'alésage 26 et débouche, par des ouvertures 33, dans l'alésage intérieur du corps tubulaire 23, autour de la partie terminale de l'élément 21 à diamètre réduit et comportant à son extrémité une ouverture en forme de portion de sphère constituant la partie femelle dune rotule D'assemblage articulé du premier élément 21 et du second élément 22 du train de tiges. Downstream of the needle 30 and the support 31, the central bore of the element 21 of the drill string has a reduced diameter relative to the bore 26 and emerges through openings 33 in the inner bore of tubular body 23, around the end portion of the element 21 in reduced diameter and having at its end a shaped opening portion of a sphere constituting the female part dune spherical articulated assembly of the first member 21 and second member 22 of the drillstring. Le second élément 22 comporte à son extrémité située dans le prolongement de l'élément 21 une portée sphérique d'assemblage constituant la partie mâle de la rotule d'assemblage des éléments 21 et 22. La rotule d'assemblage 32 permet l'entraînement en rotation du second élément 22 par le premier élément 21 tout en permettant un désalignement angulaire du second élément 22 relié à l'outil de forage, par rapport au premier élément 21 relié au tronçon du train de tiges aboutissant en surface. The second element 22 comprises at its end located in the extension of the element 21 a spherical assembly scope constituting the male part of the ball joint assembly of the elements 21 and 22. The ball joint assembly 32 allows the drive rotation of the second member 22 by the first member 21 while allowing angular misalignment of the second element 22 connected to the drill tool, relative to the first member 21 connected to the section of the drill string resulting surface.
Le piston 27 comporte un corps 27b dans lequel sont usinés deux jeux de rampes 35a et 35b inclinées par rapport à l'axe du premier élément 21 du train de tiges. The piston 27 comprises a body 27b are machined wherein two sets of ramps 35a and 35b are inclined relative to the axis of the first member 21 of the drill string.
Chacun des jeux de rampes 35a et 35b comporte plusieurs rampes disposées à la périphérie du piston 27, dans des positions angulaires régulièrement espacées autour de l'axe du piston 27 confondu avec l'axe de l'élément 21. Each of the sets of ramps 35a and 35b includes a plurality of ramps arranged at the periphery of the piston 27, in angular positions regularly spaced about the piston axis 27 coincident with the axis of the element 21.
Les différentes parties des jeux de rampes 35a et 35b sont reliées entre elles par des rainures à profondeur constante usinées dans la surface périphérique du piston 27, de manière que les différentes parties des rampes et les rainures à profondeur constante constituent une piste continue autour de la surface périphérique du corps 27b du piston 27, comme il est visible sur les figures 5 et 6. The different parts sets 35a and 35b ramps are interconnected by constant depth in grooves machined in the peripheral surface of piston 27, so that the different parts of the ramps and the grooves at a constant depth is a track continues around the peripheral surface of the body 27b of the piston 27, as can be seen in figures 5 and 6.
Sur chacune des pistes comportant le jeu de rampes 35a ou le jeu de rampes 35b, est appliqué, par l'intermédiaire de ressorts, un ou plusieurs ensembles de verrouillage 36 permettant de réaliser la jonction entre l'élément 21 du train de tiges et le corps tubulaire 23 de manière à rendre le train de tiges et le corps tubulaire solidaires en rotation ou, au contraire, à permettre une rotation du train de tiges à l'intérieur du corps tubulaire, par déverrouillage des ensembles 36. On each of the tracks comprising the ramps 35a game or game ramps 35b, is applied, by means of springs, one or more locking assemblies 36 for carrying out the junction between the element 21 of the drill string and tubular body 23 so as to make the drill string and the tubular body integral in rotation or, conversely, to allow rotation of the drill string inside the tubular body, for unlocking the assemblies 36.
Sur la figure 3, on voit que l'ensemble 36 est logé dans une lumière 37 traversant la paroi de l'élément tubulaire 21 dans une direction radiale. In Figure 3, it is seen that the assembly 36 is accommodated in a slot 37 passing through the wall of the tubular member 21 in a radial direction.
Chacun des ensembles 36 comporte un doigt de verrouillage 38 et un doigt d'actionnement 39, l'extrémité du doigt de verrouillage 38 dirigée vers l'intérieur étant engagée dans un alésage borgne ménagé dans la direction axiale du doigt d'actionnement 39. Each of the assemblies 36 includes a locking pawl 38 and an actuating finger 39, the end 38 inwardly directed locking finger being engaged in a blind bore in the axial direction of the actuating finger 39.
L'ouverture radiale 37 de l'élément 21 comporte une plaque de fermeture 40 disposée à son extrémité débouchant vers l'extérieur, la plaque 40 comportant une ouverture centrale 40a dans laquelle est engagée la tête 38a du doigt de verrouillage 38. The radial opening 37 of the element 21 comprises a closing plate 40 disposed at its end leading to the outside, the plate 40 having a central opening 40a in which is engaged the head 38a of the locking finger 38.
Entre la tête 38a du doigt de verrouillage 38 et le doigt d'actionnement 39 est intercalé un premier ressort de rappel 42 qui tend à repousser le doigt de verrouillage 38 vers l'extérieur. Between the head 38a of the locking finger 38 and the actuating finger 39 is interposed a first return spring 42 which tends to push the locking pin 38 outwardly.
Entre la plaque de fermeture 40 et le doigt d'actionnement 39 est intercalé un second ressort de rappel hélicoïdal 43 qui tend à repousser le doigt 39 vers l'intérieur, c'est-à-dire en direction de l'axe du piston 27 et de l'élément 21. Between the closure plate 40 and the actuating finger 39 is interposed a second helical return spring 43 which tends to push the finger 39 inwardly, that is to say in the direction of the axis of the piston 27 and element 21.
Un pion ou une clavette 44 est fixé dans l'alésage du pion d'actionnement 39, en saillie radiale vers l'intérieur, de manière à venir s'engager dans une lumière axiale 38b ménagée dans la surface latérale du doigt de verrouillage 38. Le pion 44 permet d'assurer le rappel du doigt de verrouillage 38, sous l'effet du ressort 43, par l'intermédiaire du doigt d'actionnement 39. A pin or a pin 44 is fixed in the bore of the actuating pin 39, projecting radially inwardly so as to come into engagement in an axial bore 38b provided in the side surface of the locking finger 38. the pin 44 ensures the return of the locking finger 38 under the effect of spring 43, via the actuating finger 39.
La tête 38a du doigt de verrouillage 38 vient s'engager, en position active, comme représenté sur la figure 3, dans une ouverture 41 de profondeur h usinée dans la surface intérieure de la partie 23a du corps tubulaire 23. Dans sa position active, le pion de verrouillage 38 assure la liaison en rotation autour de leur axe commun de l'élément 21 du train de tiges et du corps tubulaire 23. The head 38a of the locking finger 38 is engaged in the active position, as shown in Figure 3, in an opening 41 of depth h machined in the inner surface of the portion 23a of the tubular body 23. In its active position, the locking pin 38 ensures the linkage in rotation about their common axis of the element 21 of the drill string and the tubular body 23.
Les ensembles de doigts 36 tels que représentés sur la figure 3 sont actionnés par le piston 27 dont les rampes 35a et 35b sont susceptibles de venir se placer en face de l'extrémité coopérante du doigt d'actionnement 39, comme il est visible sur la figure 3. The finger assemblies 36 as shown in Figure 3 are actuated by the piston 27, the ramps 35a and 35b are likely to be placed in front of the cooperating end of the actuating finger 39, as seen in Figure 3.
Chacune des rampes 35a et 35b comporte une partie d'extrémité dont la profondeur H1 dans la direction radiale à partir de la surface externe du piston 27 est minimale et une partie d'extrémité dont la profondeur H2 sous la surface externe du piston 27 dans la direction radiale est maximale. Each of the ramps 35a and 35b has an end portion whose depth H1 in the radial direction from the outer surface of the piston 27 is minimum and an end portion having a depth H2 in the outer surface of the piston 27 in the radial direction is maximal.
