La présente invention concerne le Forage de puits de
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�j nel. Plus spécialement même, la présente invention se rapporte à l'utilisation d'un protecteur de tubage en combinaison, par exem- ple, avec un turboforet classique dans lequel, conformément à l'invention, le protecteur de tubage est mobile depuis une première position où le turbo foret est en substance aligné axialement sur le train de tiges jusqu'à une deuxième position ou posi- tion "coudée", de sorte qu'une déviation d'un degré désiré est
créée entre le train de tiges et le turboforet.
Bien que l'on projette normalement de forer verticalement les trous des puits, de nombreux cas se présentent au cours desquels il est nécessaire ou avantageux de forer selon un angle s'écartant de la verticale. Le forage directionnel contrôlé, tel
qu'il est dénommé dans la présente technique, permet d'atteindre
des points se situant au-dessous de la surface et éloignés laté- ralement du point où le trépan de forage pénètre dans la terre. Certains exemples d'utilisation du forage directionnel sont des emplacements inaccessibles (tels que ceux au-dessous des rivières
ou de pièces d'eau semblables lorsque le forage commence à terre),
le contrôle de calottes de sel, le contrôle de puits de dégagement,
le contrôle de puits marginaux, le contrôle de plans de défaut
et le contrôle de lignes de propriété. Additionnellement, le forage
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totalité du forage doit avoir lieu nécessairement à partir d'une plate-forme fixe se trouvant dans un endroit situé dans les eaux
du large. Une autre application du forage directionnel est considérée lorsque des obstructions empêchent une direction de puits
en substance verticale.
Un procédé de forage directionnel de puits est le procédé dit à manche de fouet. Un autre procédé est un procédé d'usage très courant où on emploie un turboforet en combinaison avec un ensemble protecteur coudé. Le turboforet est un dispositif classique utilisant un fluide qui est pompé sous pression par le centre du moteur dirigé vers le bas, à travers des zones de vide comprises entre un "rotor" et la voie de passage en spirale doublée de caoutchouc d'un "stator" extérieur. Afin que l'écoulement se produise, le rotor est déplacé et mis en rotation dans le stator par la pression de la colonne de fluide, ce qui entraîne ainsi la barre de liaison, un arbre de commande creux et finalement un protecteur de trépan classique à l'extrémité de l'outil.
Un. turboforet manufacturé de ce type est le "Dyna-Drill" qui est apparu en 1964 ou aux environs de cette année. Le fonctionnement et l'utilisation du "Dyna-Drill" pour le forage directionnel sont donnés dans le "Dyna-Drill Handbook" (deuxième édition) distribué par Dyna-Drill, Division of Smith International, Inc.
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protecteur est une courte pièce filetée de tube de forage utilisée pour adapter ensemble en général les parties du train de tiges de forage qui ne peuvent pas d'ailleurs être vissées ensemble à cause de la différence de conception ou des dimensions de filet. Dans le cas du forage directionnel, le protecteur est coudé pour produire l'angle désiré entre la partie inférieure du train de tiges (un collier de contrôle non magnétique étant normalement la partie la plus inférieure du train de tiges de forage qui s'at-
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qui s'attache à l'extrémité opposée du protecteur (cet arrange-
ment général est représenté à la figure 1 de la demande de brevet américain n[deg.] 825.589 du Demandeur, où un protecteur classique coudé en permanence de la technique antérieure est reproduit).
L'emploi d'un protecteur coudé fixe ou non déplaçable
exige que le train de tiges de forage soit abaissé dans le puits à partir de la surface, le protecteur coudé créant un noeud dans
la partie la plus inférieure du train de tiges de forage, noeud f
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pie, une longueur de 9,14 m), même un petit degré de coudage du protecteur peut créer une excentricité relativement grande du
train de tiges de forage.
On a octroyé de nombreux brevets qui concernent le problème du forage directionnel. La plupart de ces brevets fournissent des systèmes qui permettent de résoudre le problème consistant à produire la direction du forage lui-même, mais qui ne résolvent pas complètement et d'une manière satisfaisante le problème de l'abaissement du turboforet et du protecteur coudé dans la
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Une liste de certains brevets antérieurs, qui peuvent être adéquats, est donnée dans le tableau ci-après.
Brevets antérieurs
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attaché (premier exemple de réalisation) ou d'un signal électrique engendré à la surface (deuxième exemple de réalisation) en effectuant un changement de l'orientation du protecteur depuis une première position où le train de tiges de forage et le turboforet
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me position où le train de tiges de forage et le turboforet sont déviés l'un par rapport à l'autre (voir figures 2 et 9), en for-
mant un angle sélectionné d'un nombre possible d'angles désirés
pour le forage directionnel.
Dans son premier exemple de réalisation, l'appareil de
la présente invention comprend en général un corps comportant
un dispositif de fixation à l'une de ses parties finales, lequel prévoit, par exemple, un raccord fileté qui peut s'attacher à un train de tiges de forage classique ou à un collier de contr8le
non magnétique ou "Monel" ou analogue. La partie interne du corps
est garnie d'un manchon coulissant, le manchon étant doté, à sa partie finale la plus externe, d'un élément fileté ou élément de raccordement similaire pour une fixation au turboforet. Cet élément de raccordement (auquel un turboforet peut être attaché) et
le manchon auquel il est attaché, sont mobiles par rapport au
corps, tous deux d'une manière coulissante et rotative dans cer- taines limites. Cet élément de raccordement mobile peut ainsi
être allongé et se rétracter par rapport au corps ou être mis en. rotation relativement à celui-ci.
L'élément de raccordement mobile le plus proche du turbo- foret est muni également, dans le premier exemple de réalisation, d'ergots de blocage qui coopèrent avec les éléments correspondants du corps. Lorsque l'élément de raccordement mobile glisse, y com-
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<EMI ID=15.1> <EMI ID=16.1> que désiré, ce qui provoque le "déplacement" d'une première posi-
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Dans cette position allongée, les ergots sont écartés des évide- ments correspondants du corps. Pareillement, lorsque le manchon
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ter dans le corps, les ergots forment un raccord de blocage fixe et non rotatif avec le corps (voir figures 2 et 3).
La rotation de l'élément de raccordement mobile (auquel le turboforet est raccordé) entraîne un changement de l'orientation axiale du raccord de rotation et de son turboforet attaché par rapport au train de tiges de forage. Ainsi, une rotation à
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axialement alignée sur le train de tiges de forage à une position
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deuxième position ou position "coudée" qui est désirable pour le forage directionnel contr8lé.
Les exemples de réalisation de la présente invention permettent une variation sélectionnée de l'angle de déviation dans l'outil lui-même, de sorte que cet outil peut être utilisé pour un nombre d'angles différents. Le premier exemple de réali-
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sélectionné, manuellement réglé à la surface, tandis que le deu-
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poré qui permet la variation de l'angle de déviation, l'outil
étant mis en place ou descendu "dans le trou".
Afin de mieux comprendre la nature et les buts de la présente invention, il convient de se référer à la description détaillée ci-après, établie en liaison avec les dessins ci-annexés où les pièces semblables sont désignées par les mêmes réfé- rences numériques et dans lesquels :
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trou; la figure 2 est une vue latérale du premier exemple de réalisation préféré de l'appareil de la présente invention dans sa position "coudée" comme désiré pour le forage directionnel; la figure 3 est une vue latérale en coupe transversale du premier exemple de réalisation de la disposition "coudée" de la figure 2;
la figure 4 est une vue latérale, partiellement en coupe transversale du premier exemple de réalisation de la disposition alignée de la figure 1; la figure 5 est une vue latérale partielle du premier exemple de réalisation et montre en particulier la partie ergot- évidement de l'outil dans une position intermédiaire des éléments mobiles entre la position alignée extrême des figures 1 et 4 et la position bloquée "coudée" des figures 2 et 3; la figure 6 est une vue en coupe latérale transversale établie le long de la ligne 6-6 de la figure 3; et la figure 7 est une vue partielle rapprochée en coupe transversale établie le long de la ligne 7-7 de la figure 3 du premier exemple de réalisation et montre les détails structuraux du mécanisme de blocage de broche; tandis que
les figures 8 et 9 sont des vues latérales en coupe
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pareil de la présente invention et le montrent dans sa position alignée (figure 8) et ensuite dans sa position "coudée" (figure
9); et
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la géométrie impliquée dans le fonctionnement structural des exem- ples de réalisation préférés, la figure 10 reproduisant l'outil dans sa position alignée et la figure 11 représentant l'outil dans sa position "coudée".
