CA1128925A - Raccord coude a angle variable pour forages diriges - Google Patents

Abstract

Raccord coudé à angle variable par télécommande, comportant un premier élément tubulaire fixé à l'extrémité d'une colonne de forage et un second élément tubulaire solidaire d'un moteur de fond entraînant en rotation un outil de forage. Ces éléments tubulaires sont assemblés entre eux et l'axe du second élément tubulaire peut tourner autour d'un axe de rotation qui fait un angle avec l'axe du premier élément tubulaire. L'axe de rotation et les axes des deux corps tubulaires sont distincts les uns des autres et concoure sensiblement en un même point. L'angle précité est un angle aigu et le raccord comporte des moyens télécommandés pour modifier à volonté la position angulaire du second par rapport au premier par pivotement de l'axe du second élément autour dudit axe de rotation et des moyens pour immobiliser l'un par rapport à l'autre lesdits éléments tubulaires dans une position angulaire relative choisie.

Description

~2~ S

La presente invention se rapporte à un dispositif genéralement appele raccord coude interpose entre la colonne de forage et un moteur de fond entrainant un trepan en rotation, ce raccord permettant de modifier la trajectoire du forage.
Plusieurs méthodes et dispositifs ont été proposés par le passe pour realises des forages diréges.
Selon le brevet U.S. n 3 365 007, on utilise l'action d'un jet de fluide convenablement oriente pour detruire locale-ment les formations et créer une cabite vers laquelle le trepan sera intralne. Il est aise de comprendre qu'un tel dis-positif est peu precis, car l'action du jet, et donc la devia-tion obtenue, sera differente suivant la durete des formations géologiques. De plus r il est nécessaire d'utiliser un trépan particulier pourvu d'une buse par où s'échappera le jet de flulde.
Selon un autre procédé décrit par exemple dans le brevet britannique n 1 139 908, dans les brevets US ns 3 593 810, 3 888 319 e~ 4 0~0 494 ou dans le brevet français n 2 2g7 989, on utilise un dispositif déviateur, enveloppant une portion de la garniture de forage le plus souv~nt au voi-sinage du trepan. Ce dispositif deviateur est pourvu de doigts deplacables radialement par rapport à l'axe de la garniture.
En deplaçant judicieusement ces doigts qui prennent appui contre la paroi du puits fore, on provoque un decentrement de l'axe du trepan par rapport à l'axe du puits et donc, une modification de la tra~ectoire du forage. Avec de tels dispositifs, l'avancement du forage est discontinu et s'effectue par passes successives entre lesquelles le forage est arrêté
pour permettre le deplacement du dispositif deviateur. ~1 s'ensuit des pertes de temps considerables qui augmentent le cout d'une operation de forage.

Avec la technique actuelle de forage mettant en oeuvre un moteur de fond, on a proposé d'interposer entre la colonne de forage et ce que l'on appelle la''tête de forage" (ensemble comportant le trépan et le moteur de fond) un raccord coude d'angle determine. ~insi, chaque fois que l'on desire modifier la trajectoire du forage, il est necessaire de remonter toute la colonne de forage en surface pour adapter un nouveau raccord I coude dont l'angle est choisi en fonction de la déviation désirée.
' De nouveaux raccord coudéscdits articules ont ete proposes. Ils sont du type de celui decrit dans le brevet français n~ 1 252 703 ou mentionné dans le brevet français n 2 175 620. Ces raccords se composent généralement de deux parties tubulaires articulées entre elles et ne pouvant avoir que deux positions l'une par rapport ~ l'autre. Dans la première position, les deux parties du raccord sont alignées (l'angle du . . ~ .. _ . .--. _ _ . _ ~ .. ... _ _ . . . . _ _ _ . . ... _ _ _ . ............... . .

