BE1022391B1 - Dispositif comprenant un equipement de mesure de parametres d'une operation de forage ou de carottage et installation comprenant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Dispositif comprenant un équipement de mesure de paramètres d'une opération de forage ou de carottage au moyen d'un trépan fixé à l'extrémité d'un train de tiges, l'équipement de mesure (10) étant logé dans une chambre (5) ménagée dans un manchon (1, 18) qui est conçu pour être interposé entre deux tiges du train de tiges ou entre le trépan et une tige du train de tiges, ou pour constituer un raccord de jonction (18) d'une tête de coupe (15) du trépan à un train de tiges, la chambre (5) débouchant dans un conduit axial (11) du manchon.

Description

Dispositif comprenant un équipement de mesure de paramètres d'une opération de forage ou de carottage et installation comprenant un tel dispositif.

Domaine de 1'invention L'invention se rapporte aux installations pour le forage ou le carottage, notamment pour le forage de puits pétroliers. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif destiné à être associé à une installation de forage ou de carottage, pour en assurer le suivi, au moyen de mesures de paramètres dans le puits.

Etat de la technique

Le forage et le carottage de puits sont normalement effectués au moyen d'un trépan qui est relié à un moteur d'entraînement, localisé en surface, au moyen d'un train de tiges. Au fur et à mesure de la progression du trépan dans le puits, on ajoute des tiges au train de tiges.

Il est souhaitable de disposer d'un maximum d'informations concernant les opérations de forage ou de carottage, notamment en ce qui concerne le milieu dans lequel on fore et le comportement du trépan et de sa tête de coupe. Des informations concernant le milieu dans lequel on fore comprennent notamment le type de formation rocheuse attaquée, la composition de la boue de forage, la présence de pétrole ou d'autres fluides. Des informations concernant le trépan et sa tête de coupe comprennent sa vitesse instantanée de rotation, les variations de la vitesse de rotation, la position de la tête de coupe par rapport à la paroi du puits foré, les variations de la vitesse de rotation et de progression dans le puits, les chocs latéraux et axiaux subis par le trépan, le mouvement de précession du trépan (généralement dénommé « whirling » dans la littérature anglo-saxonne).

Ces informations ou paramètres de forage peuvent être mémorisés pendant l'opération de forage ou de carottage et exploités ultérieurement pour analyser les problèmes éventuellement survenus pendant l'opération de forage ou de carottage (tels que, par exemple, un ralentissement momentané et imprévu de la vitesse de pénétration de la tête de coupe dans la formation rocheuse ou une usure anormalement rapide de la tête de coupe) ou pour adapter les conditions d'autres opérations de forage ou de carottage.

Pour la détection des informations ou paramètres dont il est question plus haut, on dote les installations de forage d'équipements de mesure appropriés, que l'on dispose dans le train de tiges ou dans la tête de forage.

Ainsi, dans le document BE-1007274, on décrit un trépan dont la tête de coupe contient des accéléromètres judicieusement répartis pour déterminer les vibrations auxquelles elle est soumise pendant une opération de forage. Dans ce trépan connu, les accéléromètres sont positionnés dans la tête de forage, ce qui rend l'acquisition des paramètres uniquement possible pour cette tête de forage particulière ainsi équipée.

Dans le document US-4 303 994, on décrit une installation de forage comprenant un trépan, un train de tiges et des jauges de mesure, qui sont logées dans le train de tiges. Dans ce document, les jauges de mesure sont disposées dans la partie supérieure du train de tiges mais on ne fournit pas d'information sur la manière dont elles sont insérées dans le train de tiges. La disposition des jauges de mesure dans la partie supérieure du train de tiges constitue un désavantage, car les mesures qu'elles réalisent ne tiennent pas compte des déformations subies localement par la partie inférieure du train de tiges entre les jauges de mesure et le trépan. Ces déformations comprennent notamment des cintrages et des torsions dont les caractéristiques varient au cours du temps, pendant la progression du forage. Il s'ensuit une imprécision parfois importante dans la concordance des mesures relevées par les jauges et les caractéristiques réelles de fonctionnement du trépan et de sa tête de coupe. En outre l'ensemble des jauges de mesure est relativement long, de sorte qu'il est normalement impossible de le positionner entre le trépan et un moteur de fond.

Par ailleurs, les équipement de mesure connus, décrits dans les documents précités ne sont généralement pas standards, mais doivent être adaptés, dans chaque cas, au trépan ou au train de tiges utilisés, ce qui complique la construction de ces dispositif, fait obstacle à une fabrication en grande série et en accroît le coût.

Les installations de forage décrites dans les documents GB-2 344 127 et WO-2006 087 239 remédient partiellement aux inconvénients des dispositifs des documents BE-1007274 et US-4 303 994. Dans ces installations connues, l'équipement de mesure est disposé dans une ou plusieurs chambres, formées à la périphérie de manchons qui sont incorporés dans le train de tiges de l'installation de forage. Cet agencement permet un accès aisé aux éléments de mesure. Il présente toutefois divers inconvénients, qui sont exposés ci-dessous.