Un premier exemple de réalisation préféré de l'outil de la présente invention est désigné en général par la référence numérique 10 aux figures 1 à 4. L'outil 10 comprend en général un corps extérieur 12 muni d'un raccord final fixe supérieur 30 et d'un raccord mobile inférieur 40. Tel que ceci est bien visible en examinant les figures 1 à 4, la rotation du raccord mobile 40
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alignée (voir figures 1 et 4) à une deuxième position sélectionnée, non axiale ou "coudée" (voir figures 2 et 3).
La figure 1 de la demande de brevet américain connexe du Demandeur (n[deg.] 825.589, dont la divulgation complète est citée ici à titre de référence) représente le fonctionnement d'un protecteur classique qui est normalement fixé en permanence dans la position non axialement alignée ou "coudée" représentée. Ce protecteur classique est fabriqué ordinairement en désaxant le raccord de fond pour former la configuration angulaire désirée. En ce qui concerne les exemples de réalisation préférés de la présente invention, le protecteur 10 de la présente invention remplace le protecteur "coudé" de la figure 1 du brevet connexe.
Ainsi', le protecteur de déplacement 10 de la présente invention peut être attaché, pour des buts de forage directionnel, à l'extrémité inférieure d'un train de tiges de forage qui est normalement un collier de contrôle non métallique 100, un turboforet 102 <EMI ID=29.1>
gement de forage est général et visible, de même que le protecteur de la technique antérieure, à la figure 1 du brevet connexe.
En plus de la rotation et du changement d'orientation du raccord 40, un mouvement coulissant est pareillement observé dans l'appareil 10 de la présente invention, mouvement coulissant qui est relatif entre le raccord mobile 40 et le corps 12. Ce mouvement coulissant permet à la rotation d'avoir lieu lorsque
le raccord mobile est dans une position allongée, éloignée du
corps 12, comme on peut le voir aux figures 1 et 4. Lorsque le raccord mobile 40 est déplacé, il assume une configuration, bloquée, non rotative et non mobile, comme le montrent les figures
2 et 3. Dans cette position, on peut voir que le dispositif a
une orientation "coudée", comme on l'observe dans les protecteurs de déviation classiques, coudés en permanence, qui est
leur configuration structurale permanente. A la figure 4, on
note que l'axe longitudinal central 12a du corps 12 et l'axe central 40a du raccord mobile 40 sont au moins en substance alignés, tandis qu'à la figure 3, les axes 12a et 40a du corps 12 et du raccord mobile 40 respectivement forment un angle l'un par rapport à l'autre, la déviation de l'angle étant désignée par la lettre "A" à la figure 3.
L'orientation visible aux figures 1 et 4, qui constitue
une orientation en substance en ligne pour le protecteur 10, est utilisée normalement pour abaisser ou éliminer le train de tiges
de forage et les outils de forage directionnel appropriés et attachés dans le trou ou à partir de celui-ci. Le raccord fixe supérieur 30 est relié à un collier de contrôle non magnétique
100 (dénommé fréquemment "collier Monel"). Le raccord inférieur
ou le raccord d'extrémité tournant 40 est attaché, par exemple,
à un turboforet 102 "Dyna-Drill" ou autre (voir cette configura- tion représentée avec un protecteur classique coudé en permanence à la figure 1 du brevet). Le collier 100 et le turboforet 102 sont partiellement reproduits par des lignes en traits interrompus aux figures 1 à 4.
La figure 2 montre l'orientation du protecteur 10 de la présente invention après que le "Dyna-Drill" 102 a été mis en action, actionnement qui produit une torsion dans le train de tiges de forage, laquelle contraint les éléments du protecteur
10 à se déplacer, le raccord mobile 40 tournant par rapport au corps 12 et sa rotation provoquant l'excentricité de la tige de train de forage, comme mentionné ci-dessus. Ensuite, lorsque le "Dyna-Drill" est abaissé et commence à forer, le raccord mobile
40 "s'arrête", les ergots 50 du raccord 40 s'emboîtant dans les évidements 52 du corps 12 pour former un protecteur coudé et bloqué 10, non mobile et en substance hermétique (comme on peut le voir aux figures 2 et 3). Il est bien évident que la torsion
(indiquée par une flèche courbe 106 aux figures 1 et 2) produite dans le train de tiges de forage par la rotation du turboforet "Dyna-Drill" ou analogue, contraint toujours le protecteur 10 à conserver la forme "coudée" montrée aux figures 2 et 3. Pareillement, aussi longtemps qu'une force axiale (voir flèche 104 à la <EMI ID=30.1>
ceci est normalement le cas), le raccord mobile 40 occupe toujours une position accouplée et arrêtée par rapport au corps 12, les ergots 50 se bloquant dans les évidements 52, en même temps que d'autres sections d'accouplement correspondantes prévues le long des périphéries opposées du raccord 40 et du corps 12.
Les figures 5 et 6 de la demande de brevet connexe mon- trent en détail la disposition des ergots de blocage du premier exemple de réalisation de l'appareil de la présente invention et on se réfère à celle-ci pour mieux comprendre les détails de cette structure. Bien que la première position, la position in- termédiaire et la dernière position du protecteur 10 peuvent être mieux observées aux figures 1, 5 et 2 du présent mémoire, respectivement, lorsque le dispositif se déplace d'une position en ligne à une position coudée, la configuration réelle des évidements d'accouplement et des ergots de blocage peut être mieux observée aux figures 5 et 6 du cas connexe. Un examen des figures 5 et 6 du cas connexe révèle que plusieurs surfaces similaires opposées, mais inversées sont prévues sur le corps 12 et sur le raccord mobile 40.
Un examen révèle aussi que les saillies ou ergots du raccord 40 ont des évidements correspondants dans le
corps 12. Comme mentionné ci-avant, les ergots du raccord mobile
40 sont en relation mutuelle avec les évidements correspondants
52 du corps 12. Il faut noter que tant le corps 12 que le raccord d'extrémité mobile 40 sont pourvus de surfaces d'accouplement et de glissement, allongées et planes, qui s'aboutent et glissent par friction l'une sur l'autre lorsque le dispositif
est dans un stade intermédiaire (voir figure 5), c'est-à-dire lorsqu'il est déplacé de sa position alignée à sa position
[deg.][deg.]coudée'[deg.], comme le montrent les figures.
Un examen de la figure 5 du présent mémoire révèle que les surfaces des ergots 55, la surface coulissante 53 et la partie supérieure interne de l'évidement 52 du corps 12 sont toutes parallèles et se trouvent à trois hauteurs différentes 55', 53' et 52' respectivement, l'une par rapport à l'autre. Pareillement,
les surfaces inférieures de l'évidement 56, la surface coulissante
54 et la partie supérieure des ergots 50 sont toutes parallèles
et se trouvent à trois hauteurs différentes respectives 56', 54'
et 50', respectivement, du raccord mobile 40. Ceci est une carac- téristique importante car elle procure une position intermédiaire,
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tourner librement que sur une certaine distance arquée en vue de se déplacer d'une.position axialement alignée à une position
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des ergots 55 du corps 12 glissent et restent sur les surfaces
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étant les surfaces coulissantes 54. Ce glissement ne peut se pro- duire que sur une distance arquée d'un degré désiré (ce degré de rotation étant un élément de conception), puisque les ergots 55 aboutent les ergots 50 à chaque extrémité du parcours de rotation arqué. Dans l'exemple de réalisation préféré des figures 2 à 6 du cas connexe, ainsi que dans le premier exemple de réalisation préféré du. présent cas, le protecteur est conçu pour tourner sur un angle d'environ 60 degrés (ceci étant simplement une distance de parcours arqué, donnée à titre d'exemple).
Lorsque le protecteur tourne dans sa position complètement déviée, comme le montrent les figures 2 et 3, les ergots 55
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mobile 40 s'emboîtent dans les évidements 52 du corps 12.
Comme on peut mieux l'observer aux figures 3 et 4, une ouverture centrale 60 est prévue sur la partie centrale du protecteur 10, cette ouverture 60 déterminant un espace par lequel la boue de forage ou un fluide semblable peut être pompé en vue de mettre en action le turboforet "Dyna-Drill" ou un appareil de forage directionnel semblable 102.