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~Z8~

raccord est alors nul), tandis que dans la seconde position, les d~ux parties du raccord font entre elles un angle de valeur déterminée. Tout comme pour les raccords coudés du type prece-dent, il est nécessaire de remonter en surface au moins un elé-ment constitutif du raccord lorsque la déviation désirée n'est pas compatible avec l'angle que peuvent former entre elles les deux parties du raccord.
L'invention propose un raccord coude ne presentant pas les inconvenients des dispositifs anterieurs. Plus preci-sément, l'invention concerne un raccord coude constitue de deux - eléments tubulaires formant entre eux un angle variable par télecommande, de preference entre une valeur nulle et une valeur maximale.
Sommairement,l'objet de la presen-te invention est atteint par pivotement de l'un des eléments tubulaires autour d'un axe de rotation distinct des axes des deux elements tubu-laires avec lesquels cet axe de rotat:Lon concourt en un même point, ce pivotement etant obtenu SOU9 11 action de moyens telecommandes.
Plus precisement, l'invention revendiquee est un raccord coude du type à angle variable par telecommande, compor-tant un premier element tubulaire fixe à l'extremite d'une colonne de forage et un second element tubulaire solidaire d'un moteur de fond entrainant en rotation un outil de forage, ces elements tubulaires etant assembles entre eux, l'axe du second element tubulaire pouvant tourner autour d'un axe de rotation qui fait un angle aigu avec l'axe du premier element tubulaire, l'axe de rotation et les axes des deux corps tubulaires etant distincts les uns des autres et concourant sensiblement en un meme point, le raccord comportant de plus des moyens telecom-mandes pour modifier ~ volonte la position angulaire du second element par rapport au premier par pivotement de l'axe du second element autour dudit axe de rotation et des moyens pour

- 2 -~z~

immo~iliser l'un par rapport a l'autre lesdits eléments tubu-laires dans une position angulaire relative choisie. Selon l'invention, le raccord est essentiellement caractérisé en ce que lesdits élements tubulaires sont assembles par un emboîte-ment rotati dont l'axe constitue ledit axe de rotation et qui est traverse par un arbre de liaison de ces elements, monte coulissant dans ces éléments en restant solidaire en rotation de l'un d ! eux, ledit arbre de liaison ayant une position de verrouillage dans laquelle il devient également solidaire en rotation de l'autre élement tubulaire et dont il peut être degagé par un deplacement axial, et en ce que ce raccord comporte des moyens telécommandés pour déplacer axialement ledit arbre de liaison et des moyens d'entraînement faisant correspondre à un déplacement axial de cet arbre ~ partir de sa position de verrou.illage un pivotement dudit second élément tubulaire autour dudit axe de rotation.
L'invention pourra être bi.en comprise et tous ses avantages apparaltront à la lecture de la description qui suit, de quelques modes de realisation illustrée par les figures annexées parmi lesqueiles:
La figure 1 illustre schematiquement le principe du raccord coudé selon llinvention, la figure 2 représente, en coupe axiale, un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 3 montre, vue en perspective, une portion de la rainure de guidage, la figure 4 est une vue développée de la rainure - de guidage, la figure 5 illustre des moyens auxiliaires de verrouillage en rotation des élements du raccord coudé, la figure 6 illustre le fonctionnement de ces moyens au~iliaires de verrouillage, - 2a -2i3~Z5 les figures 7A et 7B representent un second mode de réalisation de l'invention/
lafigure 8 montre un exemple de realisation des moyens de detection du deplacement de l'arbre de liaison, , . .. -~ . . .,, ' ` ;