Un premier inconvénient réside dans l'introduction, dans le train de tiges, d'un manchon de faible résistance mécanique. Le manchon est en effet soumis à des efforts qui peuvent être importants lors d'une opération de forage, notamment des efforts de compression axiale, de torsion ou encore des moments de flexion. En évidant la zone périphérique du manchon pour y former la chambre destinée à l'équipement de mesure, on déforce inévitablement sa résistance mécanique. La torsion, ainsi que les moments de flexion sollicitent en effet principalement les fibres extérieures du manchon. Ces fibres étant interrompues par la présence de la chambre en périphérie, les efforts de torsion et de flexion sont canalisés dans la partie centrale du manchon, de plus petit diamètre, ce qui l'expose à une rupture prématurée.

Dans les installations des documents GB-2 344 127 et WO-2006 087 239 la faible résistance du manchon en flexion et torsion a pour conséquence désavantageuse de perturber le bon fonctionnement de l'équipement de mesure, conduisant à une modification intempestive du comportement du train de tiges.

Dans ces installations connues, le manchon est en effet pourvu d'un fourreau externe, destiné à obturer la chambre renfermant l'équipement de mesure. Ce fourreau peut reprendre une partie des efforts que l'équipement de mesure a précisément pour mission de mesurer. Le calibrage de l'équipement de mesure est de ce fait rendu difficile.

La présence du fourreau à la périphérie du manchon est la cause d'un autre désavantage de ces installations de forage connues. Ce fourreau est en effet exposé à la boue de forage remontant dans la zone annulaire située entre le train de tiges et la paroi du puits. Cette boue de forage remontant le long du train de tiges est chargée en copeaux de roche ayant été arrachés par l'action de l'outil de forage. En outre, ce fourreau étant exposé au fluide de forage dans la partie externe du dispositif, il est soumis à la pression hydrostatique provenant du fluide de forage, qui peut être importante dans le cas de puits de grande profondeur. Le fourreau doit par conséquent être de forte épaisseur afin de résister à cette pression hydrostatique.

Au cours du forage, le fourreau entre en contact avec la paroi du puits. Il peut donc s'abîmer, se corroder, s'user, se dévisser, se perforer. Il peut donc s'ensuivre un disfonctionnement du dispositif. Il peut s'ensuivre également une grande difficulté lors du démontage du fourreau pour les opérations de maintenance de l'équipement de mesure.

Le fourreau pose encore problème lors des opérations de manutention du manchon et, plus généralement, du train de tiges. Il est notamment soumis à des efforts de torsion importants susceptible de l'endommager, lors des opérations de vissage du manchon sur le train de tiges. Cela est particulièrement le cas lorsque le fourreau est conçu pour minimiser la reprise d'efforts afin de diminuer son impact sur la prise de mesure. Résumé de l'invention L'invention vise à remédier aux inconvénients et désavantages des dispositifs de mesure connus, décrits plus haut. L'invention vise plus particulièrement à fournir un dispositif de mesure autonome, qui puisse facilement être séparé de l'installation de forage et récupéré, au cas où celle-ci serait détériorée.

Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif de mesure qui puisse être positionné dans une installation de forage de manière à éviter une discordance entre les mesures effectuées et les caractéristiques instantanées du trépan et de sa tête de forage.

Un objectif supplémentaire de l'invention consiste à fournir un dispositif de mesure de construction standard, qui puisse dès lors être fabriqué en grande série et dont le coût soit modéré.

Un objectif additionnel de l'invention consiste à fournir un dispositif de mesure suffisamment compact pour pouvoir être disposé à proximité immédiate du trépan (ou de sa tête de coupe), entre celui-ci et un moteur de fond. L'invention vise tout spécialement à fournir un dispositif de mesure du type comprenant un équipement de mesure dans un manchon destiné à être incorporé dans un train de tiges, qui évite les inconvénients des dispositifs connus décrits plus haut. Plus spécialement, l'invention vise à fournir un dispositif perfectionné de ce type, dans lequel le manchon présente une grande résistance mécanique, n'interfère pas sur le bon fonctionnement des composants de l'équipement de mesure et pour lequel les risques d'une détérioration par des outils de vissage sont minimisés, au cours d'un assemblage des éléments du train de tiges.

En conséquence, l'invention concerne un dispositif comprenant un équipement de mesure pour le suivi d'une opération de forage ou de carottage au moyen d'un trépan fixé à l'extrémité d'un train de tiges, ledit dispositif comprenant un manchon qui est conçu pour être interposé entre deux tiges du train de tiges ou entre le trépan et une tige du train de tiges et qui comprend au moins une chambre contenant l'équipement de mesure ; selon l'invention, le dispositif se caractérise en ce que la chambre débouche dans un conduit axial du manchon.

Description détaillée de l'invention

Dans l'installation selon l'invention, le trépan n'est pas critique et peut être tout trépan connu, communément utilisé pour le carottage ou le forage de puits minier, de puits de pétrole, de puits de gaz ou de puits artésiens. Le trépan comprend normalement, de manière usuelle, une tête de coupe et un raccord de jonction, fixé à la tête de coupe. Le raccord de jonction est destiné à fixer le trépan à l'extrémité d'un train de tiges.