Les parties de jonction successives 60 du jeu de rampes 35a ou 35b sont constituées par des rainures dont le fond se trouve soit à la profondeur H1 soit à la profondeur H2. Successive connecting portions 60 of the set 35a or 35b ramps are constituted by grooves whose bottom is located either at the depth H1 is the depth H2.
Lorsque du fluide de forage circule dans l'alésage du piston 27, ce fluide de forage subit une perte de charge au niveau de l'étranglement 27a situé en vis-à-vis de l'aiguille tronconique 30. Lorsque le débit du fluide de forage augmente, la perte de charge de part et d'autre du piston 27 augmente jusqu'au moment où la force engendrée sur le piston par cette perte de charge est susceptible de déplacer le piston 27 dans la direction axiale, à l'encontre de la force de rappel du ressort 28. Le débit correspondant du fluide de forage est appelé débit d'actionnement. When the drilling fluid flows through the bore of the piston 27, this drilling fluid undergoes a pressure drop at the throttle 27a located vis-à-vis the tapered needle 30. When the flow of fluid drilling increases, the loss of charge from both sides of the piston 27 increases until the force generated on the piston by this pressure drop is capable of moving the piston 27 in the axial direction, against the spring biasing force 28. the corresponding flow rate of the drilling fluid is called an actuator flow.
Il est à remarquer que lorsque le piston 27 se déplace, sous l'effet de la force engendrée par la perte de charge dans le sens d'écoulement du fluide de forage (flèche 29), la perte de charge augmente de manière continue par coopération de l'étranglement 27a et de l'aiguille tronconique 30. It should be noted that when the piston 27 moves, under the effect of the force generated by the pressure drop in the direction of flow of the drilling fluid (arrow 29), the pressure drop increases continuously by cooperation of the throttle 27a and the tapered needle 30.
En fin de déplacement du piston 27, la partie d'extrémité du doigt d'actionnement 39 étant parvenue à une extrémité de la rampe, la perte de charge est maximale, si bien qu'une mesure de pression du fluide de forage réalisée en surface permet de contrôler la position du piston 27 et la réalisation d'un pas de déplacement des moyens de commande. At the end of movement of the piston 27, the end portion of the actuating finger 39 is received at one end of the ramp, the pressure drop is at a maximum, so that a pressure measurement of the drilling fluid formed at the surface controls the position of the piston 27 and the completion of a step of movement of the control means.
On diminue ou on annule le débit du fluide de forage de manière que le ressort 28 puisse ramener le piston dans sa position initiale, l'extrémité du doigt d'actionnement 39 venant se placer dans une rainure à profondeur constante pour revenir dans une position d'équilibre soit à la profondeur H₁ soit à la profondeur H₂. Is decreased or zero flow of the drilling fluid so that the spring 28 can return the piston to its initial position, the end of the actuating finger 39 which is placed in a constant depth groove to return to a position balance is the depth H₁ or H₂ in the depth.
Dans leur position d'équilibre, les extrémités des doigts d'actionnement 39 coopérant avec les rampes 35a et 35b sont donc susceptibles de se trouver à une profondeur H1 ou à une profondeur H2 sous la surface du piston 27, le ressort 43 assurant le rappel des doigts d'actionnement contre les rampes. In their equilibrium position, the ends of actuating fingers 39 cooperating with the ramps 35a and 35b are therefore likely to be at a depth H1 and a depth H2 in the surface of the piston 27, the spring 43 ensuring the return actuating fingers against the ramps.
Lorsque le doigt 39 est à la profondeur H1, ce doigt exerce sur le doigt de verrouillage 38, par l'intermédiaire du ressort 42, une poussée vers l'extérieur qui se traduit par un déplacement du doigt 38 d'une longueur h , lorsque la tête 38a du doigt 38 vient en coïncidence avec une ouverture 41 du corps tubulaire 23. When the finger 39 is at the depth H1, the finger exerts on the lock pin 38, through the spring 42, an outward thrust which results in a movement of the finger 38 with a length h, when the head 38a of the finger 38 comes into coincidence with an opening 41 of the tubular body 23.
Lorsque le doigt 39 est à la profondeur H2, ce doigt 39 assure le rappel du doigt de verrouillage 38 vers l'intérieur par l'intermédiaire du pion 44, sur une hauteur h , si bien que l'élément 21 est déverrouillé et que le train de tiges est susceptible de tourner à l'intérieur du corps tubulaire 23. When the finger 39 is at the depth H2, the finger 39 ensures the return of the locking finger 38 inwardly through the pin 44, over a height h, so that the element 21 is unlocked and the drillstring is rotatable inside the tubular body 23.
La première partie 23a du corps tubulaire 23 est montée rotative sur le premier élément 21 du train de tiges, par l'intermédiaire de paliers radiaux 46a, 46b et 47 et d'un palier axial 48, de manière que la première partie 23a du corps tubulaire 23 soit coaxiale au premier élément 21 dont l'axe est lui-même confondu avec l'axe de la partie du train de tiges comportant sa première extrémité débouchant en surface. The first portion 23a of the tubular body 23 is rotatably mounted on the first member 21 of the drill string by means of radial bearings 46a, 46b and 47 and an axial bearing 48, so that the first portion 23a of the body tube 23 is coaxial with the first member 21 the axis of which is itself coincident with the axis of the portion of drill string having its first end opening surface.
De plus, des joints d'étanchéité 49 et 51 sont intercalés entre l'élément 21 et le corps tubulaire 23, de manière à éviter le passage du fluide de forage entre ces deux pièces. Additionally, sealing gaskets 49 and 51 are interposed between the element 21 and the tubular body 23, so as to prevent the passage of drilling fluid between these two parts.
La seconde partie 23b du corps tubulaire 23 est montée sur la première partie 23a, par l'intermédiaire d'une portée d'assemblage tronconique 53 dont l'axe fait un certain angle (de l'ordre de quelques degrés) avec l'axe de l'élément 21. The second part 23b of the tubular body 23 is mounted on the first portion 23a, via a frustoconical assembly scope 53 whose axis is at an angle (of the order of several degrees) with the axis of the element 21.
La seconde partie 23b du corps tubulaire 23 engagée sur la première partie 23a par l'intermédiaire de la portée d'appui 53 peut être tournée autour de l'axe de cette portée d'appui et placée dans une orientation telle que l'axe de l'alésage de la seconde partie 23b du corps tubulaire 23 fasse un certain angle α avec l'axe de l'alésage de la première partie 23a du corps tubulaire 23 confondu avec l'axe de l'élément 21. The second part 23b of the tubular body 23 engaged with the first portion 23a via the bearing surface 53 can be rotated around the axis of this bearing surface and placed in an orientation such that the axis of the bore of the second part 23b of the tubular body 23 makes an angle α with the axis of the bore of the first portion 23a of the tubular body 23 coincides with the axis of the element 21.
L'angle α est susceptible d'être réglé à une valeur comprise entre 0 et 2 fois l'angle de désalignement de la portée tronconique 53 par rapport à l'axe de l'alésage de la partie 23a du corps tubulaire. The angle α may be set to a value between 0 and 2 times the misalignment angle of the frustoconical surface 53 relative to the axis of the bore of the part 23a of the tubular body.
Des vis de blocage 54 permettent de réaliser la fixation et le blocage en rotation de la seconde partie 23b du corps tubulaire 23 sur la première partie 23a. 54 locking screw used to achieve fixation and rotational locking of the second part 23b of the tubular body 23 of the first part 23a.
Ce réglage de l'angle α est réalisé en surface, avant de commencer une opération de forage. This adjustment of the angle α is formed on the surface, before starting a drilling operation.
L'angle α est choisi en fonction de l'amplitude souhaitable des réglages en azimut de la direction de la trajectoire de forage. The angle α is selected according to the desirable amplitude adjustments in azimuth of the direction of the drilling path.
Le corps tubulaire 23 constitue un élément tubulaire coudé comportant deux tronçons successifs dont les axes font un angle α. The tubular body 23 forms a bent tubular member having two successive sections whose axes form an angle α.