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~Z8~

- les figures 9 et 10 montrent la bague de verrouillage cooperant avec la rainure de guidage, - les figures llA a llE indiquent le fonctionnement de la bague de verrouillage, - la Eigure 12 représente des moyens creant une perte de charge determinee dans l'ecoulement du ~luide de forage, - les figures 13A et 13B représentent un troisième mode de réa-lisation de l'invention, et - la figure 14 represente, à plus grande echelle, le mecanisme de commande represente sur la figure 13A.
La figure 1 montre schematiquemen~ le principe du rac- ~:;
cord coude selon la presente invention.
Ce raccord se compose de deux corps tu~ulaires 1 et 2 relies entre eux par un element d'emboltement 2a d'axe ~ et solidaire, par exemple, du corps 2. Llaxe X'X du corps tubulaire 1, l'axe Y'Y du corps tubulaire 2 et l'axe concurent en un meme point O.
Les angles (~, X'XJ et (Q,Y'Y) formés par l'axe ~ et les axes x~Y et Y'Y respectivement ont même valeur ~. ~a rotation :
continue du corps 2 autour de l'axe ~ permet de faire varier l'angle delimite par les axes X'X et Y'Y entre une valeur maximale 2 ~ (position du corps 2 représentee en trait continu) et une valeur nulle ~position du corps 2 representee en trait interrompu).
La valeur ~ est choisie en fonction de la valeur maximale de l'angle que l'on desire donner au raccord coude selon l'invention. La rotation du corps 2 autour de l'axe ~
pourra être realisee de maniere continue ce qui permet de re- .
gler l'angle (X'X, Y'Y) a une valeur desiree comprise entre O et 2~, mais, cette rotation peut aussi s'effectuer pas a pas, deux positions successives correspondant a une rotation e du corps 2 autour de l'axe ~, telle que

- 3 - .

89;~S

~ = 2 ~

n etant un nombre ~ntier choisi de façon à obtenlr n valeurs interessantes de l'angle du raccord, de preference l'una des n positions relatives des deux corps correspondant a une valeur nulle de l'angle (X'X, Y'Y).
En prenant pour référence la position d'alignement des deux corps tubulaires 1 et 2, l'angle ~ formé par les axes de ces deux corps est déterminé par la formule:

cos ~ 2 sin2 ~.sin2 e ~10 2 La ~igure 2 represente, en coupe, un premier mode de réalisation du raccord coudé selon l'invention dans la position où les axes des deux corps tubulaires sont confondus.
Le corps tubulaire 1 qui est, par exemple, constitué
de plusieurs élément la, lb réunis bout à bout, est relié à
la garniture de forage 3 par un Eiletage 4. Le corps 2, composé de plusieurs éléments 2bt 2c est vissé sur un moteur de fond 5 tel qu'une turbine, un moteur volumétrique ou electrique, par un filetage 6.
L'extrémité supérieure du corps 2 porte un élément d'emboltement 2a complémentaire d'un alésage 11 usine à la partie inférieure du corps 1. L'emboltement 2a d'axe A est realise de telle sorte que l'axe ~ et les axes de chacun des corps 1 et 2 concourent en un meme point O.
Les corps tubulaires 1 et 2 sont maintenus dans leur position d'emboltement par une butée 14 supportant les efforts axiaux appliques au raccord lors de son utilisation. Le centrage de l'element 2a dans l'alésage 11 est assure par des roulements tels que ceux schématisés en 15, 16 et 17 qui permettent la rotation relative des deux corps tubulaires.
Un joint 18 assure l'etancheite.
Un arbre tubuIaire de liaison 20 dont l'axe est confondu avec l'axe Q a pour fonction de solidariser en rotation les corps l et 2 lorsqu''il est dans la position représentée sur la figure 2 (position haute) et de faire tourner le corps 2 autour de l'axe ~ d'un angle e chaque fois qu'il s'écarte de cette position.
L'arbre 20 comporte quatre zones fonctionnelles différentes: ' l. Le long de la zone A, l'arbre 20 porte des cannelures 22 qui coopèrent avec des cannelures complémentaires 21 usinées dans l'alesage du corps l pour lier en rotation le corps l et l'arbre 20 tout en permettant un déplacement axial de ce dernier.
2. Le long de la zone B, l'arbre 20 porte une rainure de guidage profilée 28 (cf fig.3) qui coopère avec au moins un doigt de guidage 26 porté par le corps 2. Ce doigt est rétractable radialement dans la paroi du corps 2, contre l'action de ressorts de rappel qui le maintiennent en permanence en contact avec le fond de la rainure 28 dont la pro~ondeur varie comme le montre la figure 3.
Rainure et doigt de guidage assurent la rotation du corps 2 lorsque l'arbre 20 est éloigné de sa position haute~
3. Le long de la zone C, l'arbre 20 porte des cannelures 23 (n dents ou multiples de n) tandis que l'alésage du corps 2 porte des cannelures complémentaires 24. Les cannelures '~
`'' 23 et 24 lient en rotation les corps l et 2 lorsque l'arbre 20 est dans sa position haute.