Par définition, la tête de coupe comprend les outils coupants destinés à attaquer la roche du puits en cours de forage. Les outils coupants ne sont pas critiques pour l'invention et peuvent comprendre des outils fixes ou des molettes ou associer des outils fixes et des molettes.

Des exemple d'outils fixes sont ceux connus en technique de forage sous les dénominations « outils PDC » (ou « Polycrystalline Diamond Compact » dans la littérature anglo-saxonne), TSD (ou « Thermally Stable Synthetic Diamond » dans la littérature anglo-saxonne) et « Imprégnés ».

Le raccord de jonction porte la tête de coupe et comprend un organe d'accouplement amovible à un train de tiges. L'organe d'accouplement est avantageusement standardisé, par exemple conforme à la norme API (American Petroleum Institute), bien gue cela ne soit pas indispensable pour la définition de l'invention.

Le train de tiges sert de connexion mécanigue entre le trépan, situé au fond du puits, et un moteur. Celui-ci peut être un moteur de fond ou un moteur situé en surface. Le train de tiges est normalement formé d'un assemblage de tiges. Les tiges sont normalement assemblées les unes à la suite des autres, pendant la progression du trépan dans le puits en cours de forage.

Il peut être vertical, obligue, horizontal, cintré ou présenter tout autre profil adapté à celui du puits à forer. Pour réaliser leur jonction, les tiges sont pourvues d'organes d'accouplement gui sont généralement standardisés. Ces organes d'accouplement comprennent habituellement des embouts filetés, vissés dans des embouts taraudés correspondant. Ils sont avantageusement conformes à la norme API (American Petroleum Institute). L'éguipement de mesure sert à relever et mesurer des paramètres de forage, tels gue la vitesse instantanée de rotation du trépan et ses variations de vitesse au cours du temps, la position du trépan dans le puits, les efforts mécanigues auxguels il est soumis dans le puits, notamment la grandeur et la direction des contraintes axiales et latérales au contact de la paroi du puits, la conductibilité électrigue des boues de forage (liste exemplative et non exhaustive). L'éguipement de mesure n'est pas critigue pour la définition de l'invention et peut notamment comprendre des accéléromètres, des magnétomètres, des thermomètres, des manomètres, des électrodes de mesure de résistance électrique, des jauges de contrainte mécanique ou toutes autres jauges de mesure de grandeurs physiques ou chimiques communément utilisées dans les équipements de mesures des installations de forage ou de carottage de puits. Des informations complémentaires concernant l'équipement de mesure utilisable dans le dispositif selon l'invention sont notamment accessibles dans les documents BE-1007274 et EP-0377235. L'équipement de mesure peut comprendre un dispositif autonome d'enregistrement. En variante, il peut être relié à un dispositif d'enregistrement et d'analyse situé en surface.

Par définition, dans le cadre de la présente invention, l'expression « équipement de mesure » incorpore le circuit d'alimentation électrique des jauges de mesures dudit équipement de mesure. Cette alimentation électrique peut comprendre une ou plusieurs piles électriques ou un ou plusieurs accumulateurs électriques, ainsi que des composants électroniques normalement nécessaires au fonctionnement des jauges de mesure. L'équipement de mesure est logé dans au moins une chambre ménagée dans un manchon et celui-ci est conçu pour être interposé entre deux tiges du train de tiges ou entre le trépan et une tige du train de tiges.

Le manchon est une pièce mécanique de jonction, qui est conçue pour assurer la jonction mécanique entre deux tiges du train de tiges ou entre une tige du train de tiges et le trépan. Il est dès lors équipé d'un organe d'accouplement au train de tiges. Des détails concernant cet organe d'accouplement seront communiqués plus loin.

Le manchon peut avoir toute forme compatible avec son insertion dans le train de tiges ou entre celui-ci et le trépan. Ses dimensions doivent évidemment être compatibles avec son passage dans le puits, sans contrecarrer le forage et la progression du trépan dans le puits. Il est de préférence cylindrique.

La chambre ménagée dans le manchon doit avoir des dimensions suffisantes pour accueillir l'équipement de mesure. Il peut s'agir d'une chambre unique ou de deux ou plusieurs chambres.

Selon une première caractéristique de l'invention, le manchon présente un conduit axial. Le conduit axial est généralement rectiligne. Il peut avantageusement servir à la circulation d'un fluide de forage, notamment un boue ou un liquide de forage et il est alors conçu pour être disposé dans le prolongement de conduits axiaux correspondants du train de tiges.

Selon une seconde caractéristique de l'invention, la chambre précitée du manchon présente une ouverture qui débouche dans le conduit axial.

Le diamètre du conduit axial du manchon et les dimensions de l'ouverture précitée de la chambre doivent être compatibles avec les dimensions des composants de l'équipement de mesure, de manière que ceux-ci puissent être introduits dans la chambre via ledit conduit axial et ladite ouverture. Nonobstant cette condition, la forme et les dimensions de l'ouverture de la chambre du manchon ne sont pas critiques pour la définition de l'invention.