Le corps 12 renferme un manchon coulissant interne 20 qui s'adapte à l'état coulissant à l'intérieur du corps 12 et qui aboute d'une manière coulissante sa paroi interne 14. Le montage coulissant en conservant la dimension "A" (figure 3) du manchon
20 dans le corps 12 est indiqué par les flèches directionnel.-Les
110 et 111 des figures 3 et 4 respectivement.
Tel que ceci est visible à la figure 3, la partie finale, interne et supérieure 22 du manchon 20 procure une section annulaire agrandie 22, un épaulement 24 étant prévu entre la section agrandie 22 et la partie restante du manchon 20. Un changement coopérant du diamètre interne est visible à ce point du corps 12, qui détermine un arrêt 16 pour limiter le mouvement coulissant descendant du manchon 20 à l'intérieur du corps 12. Normalement, le manchon 20 peut être éliminé du corps 10 par un mouvement coulissant s'éloignant de l'arrêt 16. Toutefois, pour l'assemblage, le raccord inférieur 40 est fixé par un filet sur le manchon 20 et empêche donc l'élimination du manchon 20 du corps 12. Le mouvement coulissant du manchon 20 et de son raccord tournant attaché 40 est fixé dans deux directions. Le mou- <EMI ID=35.1>
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coulissant dans une position "interne" ou"évidée" (figure 3) est arrêté lorsque le raccord mobile 40 aboute le corps 12.
L'assemblage du protecteur 10 est achevé lorsqu'un raccord final fixe 30 est attaché à l'extrémité supérieure du corps
12 de l'outil 10 opposée à celle du raccord mobile 40. Dans l'exemple de réalisation préféré, comme le montrent les figures 3 et 4, ce raccord est un raccord fileté 32.
Le raccord final fixe 30 a de préférence un diamètre externe en substance identique à celui du corps 12. La partie finale du raccord fixe 30 (qui est libre et peut être raccordée normalement au train de tiges de forage ou à un collier de contr8le non magnétique 100 suivant le cas) est de préférence pourvue de filets 36 qui sont classiques et qui permettent aisément une fixation sur un train de tiges de forage classique ou un collier de contrôle non magnétique 100.
La figure 3 montre mieux le manchon 20 du protecteur 10 de la présente invention. Ce manchon 20 peut être muni de tout filet classique 23 pour une fixation sur le raccord mobile 40. Ce . raccordement est réglé et maintenu au moyen d'une vis de réglage 'il ou peut erre rendu permanent , au besoin, par soudage ou analogue après l'assemblage.
La partie finale opposée du manchon 20 partant du filet
23 présente une section annulaire agrandie 22, comme mentionné ci-dessus. Le manchon 20 est doté de plusieurs rainures dans lesquelles des bagues d'étanchéité toriques 26 sont disposées. Ceci
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du trou interne 60.
L'exemple de réalisation préféré du protecteur 10 de
la présente invention est représenté à la figure 3 dans son état déplacé et "coudé"-. Comme on peut mieux l'observer, cette orien-
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rotation puisque la paroi interne 14 et l'axe central de rotation qu'il définit, du corps 12 forment un angle par rapport à
sa surface externe 13. Pareillement, le raccord mobile 40 est monté d'une manière filetée sur le manchon 20, ce qui laisse subsister une même orientation angulaire désirée entre leur axe central. Grâce à cette conception, le dispositif tourne dans une position qui aligne l'axe central 40a du raccord mobile 40 sur l'axe du raccord final fixe 30 et sur l'axe 12a du corps 12, tel que ceci est désirable en abaissant ou en relevant le protecteur
10 et son turboforet attaché 102 et son train de tiges de forage
100 dans le trou ou hors de celui-ci. Une rotation sur le parcours arqué désigné approprié produit une excentricité entre les axes
40a et 12a du raccord mobile 40 et du corps 12. La relation géomé-
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expliquée en détail ci-après.
Les exemples de réalisation préférés 10 et 210 de la présente invention procurent, contrairement au cas connexe, une large gamme d'angles de déviation ou de déformation différents dans le même outil. Dans le premier exemple de réalisation 10
(figures 1 à 7), ceci est obtenu en construisant le corps 12 en deux sections 70 et 71 réglables d'une manière rotative, lesquelles sont ajustées et réglées l'une par rapport à l'autre à la surface au moyen de la broche de blocage mâle 73 qui s'engage dans l'ouverture femelle sélectionnée de l'ensemble des ouvertures 74 (voir figures 5 à 7). La broche de blocage 73 est forcée dans le sens ascendant dans l'un des trous correspondants 74 au moyen du ressort 75. Une vue rapprochée interne de ce mécanisme est donnée aux figures 6 et 7.
La broche interne 73 est mobile longitudinalement à partir de l'extérieur de l'outil 10 au moyen de la barre de glissement 76 attachée à la broche73 à l'aide de la vis 77. Une bague torique additionnelle 78 est incluse pour <EMI ID=41.1>
Comme représenté, les éléments 70 et 71 du corps sont munis chacun d'une série correspondante de marquages d'angle de déviation (à titre d'exemple, une série de stades semi-angulaires d'un degré à quatre degrés étant représentée aux figures 1 et 2), les trous correspondants 74 de l'élément 70 étant espacés en conformité avec chacun des marquages d'angle représentés.
A la surface, après que l'angle désiré particulier est sélectionné (quatre degrés étant sélectionnés pour des buts d'illustration aux figures 1 et 2), la barre 76 est déplacée vers le bas, si bien que la broche 73 se dégage du trou quelconque dans lequel elle était engagée. Après le dégagement de la broche 73 à partir du trou 74, les éléments 70 et 71 du corps sont libres de se déplacer d'une manière rotative l'un par rapport à l'autre sur les surfaces d'accouplement planes, allongées et opposées, comprises entre eux et ces éléments sont ainsi déplacés jusqu'à ce que les marquages angulaires pour l'angle sélectionné (par exemple, quatre degrés comme représenté) s'alignent l'un sur l'autre.
La barre coulissante 76 est ensuite libérée et la broche 73 est poussée, par l'action du ressort comprimé, 7 5, dans le trou 74 sélectionné "automatiquement" ou intrinsèquement et qui correspond à l'angle de déviation sélectionné, ce qui bloque ainsi de nouveau les éléments 70 et 71 du corps pour une utilisation. L'outil 10 détermine ensuite un protecteur "coudé" avec l'angle de déviation particulier sélectionné. Ensuite, au besoin, l'angle de déviation de l'outil 10 peut être modifié en déplaçant de nouveau la barre 76 vers le bas (dans la direction de la flèche de la figure 5), en faisant tourner les éléments 70 et 71 du corps l'un par rapport à l'autre jusqu'à ce que les marquages indiquant l'angle sélectionné s'alignent extérieurement et en libérant finalement la barre 76 bloquant ensemble les éléments 70 et 71.
L'outil 10 est ensuite prêt à produire l'angle de déviation nouvelle-ment sélectionné.
Le changement de degrés de la déviation coudée est une question de choix, dans la mesure où un homme de métier spécialisé dans la présente technique applique les enseignements de la présente invention. Ainsi, le protecteur 10 peut être aisément usiné pour prévoir, comme représenté, un degré (1[deg.]), un degré et demi (1 1/2[deg.]), deux degrés (2[deg.]), deux degrés et demi (2 1/2[deg.]), trois degrés (3[deg.]), trois degrés et demi (3 1/2[deg.]) et quatre degrés
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ci étant des déviations typiques de degrés de protecteur dans la présente technique. La sélection de l'angle du protecteur est normalement prédéterminée par la grandeur de l'angle et/ou le changement directionnel requis pour maintenir un développement proposé lors d'un cas de forage donné. Normalement, un concepteurprojeteur prend en considération plusieurs facteurs en sélectionnant l'angle propre pour le protecteur 10. Certains faits qui doivent être considérés, sont :
1. la dimension du trou;
2. la commande directionnelle requise;
3. le changement d'angle par mètre de trou foré désiré; et
4. la grandeur du forage qui peut être effectué avec
des trépans donnés pour un turboforet donné.
Le fonctionnement de l'appareil 10 de la présente invention peut être mieux observé en examinant les figures 1 à 7.
.Dans le procédé de l'exemple de réalisation préféré de la présente invention, le protecteur 10 est raccordé à la partie inférieure 100 du train de tiges de forage. Un organe de forage approprié 102, tel qu'un turboforet "Dyna-Drill" ou analogue est attaché au protecteur 10 par le raccord mobile 40. Les axes du corps 12 et du raccord mobile 40 sont ensuite alignés axialement de façon que l'appareil de forage entier aligné axialement puisse être abaissé dans le trou du puits. A la figure 1, le dispositif est représenté dans sa position axialement alignée. Dans cette position, le raccord mobile 40 est dans une position alignée, le manchon 20 se déplaçant jusqu'à l'épaulement 24 aboutant et s'arrêtant sur l'arrêt 16.