4. Dans la zone D est situe un mécanisme télécommandé
assurant le déplacement axial de l'arbre 20 par rapport au corps l. Ce mecanisme assure par exemple l'obturation du passage du ~luide de forage à travers l'alés'a~e,de l'abre 20.
Des joints l9 assurent l'étanchéité entre le ~luide 9~s de circulation et le mécanisme intérieur.
Dans la tete 20a formant piston de l'arbre 20, l'alésage intérieur 20b de l'arbre 20 pour le passage du fluide se divise en plusieurs canaux périphériques 20c. Sur le piston 20a est monté xotatlf un disque ou plaque circulaire 78 possédant les memes passages et pouvant tourner d'un cer-tain angle par rapport a ce piston afin d'obturer partiellement ou totalement les orifices des canaux 20c de passage du fluide de forage. Cette rotation est obtenue par-une tige de com-mande 79, de section plate au niveau du disque 78 et passantau travers de celui-ci par une fente. La tige 79 est guidé
par un palier 80 et est entra~née en rotation par un électro-aimant ro~atif 81 ou par un autre moyen électromecanique. La liaison electrique avec la surface se ait par l'intermédiaire d'une fiche axiale 82.
83 est un clapet taré a la pression necessaire pour--obtenir la poussee sur le plston 20a, comme expliqué ci-dessous.
84 est une butée annulaire limitant la remontée de l'arbre 20 sous l'action du ressort 25, s'appuyant sur la bague 85.
Ce ressort de rappel 25 repousse vers le haut l'arbre 20 une fois la rotation e obtenue.
Le fonctionnement de ce dispositif est indiqué
ci-apres.
Il s'agit d'un fonctionnement pas a pas. Le pas . . .
correspond a une rotation e = 2 ~ du corps 2 autour de l'axe ~.
Lorsqu'on a effectue une rotation de n pas, on a fait un tour complet et on-est revenu au point de depart.
l. le forage ayant atteint la profondeur a laquelle on desire modifier l'angle du raccord coudé, on arrête la cixculation du fluide de forage, on décolle l'outil de forage du front de taille, ~Z8~2~

2. on ~ctive l'electromecanisme 81 pour faire pivoter le disque 78 et obturer les passages du uide dans la tête 20a formant piston de l'arbre 20, 3. on retablit la circulation du fluide de forage, . lc p:lston 20a quL cst soumls ~ la pression du fluide de forage deplace axialement l'arbre 20 vers le bas de la Eigure 2. La position du doigt de guidage 26 par rapport à la rainure 28 est modifiee. Le doigt 26 passe de la position 26a à la position 26b (figO 4) dans laquelle les cannelures 23 et 24 etant degagees les unes des autres, les corps l et 2 ne sont plus lies en rotation,

5. la poursuite du deplacement axial de l'arbre 20 provoque la rotation du corps 2, 1e doigt 26 decrivant la portion inclinee 28a de la rainure pour atteindre la position 26v, apres une rotation e. Le piston 20a decouvre la soupape taree 83 qui limite la pression du fluide de forage au-dessus du piston, avertissant en surface que l'arbre 20 a decrit toute sa course.
Le disque 78 a garde sa position d'obturation des canaux 20c tout au long du deplacement de l'arbre 20 grâce a une longueur suffisante de la tige de commande 79 le long de laquelle coulisse la fente du disque 78,