La profondeur radiale de la chambre du manchon doit être suffisante pour contenir les composants de l'équipement de mesure. Elle ne peut toutefois pas excéder une valeur critique, qui affaiblirait la résistance mécanique du manchon. En règle générale, la profondeur radiale optimum de la chambre va être conditionnée par le diamètre externe du manchon, de telle sorte que l'épaisseur radiale du manchon entre sa face périphérique externe et la chambre, soit suffisante pour garantir une résistance mécanique suffisante au manchon au cours d'une utilisation normale de celui-ci dans une installation de forage.

Dans la suite du présent mémoire, la face périphérique externe du manchon est sa face qui, lors de l'utilisation du manchon dans une installation de forage dans un puits, fait face à la paroi du puits. Par opposition, la face interne du manchon est celle qui délimite le conduit axial du manchon.

Le manchon peut éventuellement être percé, depuis sa face périphérique externe, d'un regard de visite en communication avec la chambre. Le cas échéant, les dimensions du regard de visite doivent être suffisamment faibles, pour ne pas interférer de manière sensible avec la résistance mécanique du manchon. En pratique, on préfère que la chambre contenant l'équipement de mesure ne possède pas d'accès à la face externe périphérique du manchon.

Dans le dispositif selon l'invention, l'ouverture précitée de la chambre contenant l'équipement de mesure doit être obturée. Cette obturation peut être réalisée par tout moyen approprié, capable de réaliser une obturation hermétique et de résister à la pression du fluide de forage pendant une utilisation normale de l'installation de forage. Ce moyen peut être inamovible et comprendre un panneau soudé ou collé sur la face interne du manchon. On préfère, selon l'invention, un moyen d'obturation amovible.

Dans le dispositif selon l'invention, le manchon et la chambre contenant l'équipement de mesure sont avantageusement conformés de manière à éviter la formation d'un balourd lorsque le manchon, chargé de l'équipement de mesure, est incorporé dans le train de tiges.

Dans une forme de réalisation avantageuse du dispositif selon l'invention, le manchon est cylindrique et la chambre contenant l'équipement de mesure comprend une gorge, qui est ménagée radialement à travers son conduit axial. Dans le cas d'une chambre unique, la gorge est de préférence annulaire. Dans le cas où le manchon comprend plusieurs chambres, celles-ci peuvent avantageusement être formées dans des gorges qui sont uniformément réparties à la périphérie du conduit axial du manchon.

Dans la forme de réalisation avantageuse qui vient d'être décrite, l'obturation de la ou des gorge(s) peut être réalisée par tout moyen connu adéquat. On préfère, selon l'invention, utiliser une bague que l'on applique sur la face interne (définie plus haut) du manchon, autour de son conduit axial. La bague et son mode de fixation au manchon doivent être conçus pour résister à la pression du fluide de forage.

Le dispositif selon l'invention, conforme à la forme de réalisation avantageuse décrite ci-dessus, présente la particularité intéressante d'avoir une résistance mécanique et une rigidité importantes du fait que l'ensemble de l'équipement de mesure est logé dans une gorge unique ou dans un nombre limité de gorges, positionnées autour du conduit axial du manchon. Cette disposition permet en effet de conserver une importante quantité de matière (métal) à la périphérie du manchon, ce qui lui confère une grande résistance mécanique. Cette grande résistance à la torsion, à la flexion et à la compression permet de positionner le dispositif à tout endroit du train de tige, depuis l'outil de forage jusqu'à la surface du puits. Une telle disposition présente l'avantage supplémentaire de faciliter la manutention du dispositif, lors des opérations de vissage et de dévissage du manchon dans un train de tiges, le manchon ne risquant pas d'être détérioré par les couples de forage importants mis en œuvre dans de telles opérations.

Le dispositif selon l'invention, conforme à la forme de réalisation avantageuse décrite plus haut présente la particularité intéressante d'être compact et d'encombrement réduit.

Dans une forme de réalisation tout particulièrement préférée de l'invention, des composants de l'équipement de mesure sont superposés dans la gorge, dans une direction transversale par rapport à l'axe de symétrie du manchon. Toutes autres choses étant égales par ailleurs,, cette variante de réalisation de l'invention renforce la compacité du dispositif et réduit son encombrement.

De manière plus générale, dans cette forme de réalisation particulière de l'invention, l'équipement de mesure comprend au moins deux composants qui sont superposés dans la gorge.

Dans le présent mémoire, le vocable « superposé » est considéré dans une direction radiale du manchon et de la gorge. Parmi les deux composants superposés, celui qui est le plus éloigné de l'axe de rotation du manchon est, par définition, au-dessus de l'autre composant.

Dans un mode d'exécution particulier de la variante de réalisation décrite ci-dessus, l'un des composants est disposé dans le fond de la gorge et l'autre composant est posé sur un cavalier qui chevauche le composant disposé au fond de la gorge. Ce mode d'exécution de l'invention facilite la construction du dispositif et le positionnement optimum de l'équipement de mesure dans la gorge.

Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, les deux composants de l'équipement de mesure comprennent avantageusement au moins une jauge de mesure de contrainte mécanique, qui est disposée dans le fond de la gorge et un circuit électronique qui est disposé au-dessus de la jauge de contrainte mécanique. Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, la jauge de mesure de contrainte mécanique est une jauge de mesure, conçue pour mesurer une tension mécanique générée par un effort de traction, de compression, de flexion ou de torsion auquel le manchon est soumis pendant son utilisation normal dans une installation de forage ou de carottage.