Dans cette position, les ergots 50 font saillie au-dessous de l'évidement 52 du corps 12, en dégageant ainsi ces ergots 50 des arrêts de rotation provoqués par les parois latérales de l'évidement 52.
Lorsque le foret 102 atteint la position désirée dans
le trou de puits et que le turboforet ou l'organe de forage analogue est positionné comme désiré, l'organe de forage est mis en action pour produire une torsion dans le protecteur 10 en vue d'effectuer un déplacement de ce protecteur 10 dans une deuxième position axialement déviée. Cette position déviée du protecteur
10 produit un angle de déviation correspondant "A" (voir figure
4) entre les axes du train de tiges de forage et de l'organe de forage. Ensuite, le forage directionnel peut commencer comme ceci est désirable. Bien entendu, il est souhaitable de connaître où
et dans quelle direction à partir de la verticale la déviation a lieu, laquelle varie en fonction de la grandeur selon laquelle
la rotation angulaire se produit à partir du zéro, de la position alignée par rapport à la position réglée particulière, désignée
et bloquée. Pour faciliter ceci, un autre jeu de marquages angulaires est prévu sur la partie principale supérieure du corps 12
(voir figures 1 et 2), lequel indique où, le long de la périphérie latérale du raccord supérieur 30, la déviation angulaire indiquée se produit lorsqu'elle est sélectionnée dans la série inférieure de marquages angulaires accordés.
Dès que les opérations de forage sont achevées, le train de tiges de forage peut être extrait du trou du puits. Lors de l'extraction, le protecteur 10 s'étend de telle sorte que le manchon 20 soit coulissant et que la tête mobile 22 se prolonge j jusqu'à une position la plus allongée, de sorte que son aptitude à tourner par rapport au corps 12 est rétablie. Comme le turboforet ou l'outil de Forage semblable n'est plus mis en action,
la torsion latérale est absente tant du train de tiges de forage que du protecteur 10. Ainsi, la force de contrainte nécessaire pour le maintien du protecteur 10 dans une position coudée est absente et le protecteur 10 (le raccord 40 pouvant à présent tourner librement par rapport au corps 12) occupe de nouveau graduellement une position alignée lorsque le train de tiges de forage est extrait du trou du puits. La position axialement alignée est graduellement réoccupée, puisqu'elle constitue la position où
la voie est de moindre résistance et aucune force n'est présente pour maintenir le protecteur 10 dans la position "coudée".
Dans l'exemple de réalisation préféré décrit ci-avant, on a envisagé l'emploi d'un turboforet "Dyna-Drill" ou d'un outil de forage directionnel similaire qui produit une torsion dans le protecteur 10 lors de sa mise en rotation. Toutefois, il est bien évident que d'autres outils de forage peuvent être utilisés en combinaison avec le premier exemple de réalisation préféré de la présente invention s'ils créent, dans le protecteur 10, une torsion qui produit un déplacement de ce protecteur 10 d'une position "axialement alignée" à une position coudée. Pareillement, la présente invention peut être adoptée lorsque le corps et le raccord mobile peuvent être déplacés relativement l'un l'autre pour une déviation angulaire par des organes mécaniques directs ou d'autres organes actionnés, par exemple, à partir de la surface ou d'une autre façon.
Un deuxième exemple de réalisation préféré 210 du protecteur à angle variable de la présente invention est reproduit aux figures 8 et 9 dont les différents éléments, les diverses pièces et le fonctionnement sont semblables à de nombreux égards
à ceux décrits en détail en liaison avec le premier exemple de réalisation des figures 1 à 7. Dès lors, pour gagner du temps, les aspects similaires ou identiques ne sont pas répétés ici et
il faut noter que les éléments et les pièces analogues du second exemple de réalisation sont désignés par les mêmes références numériques que celles du premier exemple de réalisation avec, en plus, le préfixe 2. Toutefois, plutôt que d'être doté du système variable 72-77 manuellement réglé du premier exemple de réalisation 10, ce deuxième exemple de réalisation 210 fait usage d'un système motorisé interne 272 permettant une modification du degré zéro au degré désigné maximal, alors que l'outil 210 se trouve
dans le trou.
La disposition alignée de l'outil 210 est représentée à la figure 8, tandis que la disposition sélectionnée, désignée ou "coudée" est indiquée à la figure 9.
Le système motorisé à angle variable 272 comprend un moteur synchronisé "asservi" électrique et interne 273 mis en action par des lignes de commande électriques "ombilicales" 274 parvenant au moteur synchrone "principal" (non représenté) à la surface. Le moteur interne 273 est attaché à l'élément supérieur
270 du corps et entraîne un système de commande associé se composant d'un jeu de dents d'engrenage 275 fixé sur l'élément inférieur 220 du corps par l'intermédiaire d'un système d'engrenage approprié 276. Alternativement, le moteur interne 273 peut bien entendu être monté sur l'élément inférieur 220 et entraîner d'une manière rotative l'élément supérieur 270 du corps.
En commandant le moteur synchrone "principal" à la surface, le moteur "asservi" interne 273 est sollicité jusqu'à ce
que l'angle de déviation désiré soit atteint alors que l'outil
210 se trouve "dans le trou". Lorsque le retirement du train de
tiges de forage, etc. est désiré, le moteur synchrone "principal"
<EMI ID=43.1>
interne 272 sont ramenés en arrière jusqu'à ce que la position
zéro degré soit atteinte ou, au besoin, la rotation est poursuivie plus avant, 'jusqu'à ce qu'une rotation totale de 3600 ait eu
lieu, ce qui ramène l'outil 210 dans sa position zéro ou alignée.
Les relations géométriques qui sont à la base du fonc- tionnement de l'outil, en permettant tant une position alignée
non déviée et, si désiré, une position déviée ou décalée, sont schématiquement représentées aux figures 10 et 11 respectivement.
Comme indiqué, l'outil 300 (analogue à 10 et 210) comprend trois sections de raccordement fondamentales : une première section de raccordement supérieure 301 (analogue à 30 et 230)
pour raccorder l'outil, par exemple, au train de tiges de forage, une deuxième section de raccordement inférieure 302 (analogue à
40 et 240) pour raccorder l'outil à un dispositif actif, par exemple, un turboforet doté d'un trépan de forage, et une troisième section de raccordement centrale 303 (analogue à 12 et 212) pour raccorder l'une à l'autre les deux premières sections, cnacune
des trois sections de raccordement présentant un axe longitudinal central 301a, 302a et 303a respectivement. L'axe 303a définit également un axe de rotation décalé à partir des autres axes longitudinaux 301 a et 302a selon un certain angle B sélectionné de
2[deg.], par exemple. La section de raccordement centrale 303 permet aux deux premières sections de raccordement 301 et 302 de tourner
<EMI ID=44.1>
vement de rotation étant guidé par les surfaces d'accouplement planes et allongées 305 (analogues à 53-54 et 250) tournant latéralement l'une par rapport à l'autre, surfaces qui se situent dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation 303a.
Comme on peut l'observer à la figure 10 où l'outil 300 est dans sa position alignée, les axes longitudinaux centraux
301a et 302a des parties supérieures et inférieures de l'outil
<EMI ID=45.1>
l'axe de rotation central 303a de la partie centrale. Toutefois, .à mesure que les sections supérieure et inférieure 301 et 302 i <EMI ID=46.1>
carte de l'axe longitudinal supérieur 301a selon un degré de déviation angulaire de plus en plus croissant jusqu'à ce que soit atteinte une déviation maximale correspondant à 180[deg.] de rotation, moment auquel, comme on peut l'observer à la figure 11,
<EMI ID=47.1>
l'exemple donné, à un total de 4[deg.]. Si la rotation est poursuivie au-delà de 180[deg.] ou se produit vers l'arrière, c'est-à-dire est inversée, l'angle de déviation entre les sections supérieures
et inférieures 301 et 302 diminue jusqu'à ce que la position de démarrage ou position zéro soit atteinte, ce qui entraîne la disposition alignée de la figure 10.