La seconde partie 23b du corps tubulaire porte trois lames 55 en saillie radiale et dans des positions angulaires à 120° sur sa surface externe dont l'une (55a) se trouve du côté externe du coude du corps tubulaire 23. The second part 23b of the tubular body carries three blades 55 projecting radially and in angular positions at 120 ° on its outer surface one of which (55a) is on the outer side of the bend of the tubular body 23.
Le second élément 22 du train de tiges de forage comporte une ouverture taraudée tronconique 22a permettant le montage de l'outil de forage ou d'une pièce d'adaptation de cet outil de forage à l'extrémité de l'élément 22 opposée à son extrémité montée articulée à l'extrémité de l'élément 21. The second element 22 of the drill string comprises a frustoconical 22a threaded opening for mounting the drilling tool or an adapter piece of the drilling tool at the end of the element 22 opposite its end mounted articulated at the end of the element 21.
L'élément 22 comporte un alésage interne communiquant par des ouvertures 56 avec l'alésage intérieur du corps tubulaire 23. The element 22 comprises an internal bore communicating by openings 56 with the interior bore of the tubular body 23.
L'élément 22 est monté rotatif à l'intérieur de l'alésage de la seconde partie 23b du corps tubulaire 23, par l'intermédiaire d'un palier radial 57 et d'un palier axial 58. Un joint d'étanchéité 59 est intercalé entre la surface intérieure de l'alésage du corps tubulaire et la surface extérieure du second élément du train de tiges. The element 22 is rotatably mounted within the bore of the second part 23b of the tubular body 23 via a radial bearing 57 and an axial bearing 58. A seal 59 is interposed between the inner surface of the bore of the tubular body and the outer surface of the second member of the drill string. L'axe du second élément 22 du train de tiges disposé de manière coaxiale dans le second tronçon du corps tubulaire 23 fait donc un angle α avec l'axe du premier élément 21 du train de tiges disposé de manière coaxiale par rapport au premier tronçon 23a du corps tubulaire coudé 23. The axis of the second member 22 of the drill string disposed coaxially in the second section of the tubular body 23 is therefore a α angle with the axis of the first member 21 of the drill string disposed coaxially relative to the first section 23a of the bent tubular body 23.
On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de forage suivant l'invention dans un premier mode de fonctionnement sans réglage en azimut de la trajectoire de forage et dans un second mode de fonctionnement avec réglage en azimut de la trajectoire de forage et le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre. now describe the operation of the drilling device according to the invention it will in a first mode of operation without adjusting the azimuth of the drilling path and in a second operating mode with azimuth adjustment of the drilling path and the passage an operating mode to another.
Le dispositif de forage suivant l'invention présente la structure générale représentée sur la figure 1 et des moyens de commande du dispositif de réglage en azimut tels que représentés sur les figures 2A et 2B. The drilling device according to the invention has the general structure shown in Figure 1 and control means for the azimuth adjusting device as shown in Figures 2A and 2B.
Comme indiqué plus haut, le corps tubulaire 23 est réglé de manière que l'angle α de désalignement de ses deux tronçons soit ajusté en fonction des réglages en azimut souhaitables. As mentioned above, the tubular body 23 is adjusted so that the angle α of misalignment of the two sections is adjusted for azimuth desirable in settings.
Dans un premier mode de fonctionnement, le dispositif de forage peut fonctionner sans réglage en azimut, le train de tiges et le corps tubulaire étant solidarisés en rotation par des dispositifs de jonction tels que les dispositifs 36 représentés sur la figure 2A. In a first mode of operation, the boring device can operate without adjustment in azimuth, the drill string and the tubular body being joined in rotation by connecting devices such as devices 36 shown in Figure 2A.
Le train de tiges, l'outil de forage et le corps tubulaire 23 tournent ensemble autour de l'axe de la partie supérieure du train de tiges confondu avec l'axe du premier élément du train de tiges engagé dans le premier tronçon du corps tubulaire. The drill string, the drilling tool and the tubular body 23 rotate together about the axis of the upper part of the drill string coincident with the axis of the first member of the drill string engaged in the first portion of the tubular body . Un effort axial est transmis par le train de tiges, de manière à effectuer le forage suivant la direction de l'axe de la première partie du train de tiges. An axial force is transmitted through the drill string to effect drilling along the direction of the axis of the first portion of the drill string.
La présence du corps tubulaire coudé 23 fonctionnant comme un raccord rigide se traduit, pendant le fonctionnement suivant le premier mode, par un simple élargissement du trou de forage de faible amplitude, l'angle α ayant une valeur faible. The presence of the bent tubular body 23 functioning as a rigid connection is reflected, in operation following the first mode, by a simple expansion of the low amplitude borehole, the angle α having a low value.
Comme il est visible sur la figure 8 où l'on a représenté de manière très schématique le train de tiges 2 engagé dans un corps tubulaire comportant une lame d'appui 11, un repère Z permet de déterminer par télémesure la position angulaire du train de tiges et de la lame 11 du corps tubulaire, autour de l'axe du train de tiges et par rapport à la direction du nord magnétique (NM). As can be seen in Figure 8 where there is shown very schematically the rods 2 being engaged in a tubular body having a support blade 11, a Z reference for determining the angular position telemetry train rods and the blade 11 of the tubular body around the axis of the drill string and relative to the direction of magnetic north (NM).
La position en azimut du repère Z (définie par l'angle Az) peut être contrôlée depuis la surface, par télémesure, de manière à déterminer les réglages ou corrections à effectuer sur la direction en azimut de la trajectoire de forage. Z marker of azimuth position (defined by the angle Az) can be controlled from the surface, by telemetry, in order to determine adjustments or corrections to be made on the azimuth direction of the drilling path.
L'angle A entre la direction du repère Z et la direction radiale Y de la lame 11 est fixé à une valeur déterminée, dans le premier mode de fonctionnement, l'engagement des doigts de verrouillage dans des ouvertures déterminées du corps tubulaire définissant un indexage angulaire du corps tubulaire par rapport au train de tiges. The angle A between the direction of the Z reference and the radial direction Y of the blade 11 is set at a predetermined value in the first mode of operation, the engagement of the locking pins into openings of the fixed tubular body defining an indexing angle of the tubular body relative to the drill string.
Le réglage en azimut de la trajectoire de forage (deuxième mode de fonctionnement du dispositif) est obtenu, comme indiqué plus haut, par réglage de la position angulaire de la lame d'appui 11 dans le trou de forage et par déverrouillage du train de tiges de forage, de manière à permettre sa mise en rotation à l'intérieur du corps tubulaire, après mise en appui de la lame 11 contre la paroi du trou de forage, dans une position déterminée, sous l'effet des forces latérales mises en jeu et résultant de la force axiale sur le train de tiges. The azimuth adjustment of the drilling path (second operating mode of the device) is obtained, as mentioned above, by adjusting the angular position of the support plate 11 in the drill hole and by release of the drill string drilling so as to allow its rotation inside the tubular body, after formatting support the blade 11 against the wall of the borehole in a specific position, under the effect of lateral forces involved and resulting from the axial force on the drill string.
Le passage du premier mode de fonctionnement sans réglage d'azimut au deuxième mode de fonctionnement avec réglage d'azimut est donc réalisé par libération des moyens de verrouillage du corps tubulaire sur le train de tiges et par orientation du corps tubulaire de manière que la lame d'appui soit dans la position voulue, comme il sera décrit ci-dessous. The passage of the first mode of operation without azimuth setting the second operating mode with azimuth adjustment is achieved by releasing the tubular body locking means on the drill string and by orientation of the tubular body so that the blade support is in the desired position, as will be described below.
Le dispositif de forage étant en fonctionnement suivant le premier mode sans réglage d'azimut, pour passer au second mode de fonctionnement avec réglage d'azimut, on relâche, dans un premier temps, l'effort axial sur l'outil exercé par l'intermédiaire du train de tiges, sans décoller l'outil du fond du trou de forage et on arrête la rotation du train de tiges assurant le forage. The drilling device in operation following the first without azimuth adjustment mode, to switch to the second mode of operation with azimuth adjustment, is released in a first step, the axial force exerted on the tool by the through the drill string without moving the tool from the borehole bottom and stops the rotation of the drill string providing drilling.