6. la circulation du fluide est à nouveau interrompue, -- - 7. on arrete l'activation de l'electromecanisme 81. Par un moyen de rappel mecanique, non represente, la tige 79 revient dans sa positi~n initiale entralnant le disque 78 qui decouvre les canaux 20c, 8. le ressort de rappel 25 repousse l'arbre 20 vers sa position initiale. Le doigt 26 qui decrit une portion de rainure 28b parallèle a l'axe de l'arbre 20 atteint tout d'abord la position 26b' (fig. ~), puis 9. dans la dernière partie du mouvement de translation de ~2~g~S

l'arbre 20, faisant passer le doigt 26 de la position 26b' à la position 26a', les cannelures 23 de l'arbre 20 cooperent avec les cannelures 24 du corps 2 pour lier a nouveau en rotation les corps tubulaires 1 et 2.
Une nouvelle rotation e peut être obtenue en repe-tant le cycle operatoire decrit ci-dessus. Il ~aut alors noter que le doigt de guidage 26 occupera alors les position 26a' et 26b' puis, du fait des différences de profondeur dans la rainure 28, s'engagera automatiquement dans une nouvelle por-tion 28a'.
Pour s'assurer que le passage de la position 26ca la position 26a' s'effectue correctement, on peut utillser un dispositif de verrouillage qui lie en rotation les corps 1 et 2 lorsque l'arbre 20 se deplace sous l'action du ressort 25 et qui est mis hors service des que les cannelures 23 cooperent avec les cannelures 24.
Ceci peut etre, par exempl~, realisé comme illustre sur la figure 5, par au moins un goujon de verrouillage 87 porte par le corps 1 et maintenu en position par un systeme de verrouillage a billes 88. Dans le corps 2 et coaxialement au goujon 87, est usine un conduit 89 de meme diametre que le goujon 87. Ce conduit est disposé de telle sorte qu'il de-bouche dans l'espace libre limite entre deux cannelures con-secutives 24 du corps 2. A l'intérieur de ce conduit, est loge une tige de rappel 90 de meme longueur que le condult 89.
A la fin de la rotation du corps 2, un déplacement axial supplementaire de l'arbre 20 ~ait passer le doigt 26-de la position 26c a la position 26c' (fig. 6). Pendant ce deplacement, le piston 20a prend appui sur le goujon 87 et le repousse partiellement dans le conduit 89, l'extremité de la tige 90 se logeant en-tre deu~ cannelures 24 du corps 2.

Le goujon 87, immobilise dans cette position par l'organe de 8~2~ ~

verrouillage, 88 solidarise en rotation les corps 1 et 2.
Lors du retour en position hau-te de l'arbre 20, 1e doigt 26 ne peut alors décrire que la portion 28b de la rainure 28 (fig. 6). Le re-engagement des cannelures 23 dans les can-nelures 2~ repousse la tige 90 et le goujon 87 reprend sa position initiale.
Les figures 7~ et 7B représentent, en coupe, un autre mode de réalisation du raccord coude selon l'invention qui diffère de celui decrit precedemment par le mecanisme télecommande assurant le deplacement de l'arbre 20 et par le dispositif de verrouillage.
Dans ce cas, l'extremite inferieure de l'arbre 20 est prolongee par un piston inférieur creux 27 pouvant coulis-ser, contre l'action du ressort 25, dans l'alésage 29 du corps 2, l'axe de cet alésage étant confondu avec l'axe Q. Des joints 30 assurent l'etanchéite entre le piston 27 et l'alesage 29. L'extrémite superieure de l'arbre 20 est prolongée par un piston creux 31 ~ui coulisse dans l'alésage 32 du corps 1, l'axe de cet alesage etant con~ondu avec l'axe ~. Des joints 33 assurent l'etancheite entre le piston 31 et l'alésage 32.
Le diametre extérieur 27 est superieur a celui du piston supérieur.
Les alesages 29 et 32, les pistons 27 et 31 de~
l'arbre 20 delimitent entre eux un espace annulaire étanche 34.
Dans la partie supérieure de l'alesage du corps 1 est place un reservoir 35 contenant un fluide hydraulique tel que de l'huile. Ce réservoir est constitué d'une paroi 36 dont une portion au moins est déformable et réalisée, par exemple, en néoprene. Ce .réservoi~ est loge dans une enceinte rigide de protection 37 dont la paroi est munie d'orifices 38 de sorte ~ue le fluide de forage qui circule dans le raccord ~ZI~gZ5 coudé exerce sa pression sur la paroi 36 du reservoir 35.
Un conduit 39 prevu dans le corps 1 met en communication l'es-pace 34 et le réservoir 35 à travers une vanne 70 ayant une position d'ouverture et une position de fermeture. La posi-tion de cette vanne, qui est par exemple une électrovanne, est commandée depuis la surface comme il est indique plus loin.
Un élément 40, adapte à creer une perte de charge dans l'écoulement du fluide de forage, est place en amont du piston 27. Plus precisement, cet organe est place à un niveau intermedlaire situe entre celui de l'espace 34 et celui du reservoir 35. Dans le cas illustre par les figures, cet organe 40 est place dans l'alesage du corps l, mais on ne sortirait pas du cadre de la presente invention en plaçant cet organe 40 dans l'alesage de l'arbre creux 20.
Un compensateur, designe dans son ensemble par la reference 41, permet d'une part de maintenir la pression du Eluide qui remplit l'espace confine 34 à une valeur sensible-ment égale à la valeur de la pression régnant dans l'alésage du corps 2 lorsque la vanne 70 est fermee et permet, d'autre part, de compenser les fuites hydrauliques.
Ce compensateur comporte une membrane souple 42 qui détermine avec l'alésage du corps l ùn espace annulaire 43 qui communique par des orifices 44-avec le conduit 39. Cette membrane délimite avec le corps 45 du compensateur 41 un espace qui communique par des orifices 46 avec l'intérieur du raccord coudé, en aval de l'element 40 creant la perte de charge en considerant le sens d'ecoulement du fluide de forage.
Les si~naux de commande de l'electrovanne 70 sont transmis depuis la surface par un câble ou ligne 47 qui peut être place dans l'alesage de la garniture de forage 3, ou integre à la structure de cette garniture. Un connecteur electrique 48 pouvant etre de tout type connu`assure la liaison .