Naturellement, en démarrant avec un angle de déviation "B" plus grand, par exemple, excédant 2[deg.], soit 3 1/2[deg.] par exemple, un angle de déviation désiré de 4[deg.] est atteint en faisant tourner relativement les sections supérieures et inférieures 301 et 302 selon une rotation inférieure à 180[deg.]. Cette situation est ce qui est montré dans le premier exemple de réalisation 10 qui n'est mis en rotation approximativement que sur 60[deg.] pour produire une déviation de 4[deg.]. Pareillement, en faisant varier les limites de la grandeur maximale de la rotation entre les sections supérieure et inférieure 301 et 302 sur l'axe de rotation 303a et en maintenant ou bloquant les deux sections 301 et 302 ensemble
à cette limite réglée au cours de l'utilisation du dispositif actif, le même outil 300 peut être rendu variable et utilisé pour produire.divers angles du groupe d'angles de déviation sélectionnés différents. Cette dernière possibilité est obtenue grâce aux exemples de réalisation 10 et 210 de la présente demande. Ainsi, par exemple, dans le premier exemple de réalisation 10, en réglant de nouveau les positions relatives latéralement réglées entre les éléments 70 et 71 par un déplacement latéral des surfaces d'accouplement allongées 79 l'une par rapport à l'autre, <EMI ID=48.1>
rotation central du manchon 20, on modifie la grandeur maximale de la rotation permise après avoir quitté la disposition alignée, avant que l'ergot 50 heurte la paroi d'arrêt de l'évidement 52, la moindre grandeur de rotation permise avant le blocage ou l'arrêt produisant une grandeur plus petite de déviation angulaire. Alternativement, les ergots 50 peuvent bien entendu être euxmêmes rendus mobiles pour modifier le point d'arrêt de rotation ou un système d'arrêt variable pour limiter sélectivement la grandeur de la rotation du manchon 20 dans le corps 12,peut être prévu. Ou encore, en tant qu'autre arrangement possible, la structure interne de l'outil peut être recréée pour permettre
la variation de l'angle que l'axe de rotation désaxé 303a forme avec les autres axes longitudinaux 301a et 302a.
<EMI ID=49.1>
déviation est réglée en actionnant le moteur et en le maintenant simplement au point de rotation sélectionné particulier produisant le degré de déviation désiré.
Il faut noter également que tant les surfaces d'accou- plement latérales 305 (53-54 et 250) que les surfaces cylindriques d'accouplement emboîtées entre le corps 12 ou 212 et le manchon 20 ou 220 de l'outil 10 ou 210 effectuent conjointement
la même fonction consistant à guider la rotation relative entre
les sections analogues supérieure et inférieure 301 et 302 des outils. Dès lors, bien qu'il soit désirable d'avoir ces deux types de surfaces au point de vue de la résistance, il est possible de récréer l'outil pour éliminer ou modifier l'un ou l'autre
des systèmes de guidage des surfaces d'accouplement.
Pareillement, il faut noter qu'il est désirable que
les surfaces extérieures des sections supérieure et inférieure
301 et 302 forment des surfaces cylindriques d'un même diamètre
<EMI ID=50.1>
<EMI ID=51.1>
cylindriques, mesurées à partir de l'axe de rotation 303a, soient plus petits pour la compacité de l'outil.
Il est bien évident qu'en utilisant le terme "protecteur" ou "outil" dans le présent mémoire, ce terme comprend le cas dans lequel l'invention est utilisée dans un outil séparé comme représenté ou est une partie ou un élément secondaire d'un autre dispositif ou outil, par exemple, est une partie du turboforet ou du "collier Monel" lui-même.
Comme autre exemple modifié possible, un outil "hybride" utilisant des parties des exemples de réalisation 10 et 210 peut être conçu en appliquant la conception fondamentale de l'outil 10, mais en prévoyant un moteur interne contr8lant des surfaces (semblable à celui de l'exemple de réalisation 210) pour
<EMI ID=52.1>
70 et 71 tout en se trouvant "dans le trou". Cette conception inclut le moteur et son travail de commande associé entre les éléments secondaires 70 et 71 et ne subit pas la lourde charge sur le système de commande du moteur auquel est soumis l'exemple de réalisation 210 en travaillant entre l'élément 212 du corps et le manchon 220.
Naturellement, pour des déviations plus grandes que
<EMI ID=53.1>
ou de plusieurs outils alignés peut être utilisée pour produire un angle de déviation total combiné de la somme de chacun des outils..
Il faut entendre que de nombreux exemples de réalisation variés et différents peuvent être réalisés en restant dans les limites de l'idée de l'invention divulguée dans le présent mémoire et que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples de réalisation précités, détaillés conformément
aux exigences de description de la loi et ce, dans un sens non limitatif.
The present invention relates to the drilling of wells
<EMI ID = 1.1>
� j nel. Even more specifically, the present invention relates to the use of a casing protector in combination, for example, with a conventional turboforet in which, according to the invention, the casing protector is movable from a first position where the turbo drill is substantially aligned axially on the drill string to a second position or "angled" position, so that a deviation of a desired degree is
created between the drill string and the turboforet.
Although it is normally planned to drill the wells vertically, many cases arise in which it is necessary or advantageous to drill at an angle deviating from the vertical. Controlled directional drilling, such
that it is called in the present technique, allows to reach
points below the surface and laterally distant from the point where the drill bit enters the earth. Some examples of directional drilling use are inaccessible locations (such as those below rivers
or similar water features when drilling begins on land),
salt cap control, clearance well control,
control of marginal wells, control of fault plans
and control of property lines. Additionally, drilling
<EMI ID = 2.1>
all drilling must necessarily take place from a fixed platform located in a place located in the waters
from the sea. Another application of directional drilling is considered when obstructions prevent well direction
essentially vertical.
One method of directional well drilling is the so-called whip handle method. Another method is a very common method where a turboforet is used in combination with an elbow protective assembly. The turboforet is a conventional device using a fluid which is pumped under pressure by the center of the engine directed downwards, through vacuum zones between a "rotor" and the spiral passageway lined with rubber " stator "outside. In order for flow to occur, the rotor is moved and rotated in the stator by the pressure of the fluid column, thereby driving the tie rod, a hollow drive shaft and ultimately a conventional drill bit protector to the end of the tool.
One such manufactured turboforet is the "Dyna-Drill" which appeared in or around 1964. The operation and use of the "Dyna-Drill" for directional drilling are given in the "Dyna-Drill Handbook" (second edition) distributed by Dyna-Drill, Division of Smith International, Inc.
<EMI ID = 3.1>
Protector is a short threaded piece of drill pipe used to generally fit together parts of the drill string which cannot be threaded together due to the difference in design or size of the thread. In the case of directional drilling, the guard is bent to produce the desired angle between the lower part of the drill string (a non-magnetic control collar is normally the lowest part of the drill string that attaches
<EMI ID = 4.1>
which attaches to the opposite end of the protector (this arrangement-
General ment is shown in Figure 1 of US Patent Application No. [deg.] 825.589 of the Applicant, where a conventional protector bent permanently from the prior art is reproduced).
The use of a fixed or non-movable bent protector
requires the drill string to be lowered into the well from the surface, with the elbow protector creating a knot in
the lower part of the drill string, node f
<EMI ID = 5.1>
<EMI ID = 6.1>
pie, a length of 9.14 m), even a small degree of bending of the protector can create a relatively large eccentricity of the
drill string.
Many patents have been granted that address the problem of directional drilling. Most of these patents provide systems which solve the problem of producing the direction of drilling itself, but which do not completely and satisfactorily solve the problem of lowering the turboforet and the bent protector in the
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
A list of some prior patents, which may be adequate, is given in the table below.
Previous patents
<EMI ID = 10.1>
<EMI ID = 11.1>
<EMI ID = 12.1>
attached (first embodiment) or an electrical signal generated on the surface (second embodiment) by changing the orientation of the guard from a first position where the drill string and the turboforet
<EMI ID = 13.1>
the position where the drill string and the turboforet are deflected relative to each other (see Figures 2 and 9),
mant a selected angle of a possible number of desired angles
for directional drilling.
In its first embodiment, the apparatus for
the present invention generally comprises a body comprising
a device for fixing to one of its final parts, which provides, for example, a threaded connection which can be attached to a conventional drill string or to a control collar
non magnetic or "Monel" or the like. The internal part of the body
is fitted with a sliding sleeve, the sleeve being provided, at its outermost end part, with a threaded element or similar connection element for attachment to the turboforet. This connection element (to which a turboforet can be attached) and
the sleeve to which it is attached, are movable relative to the
body, both in a sliding and rotating manner within certain limits. This mobile connection element can thus
to lie down and retract from the body or be put in. rotation relative to it.