On règle la position angulaire de la lame 11 (ou 55a) par rapport au nord magnétique, de manière à effectuer le réglage d'azimut dans la direction voulue, en tournant le train de tiges depuis la surface d'un angle déterminé. Adjusting the angular position of the blade 11 (or 55a) relative to the magnetic north so as to perform the azimuth adjustment in the desired direction, rotating the drill string from the surface by a given angle. Cette rotation du train de tiges entraîne la même rotation du corps tubulaire solidaire du premier élément du train de tiges et la mise en position angulaire de la lame d'appui. This rotation of the drill string causes the same rotation of the integral tubular body of the first member of the drill string and the angular position formatting the supporting blade.
On applique à nouveau l'effort axial sur le train de tiges de manière à engendrer une force de réaction FR₁ (voir figure 1) au niveau de la lame d'appui, ce qui fixe la position angulaire de la lame d'appui et du corps tubulaire 10. Applying the axial force again on the drill string so as to generate a reaction force FR₁ (see Figure 1) at the bearing plate, which fixes the angular position of the bearing blade and tubular body 10.
Dans le cas d'un dispositif de commande tel que représenté sur les figures 2A et 2B utilisant le débit du fluide de forage, on augmente le débit de manière à le faire passer à la valeur d'activation des moyens de commande. In the case of a control device as shown in Figures 2A and 2B using the flow rate of drilling fluid flow is increased so as to pass it to the activation control means value.
Sur la figure 9, on a représenté, dans la partie inférieure de la figure, les variations du débit au cours du temps. In Figure 9, there is shown in the lower part of the figure, the flow changes over time. Le débit Q passe de la valeur pendant le forage QF à la valeur d'activation des moyens de commande QACT avec un palier à une valeur intermédiaire. The flow rate Q from the value QF during drilling to the activation value QACT control means with a bearing at an intermediate value.
Lorsque le débit atteint la valeur QACT, le piston 27 se déplace dans la direction de circulation du fluide de manière que la perte de charge augmente à la sortie du piston 27, par coopération de l'étranglement 27a et de l'aiguille 30 de forme tronconique. When the flow rate reaches the value QACT, the piston 27 moves in the direction of fluid flow so that the loss increases at the outlet of the piston 27, by cooperation of the throttle 27a and the needle 30 to form truncated.
Comme il est visible sur la figure 9, pendant la phase de déplacement du piston, le débit est maintenu à la valeur QACT (partie inférieure de la figure 9) mais la perte de charge δP augmente depuis la valeur 0 jusqu'à la valeur maximale δPACT qui est atteinte lorsque le piston a terminé son déplacement dans le sens de circulation du fluide (partie supérieure de la figure 9). As can be seen in Figure 9, during the piston displacement phase, the flow rate is maintained at the value QACT (lower portion of Figure 9) but the pressure drop dP increases from the value 0 to the maximum value δPACT which is reached when the piston has completed its movement in the direction of fluid flow (top of Figure 9). La courbe de variation de la pression du fluide de forage en fonction du temps présente un maximum au moment où la partie de contact des doigts d'actionnement parvient à l'extrémité de la rampe ayant le niveau le plus bas (niveau H2 figure 3). The pressure variation curve based drilling fluid of time has a maximum when the contact portion of the actuating finger reaches the end of the ramp with the lowest level (H2 Figure 3) .
L'enregistrement de la pression permet de suivre les déplacement du piston et la position des doigts d'actionnement depuis la surface. The recording of the pressure makes it possible to follow the movement of the piston and the position of the actuating finger from the surface.
Lorsque les doigts d'actionnement sont en contact avec la rampe à une profondeur H2, les têtes 38a des doigts de verrouillage sont rappelées dans la position h = 0 par les pions 44 des doigts d'actionnement. When the actuating fingers are in contact with the ramp at a depth H2, the heads 38a of the locking fingers are biased in the position h = 0 by the pins 44 of the actuating fingers. Le train de tiges est alors libre en rotation par rapport au corps tubulaire. The drill string is then free to rotate relative to the tubular body.
On interrompt la circulation du fluide de forage dans le train de tiges, de sorte que le piston 27 est rappelé par le ressort 28, dans le sens inverse de la circulation du fluide de forage. It interrupts the flow of drilling fluid in the drill string, so that the piston 27 is returned by the spring 28 in the opposite direction to the circulation of the drilling fluid. Les extrémités des doigts d'actionnement se déplacent en contact avec une rainure 60 à profondeur constante H2 joignant deux rampes successives. The ends of actuating fingers move into contact with a groove 60 at a constant depth H2 joining two successive ramps. Les doigts d'actionnement passent de la rampe à la rainure à profondeur constante par une rotation du piston 27 autour de son axe, lorsque les doigts d'actionnement viennent en contact à l'extrémité des rampes avec des parties de jonction courbes entre les rampes 35 et les rainures 60 à profondeur constante. The actuating fingers pass the ramp to the constant depth groove by a rotation of piston 27 about its axis, when the actuating fingers come into contact at the end of the ramps with joint portions between the curved ramps 35 and the grooves 60 at a constant depth.
Le piston est alors dans sa position d'équilibre et les doigts 38 sont déverrouillés. The piston then is in its equilibrium position and the fingers 38 are unlocked.
On rétablit le débit du fluide de forage à la valeur QF, ce qui n'entraîne aucun déplacement du piston 27, le débit QF étant inférieur au débit d'actionnement QACT. It restores the flow of drilling fluid to the QF value, which causes no movement of the piston 27, the flow QF being less than the actuator rate QACT.
La pression du fluide de forage après être passée de sa valeur maximale à la valeur nulle remonte à une valeur intermédiaire correspondant à la valeur sensiblement constante de la pression pendant le forage. The pressure of the drilling fluid after passing from its maximum value to the zero value back to an intermediate value corresponding to the substantially constant value of the pressure during drilling.
On remet le train de tiges en rotation afin de redémarrer le forage. Replaced in the rotating drill string in order to restart drilling.
Le train de tiges est libre en rotation dans le corps tubulaire 23, si bien que le premier élément 21 du train de tiges entraîne le second élément 22 en rotation, ce second élément solidaire de l'outil de forage ayant un axe faisant un angle α avec le premier élément disposé dans le premier tronçon du corps tubulaire 23. The drill string is free to rotate in the tubular body 23, so that the first member 21 of the drill string causes the second element 22 in rotation, the second member integral with the drill bit having an axis at an angle α with the first member disposed in the first section of the tubular body 23.
On effectue ainsi une correction d'azimut de la direction de la trajectoire de forage, cette correction d'azimut étant réalisée dans la direction voulue grâce à la position angulaire de la lame 55 en appui sur le bord du trou et ayant une amplitude déterminée par la valeur de l'angle α. It thus performs an azimuth correction of the direction of the drilling path, the azimuth correction is performed in the desired direction through the angular position of the blade 55 bears on the edge of the hole and having an amplitude determined by the value of the angle α.
Le train de tiges disposé à l'intérieur du corps tubulaire coudé présente un désalignement identique au désalignement des deux tronçons du corps tubulaire ; The drill string disposed within the bent tubular body has an identical misalignment misalignment of the two sections of the tubular body; pendant le forage, l'avancement de l'outil de forage entraîne un avancement du train de tiges et du corps tubulaire solidaire en translation de ce train de tiges, la lame d'appui 55a étant entraînée en contact frottant avec la paroi du trou de forage. during drilling, the progress of the drilling tool results in advancement of the drill string and secured tubular body in translation of the drill string, the contact blade 55a is driven in frictional contact with the wall of the hole drilling.