De telles jauges de mesure sont bien connues en technique. Par la suite, pour une question de simplicité, l'expression « jauge de contrainte mécanique » sera utilisée pour désigner une jauge de mesure d'une contrainte mécanique.

Dans le mode d'exécution préféré qui vient d'être décrit, il est avantageux de loger la jauge de contrainte mécanique dans une gouttière qui est ménagée dans le fond de la gorge. La gorge et la gouttière sont de préférence annulaires.

Dans le mode d'exécution préféré qui vient d'être décrit, il est avantageux que le composant qui est disposé au-dessus de la jauge de contrainte mécanique comprenne un générateur électrique, en plus du circuit électronique. Dans cette variante de l'invention, le générateur électrique peut par exemple comprendre un ensemble de piles, qui sont emprisonnées dans un boîtier amovible. Les piles peuvent être montées de manière amovible dans le boîtier ou noyées dans un bloc de résine.

Dans une variante d'exécution spécialement recommandée du mode d'exécution préféré décrit ci-dessus, le circuit électronique est posé sur un cavalier qui chevauche la jauge de contrainte mécanique. Cette variante de l'invention facilité la construction du dispositif et le positionnement optimum de l'équipement de mesure dans la gorge.

Dans le dispositif selon l'invention, l'équipement de mesure peut avantageusement comprendre, en plus de la jauge de contrainte mécanique, des jauges de mesure additionnelles, sélectionnées parmi les accéléromètres, les magnétomètres, les thermomètres, les manomètres et les électrodes de mesure de résistance électrique.

Dans une forme de réalisation particulière, destinée à réduire davantage encore le risque d'une détérioration du manchon dans une opération de vissage/dévissage, on ménage une cannelure circonférentielle à travers la face périphérique externe du manchon, autour de la chambre contenant l'équipement de mesure. Dans une forme de réalisation modifiée, on forme un réseau de cannelures longitudinales (parallèles à l'axe du conduit axial) et circonférentielles sur la face périphérique externe du manchon. Dans ces deux formes de réalisation de l'invention, les cannelures ont pour fonction de protéger le manchon des empreintes pouvant être laissées par les mors des clés de serrage utilisées pour les opérations de vissage et dévissage. Ces cannelures sont de préférence superficielles, typiquement caractérisé par des profondeurs de cannelures de 1 à 5 mm.

Dans une forme de réalisation supplémentaire du dispositif selon l'invention, on dispose sur la face périphérique externe du manchon, des ailettes garnies d'éléments résistant à l'abrasion, qui ont pour fonction de centrer le manchon et le train de tiges dans le puits de forage.

Comme exposé plus haut, le manchon du dispositif selon l'invention est conçu pour être inséré, soit entre deux tiges du train de tiges et assurer leur jonction, soit entre un tige et le trépan et assurer alors leur jonction. Le manchon est dès lors équipé d'organes d'accouplement conçus pour réaliser ces jonctions. Ces organes d'accouplement peuvent avantageusement être du type de ceux décrits plus haut pour l'assemblage des tiges du train de tiges et comprendre une extrémité filetée et une extrémité taraudée. Ils sont avantageusement standardisés, par exemple conforme à la norme API (American Petroleum Institute). Dans cette forme de réalisation de l'invention, l'extrémité filetée du manchon est destinée à être vissée dans une extrémité taraudée correspondante d'une tige du train de tiges et son extrémité taraudée est destinée à être vissée sur l'extrémité filetée correspondante d'une autre tige du train de tiges ou sur l'extrémité filetée d'un raccord de jonction du trépan.

Grâce à sa grande résistance mécanique, le manchon (et l'équipement de mesure qu'il contient) peut être disposé à volonté à tout endroit le long du train de tiges tout en minimisant les risques de rupture du manchon. Cette particularité de l'invention présente l'avantage qu'elle permet d'insérer à tout moment un équipement de mesure supplémentaire dans le train de tiges, par exemple pour réaliser des mesures complémentaires ou pour pallier à une déficience occasionnelle d'un équipement de mesure situé dans le fond du puits en cours de forage. Grâce à sa grande résistance mécanique, le dispositif selon l'invention permet dorénavant de disposer un équipement de mesure à proximité immédiate de la tête de coupe du trépan et du front de taille, idéalement entre le trépan et un moteur de fond ou tout autre dispositif de forage permettant une déviation, tel que les systèmes récents de déviation en forage rotatoire (« Rotary Steering System » dans la littérature anglo-saxonne)

Le dispositif selon l'invention constitue une pièce standard pour l'insertion d'équipements de mesure à volonté dans des installations de forage de puits, à tout endroit approprié à proximité immédiate du trépan ou dans le train de tiges. Il peut être monté en un exemplaire unique ou en plusieurs exemplaires dans le train de tiges et il peut par ailleurs être récupéré, avec son équipement de mesure, pour être utilisé ultérieurement dans une autre installation de forage.

Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse du dispositif selon l'invention, le manchon est conçu pour être fixé directement et de manière amovible à la tête de coupe du trépan. Dans cette forme de réalisation de l'invention, le manchon constitue le raccord de jonction du trépan au train de tiges. Une des extrémités du manchon comprend un organe de fixation amovible à la tête de coupe du trépan et son autre extrémité comprend un organe d'accouplement usuel à un train de tiges. L'organe de fixation à la tête de coupe doit être conçu pour assurer une connexion rigide. A cet effet, le manchon peut avantageusement être boulonné à la tête de coupe. L'organe d'accouplement au train de tiges comprend normalement, de manière usuelle, un embout fileté, destiné à être vissé dans un embout taraudé correspondant d'une tige du train de tiges. Il est avantageusement standardisé, par exemple conforme à la norme API (American Petroleum Institute).

Dans la forme de réalisation gui vient d'être décrite, l'utilisation de boulons ou de vis pour fixer le manchon sur la tête de coupe présente l'avantage de faciliter les opérations de montage et de démontage, qui ne nécessitent pas un outillage spécial et peuvent par conséguent être effectuées directement sur un chantier d'exploitation. En effet, un système d'assemblage simplement vissé des deux parties impliquerait des couples de serrage importants, nécessitant des machines spécialisées.

La forme de réalisation qui vient d'être décrite présente l'avantage gue l'équipement de mesure est situé dans le trépan, au voisinage immédiat de la tête de coupe et du front de forage du puits. Il s'ensuit, toutes autres choses étant égales par ailleurs, une fiabilité optimum des mesures effectuées, celles-ci n'étant pas perturbées par des déformations locales subies par le train de tiges.

Dans la forme de réalisation particulièrement avantageuse gui vient d'être décrite, le manchon du dispositif selon l'invention fait partie intégrante du trépan. 1/ invention concerne dès lors également un trépan comprenant, classiquement, une tête de coupe et un raccord fileté pour sa jonction à un train de tiges, dans lequel le raccord fileté est un manchon conforme à 1'invention. L'invention concerne également une installation pour le forage et/ou le carottage, comprenant un trépan et un train de tiges, l'installation se caractérisant en ce qu'elle incorpore un dispositif conforme à l'invention.

Dans l'installation selon l'invention, le dispositif peut être disposé entre deux tiges du train de tiges ou entre une tige et un raccord de jonction d'une tête de coupe du trépan. Bien que cela ne soit pas obligatoire pour la réalisation de 1'invention, on préfère que le dispositif soit disposé au voisinage immédiat du trépan.

Dans une forme de réalisation préférée de l'installation selon l'invention, le trépan qui l'équipe est un trépan conforme à l'invention, dans lequel le dispositif constitue le raccord de jonction de la tête de coupe au train de tiges.

Brève description des figures

Des particularités et détails de l'invention vont apparaître au cours de la description suivante des figures annexées, qui représentent quelques formes de réalisation particulières de l'invention.

La figure 1 montre une forme de réalisation particulière du dispositif selon l'invention, en section axiale ;

La figure 2 est une coupe selon le plan II-II de la figure 1 ;

La figure 3 montre une forme de réalisation modifiée du dispositif selon l'invention, en section longitudinale axiale ;

La figure 4 est une coupe selon le plan IV-IV de la figure 3 ;

La figure 5 montre une variante d'exécution du dispositif de la figure 3 ;

La figure 6 montre, en section longitudinale axiale, une autre forme de réalisation modifiée du dispositif des figures 1 et 2 ;

La figure 7 montre une forme de réalisation particulière du trépan selon l'invention, en section longitudinale axiale ; et

La figure 8 est une coupe selon le plan VIII-VIII de la figure 7.

Dans les figures, les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments.

Description détaillée de modes de réalisation particuliers

Le dispositif conforme à l'invention, représenté aux figures 1 et 2 comprend un manchon 1 sensiblement de révolution autour d'un axe rectiligne X. Le manchon délimite un conduit cylindrique 11 dont l'axe est confondu avec l'axe X. Une extrémité du manchon 1 présente un embout tronconique fileté 2 et l'autre extrémité présente un embout tronconique taraudé 4. L'embout fileté 2 est agencé pour être vissé dans un embout taraudé correspondant d'une tige (non représentée) d'un train de tiges d'une installation de forage ou de carottage. L'embout taraudé 4 est agencé pour venir se visser sur un embout fileté correspondant 7 d'une autre tige du train de tiges ou du raccord de jonction d'un trépan (non représenté). Les embouts filetés 2 et taraudés 4 sont conformes à la norme API (American Petroleum Institute).

Entre ses embouts d'extrémités 2 et 4, le manchon présente une gorge radiale circulaire 5, gui est ouverte en regard du conduit axial 11. La gorge 5 forme une chambre annulaire. La chambre annulaire 5 contient un éguipement de mesure. Celui-ci comprend une jauge de mesure (non représentée) et un ensemble de piles électriques ou d'accumulateurs 10. La jauge est posée sur un cavalier 8 qui chevauche les piles 10 et qui est fixé à la paroi circulaire 9 formant le fond de la gorge circulaire 5. La fixation du cavalier 8 dans la gorge 5 peut être réalisée par tout moyen approprié, par exemple au moyen de vis (non représentées). Posée et fixée au cavalier 8, la jauge se situe ainsi entre le cavalier et le fond 9 de la gorge 5. La chambre annulaire 5 est obturée au moyen d'une bague 6, vissée sur une zone taraudée correspondante du manchon 1. Des joints toriques 14 assurent l'herméticité de la chambre 5.