The mobile connection element closest to the turbo-drill is also provided, in the first embodiment, with locking lugs which cooperate with the corresponding elements of the body. When the movable connection element slides, including
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1> <EMI ID = 16.1> as desired, which causes the first position to "move"
<EMI ID = 17.1>
In this lying position, the pins are moved away from the corresponding recesses of the body. Similarly, when the sleeve
<EMI ID = 18.1>
ter in the body, the pins form a fixed and non-rotating blocking connection with the body (see Figures 2 and 3).
The rotation of the movable connection element (to which the turboforet is connected) causes a change in the axial orientation of the rotation connection and of its attached turboforet relative to the drill string. So a rotation at
<EMI ID = 19.1>
axially aligned on the drill string at a position
<EMI ID = 20.1>
second position or "bent" position which is desirable for directional controlled drilling.
The exemplary embodiments of the present invention allow a selected variation of the angle of deflection in the tool itself, so that this tool can be used for a number of different angles. The first example of reali-
<EMI ID = 21.1>
selected, manually set to the surface, while the two
<EMI ID = 22.1>
poré which allows the variation of the angle of deviation, the tool
being set up or lowered "into the hole".
In order to better understand the nature and the aims of the present invention, reference should be made to the detailed description below, drawn up in conjunction with the appended drawings where similar parts are designated by the same reference numerals and wherein :
<EMI ID = 23.1>
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
hole; Figure 2 is a side view of the first preferred exemplary embodiment of the apparatus of the present invention in its "bent" position as desired for directional drilling; Figure 3 is a side view in cross section of the first embodiment of the "angled" arrangement of Figure 2;
Figure 4 is a side view, partially in cross section of the first embodiment of the aligned arrangement of Figure 1; Figure 5 is a partial side view of the first embodiment and shows in particular the lug-recess part of the tool in an intermediate position of the movable elements between the extreme aligned position of Figures 1 and 4 and the locked position "bent" Figures 2 and 3; Figure 6 is a cross-sectional side view taken along line 6-6 of Figure 3; and Figure 7 is a partial close-up cross-sectional view taken along line 7-7 of Figure 3 of the first embodiment and shows the structural details of the spindle locking mechanism; while
Figures 8 and 9 are side sectional views
<EMI ID = 26.1>
similar of the present invention and show it in its aligned position (figure 8) and then in its "angled" position (figure
9); and
<EMI ID = 27.1>
the geometry involved in the structural operation of the preferred embodiments, FIG. 10 showing the tool in its aligned position and FIG. 11 showing the tool in its "bent" position.
A first preferred embodiment of the tool of the present invention is generally designated by the reference numeral 10 in FIGS. 1 to 4. The tool 10 generally comprises an external body 12 provided with an upper fixed final connection 30 and of a lower movable connector 40. As can be clearly seen by examining FIGS. 1 to 4, the rotation of the movable connector 40
<EMI ID = 28.1>
aligned (see figures 1 and 4) to a second selected position, non-axial or "angled" (see figures 2 and 3).
Figure 1 of the applicant's related United States patent application (no. [825.589, the full disclosure of which is cited here for reference) shows the operation of a conventional protector which is normally permanently fixed in the non-position axially aligned or "angled" shown. This classic protector is usually made by offsetting the bottom fitting to form the desired angular configuration. As regards the preferred embodiments of the present invention, the protector 10 of the present invention replaces the "bent" protector of FIG. 1 of the related patent.
Thus, the displacement protector 10 of the present invention can be attached, for directional drilling purposes, to the lower end of a drill string which is normally a non-metallic control collar 100, a turboforet 102 <EMI ID = 29.1>
The drill hole is general and visible, as is the protector of the prior art, in FIG. 1 of the related patent.
In addition to the rotation and change of orientation of the connector 40, a sliding movement is likewise observed in the apparatus 10 of the present invention, a sliding movement which is relative between the movable connector 40 and the body 12. This sliding movement allows at rotation to take place when
the movable connector is in an extended position, away from the
body 12, as can be seen in FIGS. 1 and 4. When the mobile connector 40 is moved, it assumes a configuration, locked, non-rotating and non-mobile, as shown in the figures
2 and 3. In this position, we can see that the device has
a "bent" orientation, as observed in conventional deflection guards, permanently bent, which is
their permanent structural configuration. In Figure 4, we
note that the central longitudinal axis 12a of the body 12 and the central axis 40a of the movable connector 40 are at least substantially aligned, while in FIG. 3, the axes 12a and 40a of the body 12 and of the movable connector 40 respectively form an angle with respect to each other, the deviation of the angle being designated by the letter "A" in Figure 3.
The orientation visible in Figures 1 and 4, which constitutes
a substantially in-line orientation for protector 10, is normally used to lower or eliminate the drill string
and the appropriate directional drilling tools attached to or from the hole. The upper fixed connector 30 is connected to a non-magnetic control collar
100 (frequently called "Monel necklace"). The lower fitting
or the rotating end fitting 40 is attached, for example,
to a 102 "Dyna-Drill" turboforet or the like (see this configuration shown with a conventional protector bent permanently in FIG. 1 of the patent). The collar 100 and the turboforet 102 are partially reproduced by dashed lines in FIGS. 1 to 4.
FIG. 2 shows the orientation of the guard 10 of the present invention after the "Dyna-Drill" 102 has been put into action, an actuation which produces a twist in the drill string, which forces the elements of the guard
10 to move, the movable connector 40 rotating relative to the body 12 and its rotation causing the eccentricity of the drill string rod, as mentioned above. Then, when the "Dyna-Drill" is lowered and begins to drill, the movable connector
40 "stops", the lugs 50 of the connector 40 fitting into the recesses 52 of the body 12 to form a bent and blocked protector 10, non-mobile and substantially airtight (as can be seen in FIGS. 2 and 3) . It is quite obvious that the twist
(indicated by a curved arrow 106 in FIGS. 1 and 2) produced in the drill string by the rotation of the "Dyna-Drill" turboforet or the like, always forces the protector 10 to keep the "bent" shape shown in FIGS. 2 and 3. Similarly, as long as an axial force (see arrow 104 at the <EMI ID = 30.1>
this is normally the case), the movable connector 40 always occupies a coupled and stopped position relative to the body 12, the pins 50 locking in the recesses 52, at the same time as other corresponding coupling sections provided along the opposite peripheries of the fitting 40 and of the body 12.
FIGS. 5 and 6 of the related patent application show in detail the arrangement of the locking lugs of the first embodiment of the apparatus of the present invention and reference is made to this for better understanding the details of this structure. Although the first position, the intermediate position and the last position of the guard 10 can be better observed in Figures 1, 5 and 2 of this specification, respectively, when the device moves from an in-line position to an angled position , the actual configuration of the coupling recesses and the locking pins can be better observed in FIGS. 5 and 6 of the related case. An examination of FIGS. 5 and 6 of the related case reveals that several opposite, but inverted, similar surfaces are provided on the body 12 and on the movable connector 40.
An examination also reveals that the projections or lugs of the connector 40 have corresponding recesses in the
body 12. As mentioned above, the pins of the movable connector
40 are in mutual relation with the corresponding recesses
52 of the body 12. It should be noted that both the body 12 and the movable end fitting 40 are provided with elongated and flat mating and sliding surfaces, which abut and slide by friction one on the other when the device
is in an intermediate stage (see Figure 5), i.e. when it is moved from its aligned position to its position
[deg.] [deg.] cubit '[deg.], as shown in the figures.
An examination of FIG. 5 of this memo reveals that the surfaces of the lugs 55, the sliding surface 53 and the internal upper part of the recess 52 of the body 12 are all parallel and are at three different heights 55 ′, 53 ′ and 52 'respectively, relative to each other. Similarly,
the lower surfaces of the recess 56, the sliding surface
54 and the upper part of the lugs 50 are all parallel
and are at three different heights 56 ', 54'
and 50 ', respectively, of the movable connector 40. This is an important characteristic since it provides an intermediate position,
<EMI ID = 31.1>
rotate freely only over a certain arcuate distance in order to move from a position axially aligned to a position
<EMI ID = 32.1>
lugs 55 of the body 12 slide and remain on the surfaces
<EMI ID = 33.1>
being the sliding surfaces 54. This sliding can only occur over an arched distance of a desired degree (this degree of rotation being a design element), since the pins 55 abut the pins 50 at each end of the travel path. arcuate rotation. In the preferred embodiment of Figures 2 to 6 of the related case, as well as in the first preferred embodiment of. In this case, the protector is designed to rotate at an angle of approximately 60 degrees (this being simply an arched travel distance, given as an example).