Pour passer du second mode de fonctionnement au premier, c'est-à-dire pour passer d'un mode de fonctionnement avec réglage d'azimut de la trajectoire de forage à un mode de fonctionnement sans réglage d'azimut, on libère l'effort axial exercé par l'intermédiaire du train de tiges sur l'outil de forage et on décolle l'outil du fond du trou. To switch from the second operating mode to the first, that is to say to switch from one operating mode with azimuth adjustment of the drilling path to an operating mode without azimuth adjustment is liberated the axial force exerted through the drill string on the drill bit and is peeled off the bottom of the tool from the hole.
On augmente le débit du fluide de forage jusqu'à la valeur d'activation QACT, de manière à faire passer l'extrémité des doigts d'actionnement en contact avec les rampes à profondeur variable, du niveau H2 au niveau H1 où les doigts de verrouillage 38 sont repoussés vers l'extérieur par les ressorts de rappel 42 et 43. Increases the speed of the drilling fluid up to the activation value QACT, so as to thread the end of the actuating fingers in contact with the variable depth ramps, H2 level H1 level where the fingers of lock 38 are pushed outward by the return springs 42 and 43.
On annule le débit du fluide de forage, de manière à replacer le piston dans sa position d'équilibre. It cancels the flow of the drilling fluid so as to return the piston to its equilibrium position.
On fait tourner le train de tiges à l'intérieur du corps tubulaire pour réaliser l'enclenchement des doigts de verrouillage 38, les têtes 38a des doigts 38 repoussées par les ressorts 43 venant s'engager dans les ouvertures 41 correspondantes lorsque les têtes et les ouvertures sont venues en coïncidence. the drill string is rotated within the tubular body to achieve the interlocking of the locking fingers 38, the heads 38a of the fingers 38 pushed by the springs 43 which engage in corresponding openings 41 when the heads and openings came in coincidence.
On peut alors reprendre le forage, la solidarisation en rotation des éléments 21 et 22 de la tige de forage et du corps tubulaire 23 annulant l'effet du désalignement α introduit par le corps tubulaire coudé 23. Can then resume drilling, the joining in rotation of the members 21 and 22 of the drill rod and the tubular body 23 overriding the α misalignment introduced by the bent tubular body 23.
Sur les figures 7, 7A et 7B, on a représenté un second mode de réalisation des moyens de réglage en azimut de la trajectoire d'un outil de forage fonctionnant suivant le principe général exposé plus haut en regard de la figure 1 et en utilisant des moyens de commande à distance analogues aux moyens décrits en regard des figures 2A et 2B. Figures 7, 7A and 7B, there is shown a second embodiment of means for adjusting the azimuth of the trajectory of a drilling tool operating according to the general principle described above with reference to FIG 1 and using control means remotely similar to the means described with reference to FIGS 2A and 2B. De même, la mise en oeuvre de ces moyens pour passer d'un mode de fonctionnement sans réglage d'azimut à un mode de fonctionnement avec réglage d'azimut ou inversement est sensiblement analogue au processus qui vient d'être décrit relatif au mode de réalisation des figures 2A et 2B. Similarly, the implementation of these means to move from an operating mode without azimuth adjustment to an operating mode with azimuth setting or vice versa is substantially analogous to the process which has just been described concerning the method of embodiment of figures 2A and 2B.
Les éléments analogues sur les figures 2A et 2B d'une part et 7 d'autre part portent les mêmes repères avec cependant l'exposant ′ (prime) pour les éléments représentés sur la figure 7. Ces éléments constituent le dispositif de jonction entre le train de tiges et le corps tubulaire et ses moyens de commande qui sont réalisés de manière analogue dans le cas du premier mode et dans le cas du second mode de réalisation. Similar elements in Figures 2A and 2B on one hand and 7 on the other hand bear the same references but with the exponent '(prime) for the elements shown in Figure 7. This provides the junction between the device drill string and the tubular body and its control means which are constructed analogously in the case of the first embodiment and in the case of the second embodiment.
Dans le cas du second mode de réalisation représenté sur la figure 7, le corps tubulaire 70 monté rotatif sur le train de tiges et solidaire en translation de ce train de tiges est réalisé sous la forme d'un stabilisateur à lame d'appui du type utilisé pour effectuer des corrections de trajectoires sur des trains de tiges, par déformation du train de tiges sous l'effet des forces latérales exercées par le stabilisateur sur le bord du trou de forage. In the case of the second embodiment shown in Figure 7, the tubular body 70 rotatably mounted on the drill string and integral in translation with this drill string is in the form of a support blade stabilizer of the type used to perform corrections of trajectories on drill strings, by deformation of the drill string as a result of the lateral forces exerted by the stabilizer on the edge of the borehole.
Cependant, à la différence des stabilisateurs connus et utilisés pour effectuer des corrections de trajectoire, le corps tubulaire 70 est monté rotatif sur le train de tiges et le train de tiges peut être solidaire en rotation du corps tubulaire 70 ou, au contraire, rendu libre en rotation dans le corps tubulaire 70, grâce à des moyens de commande à distance utilisant le fluide de forage du type de ceux qui ont été décrits plus haut. However, unlike the known stabilizers and used to make course corrections, the tubular body 70 is rotatably mounted on the drill string and the drill string may be rotationally fixed to the tubular body 70 or, on the contrary, made free in rotation in the tubular body 70 through the remote control means using the drilling fluid of the type which have been described above.
Le corps tubulaire 70 est monté rotatif sur une pièce intermédiaire 72 du train de tiges reliée à l'une de ses extrémités à un premier raccord vissé 73 permettant de fixer la pièce 72 à la partie du train de tiges comportant sa première extrémité débouchant en surface et, à son autre extrémité, à un second raccord vissé 74 permettant de relier la pièce intermédiaire 72 à la partie du train de tiges portant l'outil de forage. The tubular body 70 is rotatably mounted on an intermediate part 72 of the drill string connected at one of its ends to a first screw coupling 73 for fixing the piece 72 to the portion of drill string having its first end opening surface and at its other end to a second screw connection 74 for connecting the intermediate piece 72 to the portion of the drill string carrying the drill bit.
Le corps tubulaire 70 est monté rotatif sur la pièce intermédiaire 72 grâce à des roulements à rouleaux 76a et 76b et maintenu solidaire en translation du train de tiges entre un épaulement de la pièce 72 et un épaulement du second raccord 74. The tubular body 70 is rotatably mounted on the intermediate member 72 through roller bearings 76a and 76b and maintained in integral drill string translation between a shoulder of the piece 72 and a shoulder of the second connector 74.
Des butées à billes et des joints d'étanchéité 77a et 77b sont intercalés entre le corps 70 et les épaulements du train de tiges. thrust ball bearings and the seals 77a and 77b are interposed between the body 70 and the shoulders of the drill string.
Comme il est visible sur la figure 7A, le corps tubulaire 70 comporte une lame d'appui 71 et deux lames de guidage 78a et 78b en saillie radiale vers l'extérieur. As can be seen in Figure 7A, the tubular body 70 comprises a support blade 71 and two guide blades 78a and 78b projecting radially outward. Les bords externes des lames de guidage 78a et 78b se trouvent sur un contour circulaire 79 rentré sur l'axe du train de tiges dont le diamètre correspond au diamètre D du trou de forage. The outer edges 78a and 78b guide blades are located on a circular contour 79 retracted on the axis of the drill string having a diameter corresponding to the diameter D of the borehole. Le bord externe de la lame d'appui 71 est saillant par rapport au contour 79 d'une longueur radiale e . The outer edge of the support blade 71 is projecting from the contour 79 of a radial length e.
Sur la figure 7B, on a représenté une variante de réalisation 70′ du corps tubulaire 70 qui comporte deux lames de guidage 78′a et 78′b et une lame d'appui 71′ dont les bords externes se trouvent sur un cercle 79′ dont le rayon a une longueur D/2 - h légèrement inférieure au rayon du trou de forage. In Figure 7B, an alternative embodiment is shown 70 'of the tubular body 70 which comprises two guide blades 78'a and 78'b and a support blade 71' whose outer edges lie on a circle 79 ' whose radius has a length D / 2 - h slightly smaller than the borehole radius. Le cercle 79′ est centré en un point situé à une distance k de l'axe du train de tiges et de la pièce intermédiaire 72. Dans sa position représentée sur la figure 7B, la lame d'appui 71′ est dans sa position d'excentration maximale. The circle 79 is centered at a point situated at a distance k from the axis of the drill string and the intermediate part 72. In its position shown in Figure 7B, the support blade 71 'is in its position maximum eccentricity.