Les composants de l'équipement de mesure doivent être conformés et dimensionnés pour pouvoir passer à travers le conduit axial 11 du manchon et être introduits dans la chambre annulaire 5. Ils doivent en outre être conformés et dimensionnés pour ne pas entraver le positionnement de la bague 6 servant à l'obturation de la chambre 5. L'équipement de mesure est conçu pour relever des paramètres de fonctionnement d'une opération de forage ou de carottage. Il peut comprendre plus d'une jauge de mesure, celle-ci pouvant par exemple comprendre, de manière usuelle, un accéléromètre, un magnétomètre, un thermomètre, un manomètre, une électrode de mesure de résistance électrique ou une jauge de contrainte mécanique (liste non exhaustive). L'équipement de mesure peut également comprendre un ensemble de composants et de circuits électroniques servant à l'enregistrement et au traitement des grandeurs physiques et, le cas échéant, chimiques relevées par la ou les jauge(s) de mesure. La chambre 5 peut également comprendre un organe de régulation (non représenté) pour le démarrage ou la mise en veille automatique de la ou des jauge(s) de mesure.

Cet organe de régulation, bien connu en technique, comprend normalement une horloge et un détecteur de mouvement du trépan, qui est programmé pour relever l'état de mouvement ou de contrainte du trépan à intervalles de temps prédéfinis (par exemple sa vitesse de rotation ou un couple) et mettre la ou chaque jauge de mesure en état de veille tant que le trépan est au repos ou l'actionner si le trépan est en mouvement ou sous sollicitations.

Le conduit axial 11 se prolonge dans les embouts 2 et 4 du manchon 1. Il est dimensionné de telle sorte que, lorsque le manchon 1 est monté dans un train de tiges d'une installation de forage ou de carottage, ledit conduit axial 11 soit disposé dans le prolongement de conduits correspondants du train de tiges et serve alors à la circulation d'un fluide de forage ou de carottage. Pour qu'elle ne constitue pas une entrave à la circulation du fluide de forage, la bague 6 est avantageusement encastrée dans une zone en retrait du conduit 11.

Il est avantageux que la bague 6 se prolonge jusque l'embout taraudé 4 du manchon. De cette manière, dès que le manchon 1 est vissé sur l'embout fileté 7 d'une tige voisine du train de tige, cet embout fileté 7 vient prendre appui contre la bague 6, empêchant tout déplacement de celle-ci.

Le manchon 1 est destiné à être inséré entre deux tiges du train de tiges d'une installation de forage ou de carottage ou entre le trépan et la première tige du train de tiges. A cet effet, on visse l'embout fileté 2 du manchon dans un embout taraudé correspondant d'une tige du train de tiges et on visse son embout taraudé 4 sur l'embout fileté 7 du trépan ou d'une autre tige du train de tiges.

Il est avantageux de ménager une cannelure circonférentielle 25 à la périphérie du manchon 1, autour de la chambre 5. Cette cannelure est destinée à éviter que les mors d'une pince provoque une détérioration de la surface du manchon autour de la chambre 5, lors d'un vissage du manchon sur une tige d'un train de tiges.

Dans la forme de réalisation des figures 3 et 4, le manchon 1 porte, à sa périphérie trois ailettes radiales 26, dont les arêtes 27 sont garnies d'éléments résistant à l'abrasion. Ces ailettes 26 ont pour fonction de centrer le manchon et le train de tiges dans le puits de forage 28.

Dans la variante d'exécution de la figure 5, les ailettes 26 s'étendent sur une partie seulement de sa face périphérique 30, en évitant de recouvrir la zone 32 de la face périphérique, qui entoure la chambre 5.

Dans la forme de réalisation schématisée à la figure 6, le manchon est percé, depuis sa face périphérique externe 30, d'un regard de visite 29 en communication avec la chambre 5. Le regard de visite 29 débouche dans une zone de la face 30 du manchon qui n'est normalement pas sollicitée par les outils utilisés pour visser le manchon sur un train de tiges. Il est en outre de dimensions suffisamment réduites pour ne pas influencer sur la résistance mécanique du manchon. En pratique, le diamètre du regard 29 est très inférieur aux dimensions des composants de l'équipement de mesure et aux dimensions de la chambre 5, particulièrement de son ouverture 24. Le regard de visite 29 est normalement obturé hermétiquement par un bouchon amovible 31.

Le trépan selon l'invention, représenté aux figures 7 et 8 comprend une tête de coupe 15 munie de lames longitudinales 16 portant des outils coupants 17. Des têtes de coupe de ce type sont bien connues dans les techniques de forage de puits de pétrole.

La tête de coupe 15 est fixée à un raccord de jonction 18, au moyen d'une couronne de vis 19, traversant une bride annulaire 20 du raccord 18. Un assemblage de cannelures et nervures 21 renforce la fixation de la tête de coupe 15 au raccord 18 et une jonction tronconique 23 renforce la résistance de l'assemblage à la flexion.