When the guard rotates in its fully deflected position, as shown in Figures 2 and 3, the pins 55
<EMI ID = 34.1>
mobile 40 fit into the recesses 52 of the body 12.
As can best be seen in FIGS. 3 and 4, a central opening 60 is provided on the central part of the protector 10, this opening 60 determining a space through which drilling mud or a similar fluid can be pumped in order to put in action the "Dyna-Drill" turboforet or a similar directional drilling rig 102.
The body 12 contains an internal sliding sleeve 20 which adapts to the sliding state inside the body 12 and which slidably abuts its internal wall 14. The sliding assembly retaining the dimension "A" (figure 3) of the sleeve
20 in the body 12 is indicated by the directional arrows.
110 and 111 of Figures 3 and 4 respectively.
As can be seen in FIG. 3, the final, internal and upper part 22 of the sleeve 20 provides an enlarged annular section 22, a shoulder 24 being provided between the enlarged section 22 and the remaining part of the sleeve 20. A cooperating change in the internal diameter is visible at this point of the body 12, which determines a stop 16 to limit the downward sliding movement of the sleeve 20 inside the body 12. Normally, the sleeve 20 can be removed from the body 10 by a sliding movement s' away from the stop 16. However, for assembly, the lower connector 40 is fixed by a thread on the sleeve 20 and therefore prevents the elimination of the sleeve 20 from the body 12. The sliding movement of the sleeve 20 and its connector attached turn 40 is fixed in two directions. Soft- <EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
sliding in an "internal" or "hollowed out" position (FIG. 3) is stopped when the movable connector 40 abuts the body 12.
The assembly of the protector 10 is completed when a fixed final connection 30 is attached to the upper end of the body.
12 of the tool 10 opposite that of the movable connector 40. In the preferred embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, this connector is a threaded connector 32.
The fixed final connector 30 preferably has an external diameter substantially identical to that of the body 12. The final part of the fixed connector 30 (which is free and can be connected normally to the drill string or to a non-magnetic control collar 100 depending on the case) is preferably provided with threads 36 which are conventional and which easily allow attachment to a conventional drill string or a non-magnetic control collar 100.
FIG. 3 better shows the sleeve 20 of the protector 10 of the present invention. This sleeve 20 can be provided with any conventional thread 23 for attachment to the movable connector 40. Ce. connection is adjusted and maintained by means of an adjustment screw. It or can be made permanent, if necessary, by welding or the like after assembly.
The opposite end portion of the sleeve 20 extending from the thread
23 has an enlarged annular section 22, as mentioned above. The sleeve 20 has several grooves in which O-ring seals 26 are arranged. This
<EMI ID = 37.1>
of the internal hole 60.
The preferred embodiment of the protector 10 of
the present invention is shown in Figure 3 in its displaced and "bent" state. As we can better observe, this orient-
<EMI ID = 38.1> <EMI ID = 39.1>
rotation since the internal wall 14 and the central axis of rotation which it defines, of the body 12 form an angle with respect to
its outer surface 13. Similarly, the movable connector 40 is mounted in a threaded manner on the sleeve 20, which leaves the same desired angular orientation remaining between their central axis. Thanks to this design, the device rotates in a position which aligns the central axis 40a of the movable connector 40 on the axis of the final fixed connector 30 and on the axis 12a of the body 12, as this is desirable by lowering or raising the protector
10 and its attached turboforet 102 and its drill string
100 in or out of the hole. A rotation on the appropriate designated arcuate path produces eccentricity between the axes
40a and 12a of the movable connector 40 and of the body 12. The geometrical relationship
<EMI ID = 40.1>
explained in detail below.
The preferred embodiments 10 and 210 of the present invention provide, unlike the related case, a wide range of different deflection or deformation angles in the same tool. In the first example of embodiment 10
(Figures 1 to 7), this is obtained by constructing the body 12 in two sections 70 and 71 which are adjustable in a rotary manner, which are adjusted and adjusted relative to each other on the surface by means of the spindle male blocking 73 which engages in the selected female opening of all the openings 74 (see Figures 5 to 7). The locking pin 73 is forced in the upward direction into one of the corresponding holes 74 by means of the spring 75. An internal close-up view of this mechanism is given in FIGS. 6 and 7.
The internal spindle 73 is movable longitudinally from the outside of the tool 10 by means of the slide bar 76 attached to the spindle 73 using the screw 77. An additional O-ring 78 is included for <EMI ID = 41.1>
As shown, the elements 70 and 71 of the body are each provided with a corresponding series of deflection angle markings (for example, a series of semi-angular stages from one degree to four degrees being shown in the figures 1 and 2), the corresponding holes 74 of the element 70 being spaced in accordance with each of the corner markings shown.
On the surface, after the particular desired angle is selected (four degrees being selected for illustrative purposes in Figures 1 and 2), the bar 76 is moved down, so that the pin 73 emerges from the hole whatever it was engaged in. After the spindle 73 has been released from the hole 74, the elements 70 and 71 of the body are free to move in rotation relative to each other on the flat, elongated and opposite mating surfaces , comprised between them and these elements are thus moved until the angular markings for the selected angle (for example, four degrees as shown) align with one another.
The sliding bar 76 is then released and the pin 73 is pushed, by the action of the compressed spring, 7 5, into the hole 74 selected "automatically" or intrinsically and which corresponds to the angle of deflection selected, which thus blocks again the elements 70 and 71 of the body for use. The tool 10 then determines a "bent" protector with the particular deflection angle selected. Then, if necessary, the deflection angle of the tool 10 can be modified by again moving the bar 76 downward (in the direction of the arrow in FIG. 5), by rotating the elements 70 and 71 of the body relative to each other until the markings indicating the selected angle align externally and finally freeing the bar 76 blocking together the elements 70 and 71.
Tool 10 is then ready to produce the newly selected deflection angle.
The change in degrees of the angled deflection is a matter of choice, as a skilled artisan in the present technique applies the teachings of the present invention. Thus, the protector 10 can be easily machined to provide, as shown, a degree (1 [deg.]), A degree and a half (1 1/2 [deg.]), Two degrees (2 [deg.]), two and a half degrees (2 1/2 [deg.]), three degrees (3 [deg.]), three and a half degrees (3 1/2 [deg.]) and four degrees
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ci being typical deviations of degrees of protector in the present technique. The selection of the angle of the guard is normally predetermined by the size of the angle and / or the directional change required to maintain a proposed development during a given drilling case. Normally, a designer-designer takes into account several factors when selecting the proper angle for the protector 10. Some facts that must be considered are:
1. the size of the hole;
2. the required directional control;
3. the change of angle per meter of desired drilled hole; and
4. the size of the drilling that can be carried out with
drill bits given for a given turboforet.
The operation of the apparatus 10 of the present invention can be better observed by examining Figures 1 to 7.
In the method of the preferred embodiment of the present invention, the protector 10 is connected to the lower part 100 of the drill string. A suitable drilling member 102, such as a "Dyna-Drill" turboforet or the like, is attached to the protector 10 by the movable connector 40. The axes of the body 12 and of the movable connector 40 are then aligned axially so that the apparatus Axially aligned whole drill bit can be lowered into the borehole. In Figure 1, the device is shown in its axially aligned position. In this position, the movable connector 40 is in an aligned position, the sleeve 20 moving up to the shoulder 24 abutting and stopping on the stop 16.
In this position, the lugs 50 protrude below the recess 52 of the body 12, thereby releasing these lugs 50 from the rotational stops caused by the side walls of the recess 52.
When drill 102 reaches the desired position in
the borehole and that the turboforet or similar drilling member is positioned as desired, the drilling member is actuated to produce a twist in the guard 10 in order to effect a displacement of this guard 10 in a second axially deflected position. This deflected position of the protector
10 produces a corresponding deflection angle "A" (see figure
4) between the axes of the drill string and the drilling member. Then directional drilling can begin as desired. Of course, it is desirable to know where
and in which direction from the vertical the deviation takes place, which varies according to the quantity according to which
angular rotation occurs from zero, from the aligned position relative to the particular set position, designated
and blocked. To facilitate this, another set of angular markings is provided on the upper main part of the body 12
(see Figures 1 and 2), which indicates where, along the lateral periphery of the upper connector 30, the indicated angular deviation occurs when selected from the lower set of granted angular markings.