Le moyen de réglage en azimut représenté sur les figures 7, 7A et 7B peut être commandé d'une manière analogue au moyen de réglage représenté sur les figures 2A, 2B et 3 à 6, grâce à des dispositifs de jonction manoeuvrables 36′ comportant des doigts de verrouillage 38′ actionnés par les rampes 35′a et 35′b d'un piston 27′ et par des ressorts de rappel. The means of adjusting the azimuth shown in Figures 7, 7A and 7B may be controlled in a manner analogous to the shown adjusting means in Figures 2A, 2B and 3 to 6, by means of junction devices operable 36 'having locking fingers 38 'actuated by the ramps 35'a and 35'b of a piston 27' and return springs.
Ces moyens de commande ont été décrits dans le cas du premier mode de réalisation. These control means have been described in the case of the first embodiment.
Le piston 27′ est déplacé dans un sens par la force créée par la perte de charge au niveau de l'ouverture 27′a coopérant avec l'aiguille tronconique 30′ et dans l'autre sens par le ressort de rappel 28′. The piston 27 'is moved in one direction by the force created by the pressure drop at the opening 27'a cooperating with the frusto-conical needle 30' and in the other direction by the return spring 28 '.
On peut ainsi, comme précédemment décrit, commander à distance le verrouillage ou le déverrouillage en rotation du train de tiges et de la pièce tubulaire 70, au niveau de la pièce intermédiaire 72. Lorsque les pièces 70 et 72 sont solidarisées en rotation, l'ensemble constitué par le train de tiges, la pièce tubulaire 70 et l'outil de forage tourne autour de l'axe du train de tiges. It is thus possible, as described above, remote control the locking or unlocking rotation of the drill string and the tubular part 70, at the intermediate part 72. When the parts 70 and 72 are made integral in rotation, the group consisting of the drill string, the tubular part 70 and the drill bit rotates about the axis of the drill string. Le forage est réalisé sans réglage d'azimut, la présence de la lame d'appui excentrée se traduisant par un léger élargissement du trou de forage. Drilling is achieved without azimuth adjustment, the presence of the eccentric bearing plate resulting in a slight widening of the borehole.
Pour effectuer un réglage d'azimut, on réalise la mise en appui de la lame 71 (ou 71′) sur le bord du trou de forage dans une position angulaire déterminée, comme décrit précédemment. To perform an azimuth setting, formatting the support is made of the blade 71 (or 71 ') on the edge of the borehole in a specific angular position, as described above.
On déverrouille ensuite les doigts 38′ par commande à distance, de manière à permettre la rotation du train de tiges à l'intérieur de la pièce tubulaire 70 ou 70′. Then unlocks the fingers 38 by remote control, so as to allow rotation of the drill string inside the tubular part 70 or 70 '.
Le réglage en azimut est réalisé par désalignement angulaire de la partie inférieure du train de tiges portant l'outil telle que la partie 15 représentée sur la figure 1, par rapport à la partie supérieure 16 comprenant la première extrémité du train de tiges, sous l'effet des forces radiales mises en jeu pendant le forage et s'exerçant sur la partie 15 du train de tiges. The azimuth adjustment is achieved by angular misalignment of the lower part of the drill string carrying the tool such that the portion 15 shown in Figure 1, relative to the upper part 16 comprising the first end of the drill string, under the effect of radial forces involved during drilling and exerted on the portion 15 of the drill string. Le réglage en azimut dépend donc de la position angulaire de la lame d'appui et de son excentration et des caractéristiques géométriques et mécaniques de la partie 15 du train de tiges. The azimuth adjustment is therefore dependent on the angular position of the bearing blade and its eccentricity and the geometrical and mechanical characteristics of the part 15 of the drill string.
Le dispositif suivant l'invention permet donc d'effectuer un réglage en azimut commandé à distance de la trajectoire d'un outil de forage, dans le cas du forage rotary. The device according to the invention therefore allows an adjustment in azimuth controlled remotely from the path of a drill bit, in the case of rotary drilling.
Dans le cas où le dispositif de forage fonctionne avec réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage, on peut revenir par commande à distance à un mode de fonctionnement sans réglage en azimut de la trajectoire. In case the drilling device works with azimuth adjustment of the trajectory of the drill bit, it can return by remote control to an operating mode without any adjustment in azimuth of the trajectory.
Le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est effectué de manière rapide et sûre, le contrôle des moyens de commande pouvant être effectué depuis la surface, par exemple par mesure de pression du fluide de forage. The transition from one operating mode to another is carried out quickly and safely, the control of the control means can be performed from the surface, eg by measuring drilling fluid pressure.
L'invention permet donc de régler en azimut la trajectoire d'un outil de forage, sans utiliser de moteur de fond. The invention therefore allows to adjust the azimuthal trajectory of a drill bit, without using a downhole motor.
C'est ainsi que les moyens de commande pour réaliser le verrouillage ou le déverrouillage du corps tubulaire sur le train de tiges peuvent être réalisés sous une forme différente de celle qui a été décrite. Thus the control means to perform the locking or unlocking of the tubular body on the drill string can be made in a different form from that which has been described. Ces moyens de commande utilisant la pression ou le débit du fluide de forage sont bien connus dans la technique du forage directionnel à grande profondeur. Said control means using the pressure or flow rate of the drilling fluid are well known in the art directional drilling at great depths.
Les moyens de jonction entre la tige de forage et le corps tubulaire peuvent être réalisés sous une forme différente de celle qui a été décrite utilisant des doigts placés dans des directions radiales. The junction means between the drill rod and the tubular body may be made in a different shape from that which has been described using fingers placed in radial directions.
Le corps tubulaire peut être réalisé sous une forme différente de celles qui ont été décrites, ce corps tubulaire pouvant être réalisé en une seule ou plusieurs pièces, avec ou sans possibilité de réglage de l'angle de désalignement ou de l'excentration de la lame d'appui. The tubular body may be made in a different form from those which have been described, this tubular body being formed in one or more pieces, with or without possibility of misalignment angle adjustment or the eccentricity of the blade support.
Enfin, l'invention s'applique de manière générale à tout dispositif de forage rotary. Finally, the invention applies generally to all rotary drilling device.