Le raccord de jonction 18 est tubulaire et traversé par un conduit axial cylindrique 11. Il est pourvu, à son extrémité postérieure, d'un embout tronconique fileté 2, destiné à être inséré et vissé dans un embout taraudé correspondant d'une tige d'un train de tiges. Le raccord de jonction 18 est de conception similaire au manchon 1 décrit aux figures 1 à 3. Il comprend comme lui, une chambre annulaire 5 à laquelle on accède par une ouverture 24 dans le conduit axial 11 pour y introduire un équipement 10 pour la mesure de paramètres de fonctionnement d'une opération de forage ou de carottage. Pour ce qui concerne cet équipement de mesure 10, on peut répéter ce qui a été dit plus haut pour l'équipement de mesure 10 du dispositif des figures 1 et 2. Une bague 6 obture hermétiquement l'ouverture 24 de la chambre 5.

Claims (24)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif comprenant un équipement de mesure de paramètres d'une opération de forage ou de carottage au moyen d'un trépan fixé à l'extrémité d'un train de tiges, ledit dispositif comprenant un manchon (1, 18) qui est conçu pour être interposé entre deux tiges du train de tiges ou entre le trépan et une tige du train de tiges et qui comprend au moins une chambre (5) contenant l'équipement de mesure, caractérisé en ce que la chambre débouche dans un conduit axial (11) du manchon.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (1, 18) est cylindrique et la chambre comprend une gorge (5) qui est ménagée dans le manchon, à la périphérie du conduit axial (11).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge (5) est circulaire.
4. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le cas où le manchon (1, 18) comprend au moins deux chambres, celles-ci comprennent deux gorges (5) qui sont disposées uniformément à la périphérie du conduit axial (11).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la ou chaque gorge (5) est obturée par une bague (6).
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le manchon comprend un embout taraudé (4) pour sa fixation à un embout fileté correspondant (7) d'un constituant d'une installation de forage et en ce que la bague (6) s'étend jusque dans l'embout taraudé (4).
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une cannelure circonférentielle (25) est ménagée à travers la face périphérique externe (30) du manchon (1), autour de la chambre (5) contenant l'équipement de mesure (10).
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'équipement de mesure comprend au moins deux composants (10) qui sont superposés dans la ou chaque gorge (5).
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'un des composants est disposé dans le fond de la gorge (5) et en ce que l'autre composant (10) est posé sur un cavalier (8) qui chevauche le composant disposé au fond de la gorge.
10. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les composants susdits de l'équipement de mesure comprennent une jauge de mesure et un accumulateur électrique (10).
11. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le manchon (1) porte des ailettes radiales (26) à sa périphérie, dont les arêtes 27 sont garnies d'éléments résistant à l'abrasion.
12. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les ailettes sont au moins trois.
13. 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les ailettes s'étendent sur une partie seulement de la face périphérique externe (30) du manchon (1), sans recouvrir la zone (32) de ladite face périphérique (30), qui entoure la chambre (5).
14. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le manchon (18) est conçu pour être fixé de manière amovible à une tête de coupe (15) du trépan.
15. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une extrémité du manchon (1) comprend une bride (20) pour sa fixation à la tête de coupe (15) du trépan au moyen de vis (19) ou d'un moyen équivalent, l'autre extrémité du manchon comprenant un embout fileté (2) pour sa fixation à une tige du train de tiges.
16. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le manchon (1) comprend un embout fileté (2) pour sa fixation à une tige du train de tiges et un embout taraudé (3, 4) pour sa fixation à une autre tige du train de tiges ou à un raccord de jonction du trépan.
17. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'équipement de mesure (10) est conçu pour mesurer la vitesse instantanée de rotation du trépan, ainsi que la grandeur instantanée et la direction instantanée d'efforts latéraux sur le trépan.
18. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'équipement de mesure (10) comprend des jauges de mesure sélectionnées parmi les accéléromètres, les magnétomètres, les thermomètres, les manomètres, les électrodes de mesure de résistance électrique et les jauges de contrainte mécanique.
19. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la chambre (1, 18) du manchon contient en outre un organe de régulation pour le démarrage ou la mise en veille automatique de l'équipement de mesure (10).
20. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'organe de régulation comprend une horloge et un détecteur de mouvement du trépan, qui est programmé pour relever l'état de mouvement ou de contrainte du trépan à intervalles de temps prédéfinis et mettre l'équipement de mesure en état de veille tant que le trépan est au repos ou l'actionner si le trépan est en mouvement ou sous sollicitations.
21. 21. Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'état de mouvement ou de contrainte susdit comprend la vitesse de rotation du trépan et/ou un couple.
22. 22. Trépan comprenant une tête de coupe (15) fixée à un raccord fileté pour sa jonction à un train de tiges, caractérisé en ce que le raccord comprend un manchon (18) conforme à l'une quelconque des revendications 14, 15 et 17 à 21.
23. 23. Installation pour le forage et/ou le carottage comprenant un trépan et un train de tiges, caractérisée en ce qu'elle incorpore un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 21.
24. 24. Installation pour le forage et/ou le carottage comprenant un trépan et un train de tiges, caractérisée en ce que le trépan est conforme à la revendication 22.