As soon as the drilling operations are completed, the drill string can be removed from the well hole. During extraction, the protector 10 extends so that the sleeve 20 is sliding and the movable head 22 extends to a most elongated position, so that its ability to rotate relative to the body 12 is restored. As the turboforet or similar drilling tool is no longer in action,
lateral torsion is absent both from the drill string and from the protector 10. Thus, the stress force necessary for maintaining the protector 10 in an angled position is absent and the protector 10 (the connector 40 can now rotate freely by relative to the body 12) gradually takes up an aligned position again when the drill string is withdrawn from the borehole. The axially aligned position is gradually reoccupied, since it constitutes the position where
the track is of less resistance and no force is present to keep the protector 10 in the "bent" position.
In the preferred embodiment described above, we have considered the use of a "Dyna-Drill" turboforet or a similar directional drilling tool which produces a twist in the protector 10 when it is rotated. . However, it is obvious that other drilling tools can be used in combination with the first preferred embodiment of the present invention if they create, in the guard 10, a twist which produces a displacement of this guard 10 d 'an "axially aligned" position to an angled position. Similarly, the present invention can be adopted when the body and the movable connector can be moved relatively to each other for angular deflection by direct mechanical members or other actuated members, for example, from the surface or in another way.
A second preferred embodiment 210 of the variable angle protector of the present invention is reproduced in FIGS. 8 and 9, the different elements, the various parts and the functioning of which are similar in many respects
to those described in detail in connection with the first embodiment of Figures 1 to 7. Therefore, to save time, similar or identical aspects are not repeated here and
it should be noted that the elements and analogous parts of the second embodiment are designated by the same reference numerals as those of the first embodiment with, in addition, the prefix 2. However, rather than being provided with the variable system 72 -77 manually adjusted from the first embodiment 10, this second embodiment 210 makes use of an internal motorized system 272 allowing a modification of the degree zero to the maximum designated degree, while the tool 210 is
in the hole.
The aligned arrangement of the tool 210 is represented in FIG. 8, while the selected arrangement, designated or "angled" is indicated in FIG. 9.
The variable angle motorized system 272 includes an electric and internal synchronized "servo" motor 273 operated by electric "umbilical" control lines 274 reaching the "main" synchronous motor (not shown) at the surface. Internal motor 273 is attached to the upper element
270 of the body and drives an associated control system consisting of a set of gear teeth 275 fixed to the lower element 220 of the body by means of a suitable gear system 276. Alternatively, the internal motor 273 can of course be mounted on the lower element 220 and can rotate the upper element 270 of the body.
By controlling the "main" synchronous motor on the surface, the internal "slave" motor 273 is activated until
the desired deflection angle is reached while the tool
210 is "in the hole". When the retirement of the train
drill pipes, etc. is desired, the "main" synchronous motor
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internal 272 are brought back until the position
zero degree is reached or, if necessary, the rotation is continued further, 'until a total rotation of 3600 has taken place
place, which returns the tool 210 to its zero or aligned position.
The geometric relationships that are the basis of the tool's operation, allowing both an aligned position
not deflected and, if desired, a deflected or offset position, are schematically shown in Figures 10 and 11 respectively.
As indicated, the tool 300 (analogous to 10 and 210) comprises three fundamental connection sections: a first upper connection section 301 (analogous to 30 and 230)
to connect the tool, for example, to the drill string, a second lower connection section 302 (analogous to
40 and 240) to connect the tool to an active device, for example, a turboforet provided with a drill bit, and a third central connection section 303 (analogous to 12 and 212) to connect one to the other the first two sections, none
three connecting sections having a central longitudinal axis 301a, 302a and 303a respectively. The axis 303a also defines an axis of rotation offset from the other longitudinal axes 301 a and 302a at a certain angle B selected from
2 [deg.], For example. The central connection section 303 allows the first two connection sections 301 and 302 to rotate
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rotating gear being guided by the flat and elongated mating surfaces 305 (similar to 53-54 and 250) rotating laterally with respect to each other, surfaces which lie in a plane perpendicular to the axis of rotation 303a.
As can be seen in Figure 10 where the tool 300 is in its aligned position, the central longitudinal axes
301a and 302a of the upper and lower parts of the tool
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the central axis of rotation 303a of the central part. However, as the upper and lower sections 301 and 302 i <EMI ID = 46.1>
map of the upper longitudinal axis 301a with an increasing degree of angular deviation until a maximum deviation corresponding to 180 [deg.] of rotation is reached, at which time, as can be seen from the figure 11,
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the example given, to a total of 4 [deg.]. If the rotation is continued beyond 180 [deg.] Or occurs backwards, ie is reversed, the angle of deviation between the upper sections
and lower 301 and 302 decrease until the start position or zero position is reached, which results in the aligned arrangement of FIG. 10.
Naturally, starting with a larger deflection angle "B", for example, exceeding 2 [deg.], That is 3 1/2 [deg.] For example, a desired deflection angle of 4 [deg.] Is reached by relatively rotating the upper and lower sections 301 and 302 with a rotation less than 180 [deg.]. This situation is what is shown in the first embodiment 10 which is only rotated approximately on 60 [deg.] To produce a deviation of 4 [deg.]. Similarly, by varying the limits of the maximum magnitude of rotation between the upper and lower sections 301 and 302 on the axis of rotation 303a and holding or blocking the two sections 301 and 302 together
at this limit set during the use of the active device, the same tool 300 can be made variable and used to produce various angles of the group of different selected deflection angles. This latter possibility is obtained by means of embodiment 10 and 210 of the present application. Thus, for example, in the first embodiment 10, by adjusting again the laterally adjusted relative positions between the elements 70 and 71 by a lateral displacement of the elongated coupling surfaces 79 relative to each other, <EMI ID = 48.1>
central rotation of the sleeve 20, the maximum magnitude of the rotation allowed after leaving the aligned arrangement is modified, before the lug 50 strikes the stop wall of the recess 52, the smallest amount of rotation allowed before locking or the stop producing a smaller magnitude of angular deviation. Alternatively, the lugs 50 can of course be themselves made mobile to modify the point of rotation stop or a variable stop system to selectively limit the magnitude of the rotation of the sleeve 20 in the body 12, can be provided. Or, as another possible arrangement, the internal structure of the tool can be recreated to allow
the variation of the angle that the offset axis of rotation 303a forms with the other longitudinal axes 301a and 302a.
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deflection is set by operating the motor and simply holding it at the particular selected point of rotation producing the desired degree of deflection.
It should also be noted that both the lateral coupling surfaces 305 (53-54 and 250) and the cylindrical coupling surfaces nested between the body 12 or 212 and the sleeve 20 or 220 of the tool 10 or 210 effect jointly
the same function of guiding the relative rotation between
the upper and lower analog sections 301 and 302 of the tools. Therefore, although it is desirable to have these two types of surfaces from the point of view of resistance, it is possible to recreate the tool to eliminate or modify one or the other.
guidance systems for coupling surfaces.
Similarly, it should be noted that it is desirable that
the outer surfaces of the upper and lower sections
301 and 302 form cylindrical surfaces of the same diameter
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cylindrical, measured from the axis of rotation 303a, are smaller for the compactness of the tool.
It is obvious that by using the term "protector" or "tool" in the present specification, this term includes the case in which the invention is used in a separate tool as shown or is a part or a secondary element of another device or tool, for example, is a part of the turboforet or of the "Monel collar" itself.
As another possible modified example, a "hybrid" tool using parts of embodiment 10 and 210 can be designed by applying the basic design of tool 10, but by providing an internal motor controlling surfaces (similar to that of the '' example 210) for
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70 and 71 while being "in the hole". This design includes the motor and its associated control work between the secondary elements 70 and 71 and does not undergo the heavy load on the motor control system to which the exemplary embodiment 210 is subjected while working between the element 212 of the body. and the sleeve 220.
Naturally, for deviations larger than
<EMI ID = 53.1>
or multiple aligned tools can be used to produce a combined total deflection angle of the sum of each of the tools.
It should be understood that many varied and different exemplary embodiments can be achieved within the limits of the idea of the invention disclosed in this specification and that many modifications can be made to the aforementioned exemplary embodiments, detailed in accordance
the description requirements of the law in a non-limiting sense.