1.- Dispositif de forage rotary comportant des moyens de réglage en azimut commandés à distance de la trajectoire de l'outil de forage et constitué par un train de tiges (2) ayant une première extrémité reliée à des moyens (5) de mise en rotation du train de tiges autour de son axe et d'application d'une force de direction axiale sur le train de tiges et à des moyens d'alimentation (6) en fluide de forage du train de tiges assurant une circulation axiale du fluide jusqu'à l'outil de forage (3) relié à une seconde extrémité du train de tiges, caractérisé par le fait que les moyens de réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage (3) sont constitués par : 1.- rotary drilling device comprising azimuthal adjustment means controlled remotely from the drilling tool path and consisting of a drill string (2) having a first end connected to means (5) setting drill string rotation about its axis and applying an axial force to the drill string and to power supply means (6) in the drilling fluid drillstring ensuring an axial circulation of the fluid up 'to the drilling tool (3) connected to a second end of the drill string, characterized in that the means for adjusting the azimuth of the drill tool path (3) are constituted by:
- un corps tubulaire (10, 23, 70, 70′) comportant au moins une lame d'appui (11, 55a, 71, 71′) en saillie radiale vers l'extérieur monté rotatif sur le train de tiges (2) autour de son axe confondu avec l'axe du train de tiges (2) et solidaire en translation du train de tiges, - a tubular body (10, 23, 70, 70 ') having at least one bearing blade (11, 55a, 71, 71') projecting radially outwardly rotatably mounted on the drill string (2) around its axis coincident with the axis of the drill string (2) and integral in translation with the drill string,
- et un moyen de jonction (36, 36′) entre le train de tiges (2) et le corps tubulaire (10, 23, 70) porté par le train de tiges (2), mobile entre une position active et une position inactive et manoeuvrable à distance grâce à des moyens de commande (27, 30, 27′, 30′) actionnés par le fluide de forage en circulation dans le train de tiges (2), permettant, dans sa position active, l'entraînement en rotation du corps tubulaire (10, 23, 70) par le train de tiges (2) et, dans sa position inactive, la rotation du train de tiges (2) à l'intérieur du corps tubulaire, le réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage (3) étant alors assuré par mise en appui de la lame ( 11, 55a, 71, 71′) du corps tubulaire sur la paroi du trou de forage (4) dans une position déterminée et par désalignement angulaire, l'une par rapport à l'autre, de deux parties (15, 16) du train de tiges (2) situées respectivement, entre la première extrémité du train de tiges (2) et le corps - and a connecting means (36, 36 ') between the drill string (2) and the tubular body (10, 23, 70) carried by the drill string (2), movable between an active position and an inactive position and remotely operable through control means (27, 30, 27 ', 30') actuated by the circulating drilling fluid in the drill string (2), enabling, in its active position, the rotary drive the tubular body (10, 23, 70) by the pipe string (2) and, in its inoperative position, rotation of the drill string (2) inside the tubular body, the azimuth adjustment of the path of the drilling tool (3) then being provided by formatting support the blade (11, 55a, 71, 71 ') of the tubular body on the wall of the borehole (4) in a determined position and angular misalignment, relative to each other, of two portions (15, 16) of the drill string (2) located respectively between the first end of the drill string (2) and the body tubulaire (10, 23, 70) et, entre le corps tubulaire (10, 23, 70) et la seconde extrémité du train de tiges (2). tubular (10, 23, 70) and, between the tubular body (10, 23, 70) and the second end of the drill string (2).
2.- Dispositif de forage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le train de tiges (2) comporte deux éléments (21, 22) disposés l'un à la suite de l'autre, reliés entre eux de manière articulée à l'une de leurs extrémités et solidaires à leurs autres extrémités, pour l'un, ou premier élément (21), d'une partie du train de tiges comportant la première extrémité et, pour l'autre, ou second élément (22), de l'outil de forage (3), et que le corps tubulaire (23) comporte deux tronçons successifs (23a, 23b) dont les axes font un angle α entre eux, 2. Drilling apparatus according to claim 1, characterized in that the drill string (2) comprises two elements (21, 22) arranged one following the other, interconnected in an articulated manner to the one end and integral at their other ends, to one, or first element (21), a portion of the drill string comprising the first end and to the other or second member (22) , the drilling tool (3), and that the tubular body (23) comprises two successive sections (23a, 23b) whose axes make an angle α between them,
le premier élément (21) du train de tiges étant monté rotatif autour de son axe dans un premier tronçon (23a) du corps tubulaire (23) et le second élément (22) étant monté rotatif autour de son axe dans le second tronçon (23b) du corps tubulaire coudé (23), le réglage d'azimut de la trajectoire de l'outil de forage (3) étant assuré par immobilisation en rotation du corps tubulaire coudé (23) dont la lame (55a) est mise en appui sur la paroi du trou de forage dans une position déterminée et par le désalignement angulaire des deux éléments (21, 22) du train de tiges, à l'intérieur du corps tubulaire coudé (23). the first member (21) of the drill string being rotatably mounted about its axis in a first section (23a) of the tubular body (23) and the second member (22) being rotatably mounted about its axis in the second section (23b ) of the bent tubular body (23) of the drill tool path the azimuth adjustment (3) being ensured by immobilization in rotation of the bent tubular body (23) whose blade (55a) is weight bearing on the wall of the borehole in a specific position and the angular misalignment of the two elements (21, 22) of the drill string, within the bent tubular body (23).
3.- Dispositif de forage suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le corps tubulaire (23) comporte deux parties (23a, 23b) de forme tubulaire, l'une de ces parties (23a) ayant une portée d'appui (53) dont l'axe de symétrie de révolution est disposé angulairement par rapport à l'axe de la partie (23a), l'élément (23b) comportant une portée d'appui correspondante et pouvant être tourné autour de l'axe de la portée d'appui, de manière à régler l'angle de désalignement α entre les parties tubulaires (23a, 23b) constituant les deux tronçons successifs du corps tubulaire (23), à une valeur déterminée. 3. Drilling apparatus according to claim 2, characterized in that the tubular body (23) comprises two parts (23a, 23b) of tubular shape, one of these parts (23a) having a bearing surface ( 53) whose axis of rotational symmetry is arranged angularly relative to the axis of the portion (23a), the element (23b) having a corresponding bearing surface and being rotatable around the axis of the bearing surface, so as to adjust the α misalignment angle between the tubular portions (23a, 23b) constituting the two successive sections of the tubular body (23) at a determined value.
4.- Dispositif de forage suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps tubulaire (70, 70′) est réalisé sous la forme d'un stabilisateur ayant une lame d'appui (71, 71′) excentrée par rapport à l'axe du train de tiges (2) afin de produire le désalignement angulaire des deux parties (15, 16) du train de tiges. 4. Drilling apparatus according to claim 1, characterized in that the tubular body (70, 70 ') is constructed in the form of a stabilizer having a bearing blade (71, 71') eccentrically with respect to the axis of the drill string (2) to produce the angular misalignment of the two parts (15, 16) of the drill string.
5.- Dispositif de forage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moyen de jonction (36, 36′) entre le train de tiges (2) et le corps tubulaire coudé (23, 70, 70′) est constitué par au moins un doigt de verrouillage (38, 38′) disposé dans une direction radiale rappelé vers l'extérieur par un ressort (42), de manière à venir s'engager dans une ouverture (41) ménagée dans la surface intérieure du corps tubulaire (23, 70, 70′). 5. A drilling device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the junction means (36, 36 ') between the drill string (2) and the bent tubular body (23, 70, 70 ') is constituted by at least one locking finger (38, 38') disposed in a radial direction biased toward the outside by a spring (42), so as to come into engagement in an opening (41) formed in the inner surface of the tubular body (23, 70, 70 ').
6.- Dispositif de forage suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de commande du moyen de jonction (36, 36′) sont constitués par un doigt (39) d'actionnement du doigt de verrouillage (38, 38′) assurant l'actionnement du doigt (38, 38′) par l'intermédiaire du ressort (42) intercalé entre le doigt (39) et le doigt (38, 38′) et d'un pion (44) engagé dans une ouverture (38b) du doigt (38), un ressort (43) assurant le rappel vers l'intérieur dans la direction radiale du doigt d'actionnement (39), de manière à mettre en contact une extrémité du doigt (39) avec une surface d'actionnement (35a, 35b) d'un moyen de commande (27, 27′) des doigts d'actionnement (39), pour leur déplacement dans la direction radiale, par déplacement axial du moyen de commande (27, 27′) entraîné par le fluide de forage en circulation dans le train de tiges ou par un moyen de rappel (28, 28′). 6. Drilling apparatus according to claim 5, characterized in that the means for controlling the junction means (36, 36 ') are constituted by a finger (39) actuating the locking finger (38, 38' ) providing the actuation of the finger (38, 38 ') via the spring (42) interposed between the finger (39) and the finger (38, 38') and a pin (44) engaged in an opening (38b) of the finger (38), a spring (43) ensuring the return inward in the radial direction of the actuating finger (39), thereby contacting one end of the finger (39) with a surface actuator (35a, 35b) of a control means (27, 27 ') of the actuating fingers (39), for their displacement in the radial direction by axial movement of the control means (27, 27') driven by the circulating drilling fluid in the drill string or by a return means (28, 28 ').
7.- Dispositif de forage suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le moyen de commande (27, 27′) est constitué par un piston tubulaire monté glissant et rotatif dans l'alésage du train de tiges comportant à l'une de ses extrémités une partie profilée (27a, 27′a) destinée à coopérer avec une partie profilée de forme correspondante (30, 30′) afin d'augmenter la perte de charge sur la circulation du fluide de forage, de part et d'autre du piston (27, 27′) lors des déplacements du piston dans le sens de circulation du fluide de forage, le piston comportant, sur sa surface externe, des rampes d'actionnement (35a, 35b, 35′a, 35′b) inclinées par rapport à l'axe commun au piston (27, 27′) et au train de tiges et reliées entre elles par des rainures à profondeur constante dont le fond est parallèle à l'axe du piston (27, 27′) pour constituer une piste continue autour du piston (27, 27′) sur laquelle l'extrémité du doigt (39) est mise en app 7. Drilling apparatus according to claim 6, characterized in that the control means (27, 27 ') is constituted by a sliding and rotating tubular piston mounted in the drill string bore having at one its ends a profiled part (27a, 27'a) intended to interact with a profiled part of corresponding shape (30, 30 ') to increase the pressure drop on the flow of drilling fluid, from both sides the piston (27, 27 ') during displacements of the piston in the direction of circulation of the drilling fluid, the piston having, on its outer surface, actuating ramps (35a, 35b, 35'a, 35'b) inclined relative to the axis common to the piston (27, 27 ') and the drillstring and interconnected by grooves at constant depth, the bottom is parallel to the piston axis (27, 27') to form a continuous track around the piston (27, 27 ') on which the fingertip (39) is carried app ui par le ressort (43) intercalé entre des surfaces d'appui du train de tiges et du doigt d'actionnement (39). ui by the spring (43) interposed between bearing surfaces of the drill string and the actuating finger (39).
8.- Dispositif de forage suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que le premier élément (21) et le second élément (22) du train de tiges comportent, dans leur partie d'extrémité assurant leur jonction articulée, des ouvertures (33, 56) faisant communiquer leur alésage central avec le volume intérieur du corps tubulaire (23), de manière à réaliser une circulation de fluide de forage à la périphérie des parties d'extrémité assurant la jonction articulée des éléments (21, 22) du train de tiges, pour obtenir une circulation continue de fluide de forage jusqu'à l'outil de forage (3). 8. A drilling device according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the first member (21) and the second member (22) of the drill string comprise, in their end portion ensuring their junction articulated, openings (33, 56) communicating its central bore with the interior of the tubular body (23), so as to achieve a circulating drilling fluid at the periphery of the end portions providing the articulated connection elements ( 21, 22) of the drill string, to obtain a continuous circulation of drilling fluid to the drilling tool (3).
9.- Procédé de forage rotary avec réglage en azimut de la trajectoire de l'outil de forage, en utilisant un dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait, qu'entre deux phases du forage, on actionne le moyen de jonction (36, 36′) entre le train de tiges et le corps tubulaire (10, 23, 70, 70′), par l'intermédiaire du fluide de forage, soit dans le sens faisant passer le moyen de jonction (36, 36′) de sa position active à sa position inactive, le dispositif de forage passant alors d'un mode de fonctionnement sans réglage en azimut de la direction de la trajectoire de forage à un mode de fonctionnement avec réglage d'azimut, soit dans le sens faisant passer le moyen de jonction (36, 36′) de sa position inactive à sa position active, le dispositif de forage passant alors d'un mode de fonctionnement avec réglage en azimut de la trajectoire de forage, à un mode de fonctionnement sans réglage en azimut de la trajectoire de forage. 9.- A method of drilling with rotary adjustment in azimuth of the trajectory of the drill bit, using a device according to one of claims 1 to 8, characterized in that, between two phases of the drilling, is actuated the junction means (36, 36 ') between the drill string and the tubular body (10, 23, 70, 70'), via the drilling fluid, either in the direction passing the junction means ( 36, 36 ') from its active position to its inactive position, the drilling device when passing from one mode of operation without adjusting the azimuth of the direction of the drilling path to an operating mode with azimuth adjustment, or in the direction passing the junction means (36, 36 ') from its inactive position to its active position, the drilling device when passing from one operating mode with adjustable azimuth of the drilling path, a mode operation without adjustment in azimuth of the drilling path.
10.- Procédé suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que pour le passage d'un mode de fonctionnement du dispositif de forage sans réglage en azimut de la trajectoire de forage à un mode de fonctionnement avec réglage en azimut, on annule la force axiale sur l'outil de forage (3) et on arrête la rotation du train de tiges, 10. A process according to claim 9, characterized in that for the transition from one mode of operation without adjustment of the drilling device in azimuth of the drilling path to an operating mode with azimuth adjustment, it cancels the force axially on the drilling tool (3) and stops the rotation of the drill string,
- on règle la position angulaire de la lame d'appui (11, 55a, 71, 71′) du corps tubulaire (10, 23, 70, 70′) en tournant le train de tiges depuis sa première extrémité, - adjusting the angular position of the bearing blade (11, 55a, 71, 71 ') of the tubular body (10, 23, 70, 70') by rotating the drill string from its first end,
- on applique à nouveau la force axiale sur le train de tiges, - applying once again the axial force on the drill string,
- on actionne le moyen de jonction (36, 36′) pour le faire passer de sa position active à sa position inactive, par l'intermédiaire du fluide de forage, - it activates the joining means (36, 36 ') to move it from its active position to its inactive position, via the drilling fluid,
- on remet en rotation le train de tiges pour reprendre le forage, le corps (10, 23, 70, 70′) en appui par sa lame (11, 55a, 71, 71′) sur le trou de forage restant immobile en rotation et le train de tiges tournant à l'intérieur du corps tubulaire (10, 23, 70, 70′) réalisant le réglage en azimut de la trajectoire de forage. - rotating one puts the drill string to resume drilling, the body (10, 23, 70, 70 ') supported by the blade (11, 55a, 71, 71') on the rotationally fixed remaining borehole and the drill string rotates within the tubular body (10, 23, 70, 70 ') providing the azimuth adjustment of the drilling path.
11.- Procédé de forage suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que pour réaliser le passage du mode de fonctionnement avec réglage en azimut de la trajectoire de forage au mode de fonctionnement sans réglage de la trajectoire en azimut, 11. A method of drilling according to claim 9, characterized in that for the change from operation with azimuth adjustment of the drilling path to the operating mode without any adjustment of the azimuth path,
- on annule la force axiale sur le train de tiges, - it cancels the axial force on the drill string,
- on commande le moyen de jonction (36, 36′) entre le train de tiges et le corps tubulaire (10, 23, 70, 70′), de manière à le faire passer de sa position inactive à sa position active, par actionnement par le fluide de forage en circulation et par rotation commandée depuis sa première extrémité, du train de tiges autour de son axe, à l'intérieur du corps tubulaire (10, 23, 70, 70′), - one controls the junction means (36, 36 ') between the drill string and the tubular body (10, 23, 70, 70'), so as to make it pass from its inactive position to its active position, by actuation by the drilling fluid circulation and by controlled rotation from its first end, the drill string about its axis, inside the tubular body (10, 23, 70, 70 '),
- et on remet en rotation continue le train de tiges, l'ensemble constitué par le train de tiges (2) et par le corps tubulaire (10, 23, 70, 70′) étant solidarisé en rotation. - and rotating is reset continues the drill string, the assembly constituted by the drill string (2) and by the tubular body (10, 23, 70, 70 ') being integral in rotation.
12.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait que la commande du moyen de jonction (36, 36′) pour son déplacement entre ses positions active et inactive est assurée par augmentation du débit du fluide de forage au-dessus d'une valeur d'activation QACT, le débit du fluide de forage étant ensuite annulé, le moyen de jonction (36, 36′) étant dans sa nouvelle position. 12.- A process according to any of claims 9 to 11, characterized in that the control of the junction means (36, 36 ') for its displacement between its active and inactive positions is achieved by increasing the flow of fluid drilling above a QACT enable value, the flow of the drilling fluid subsequently being canceled, the junction means (36, 36 ') being in its new position.
EP19910400524 1990-03-07 1991-02-26 Apparatus and method for adjusting the azimut of the trajectory of a rotary drilling tool Expired - Lifetime EP0456526B1 (en)
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