2i~

électrique entre le cable 47 et l'électrovanne 70.
Des moyens de repéra~e de la position relative des deux corps 1 et 2 composant le raccord peuvent être prevus.
Ces moyens sont, par exemple, constitués d'une pièce magnétique, telle qu'un aimant permanent 49, fixée à l'extremite 2a du raccord 2 et d'un ensemble d'interrupteurs 50 solidaires du corps 1. Ces interrupteurs seront par exemple du type inter-rupteur à lame souple commercialise par RADIOTECHNIQUE sous la reference R 122. A chaque position du corps-2, l'aimant 49 actionne un seul des interrupteurs 50. Le repera~e de cet interrupteur indique la position relative des corps 1 et 2.
A cette fin, ces interrupteurs sont relies à la surface par exemple par des conducteurs électriques 51, le connecteur électrique 48 et le câble 47.
Le fonctionnement du raccord coudé est decrit ci-dessus en se referant aux figures et en supposant qu'initiale-ment les corps 1 et 2 sont alignes. Le raccord est dans la position representée sur les figures 7A et 7B e~ l'électro-vanne 70 est fermée.
20 ` Le fluide de forage circule dans le sens indiqué
par les fleches pour alimenter le moteur de fond 5 lorsque celui-ci est, par exemple, une turbine et pour irriguer l'outil de forage (non représenté). La pression du fluide hydraulique remplissant le réservoir 35 a une valeur Pl é~ale a la pression du fluide de fora~e alimentant le raccord coude. L'elément 40 cree dans l'écoulement du fluide de forage une perte de charge AP. La pression P2 en aval de l'élement 40 est infe-rieure à la valeur Pl et egale à:

P2 Pl ~P.

La pression du fluide hydraulique remplissant llespace S

annulaire 34 defini plus haut est maintenu par le compen-sateur 41 a une valeur sensiblement egale a P2. Le ressort tare 25 maintient alors l'arbre 20 dans la position haute representee sur la figure 7B. Le doigt de guidage 26 est dans la position 26a representee sur la figure 4.
Pour modifier le reglage de l'angle du raccord coude, la circulation du fluide de forage étant maintenue, on trans-met depuis la surface un signal de commande,par l'intermediaire du câble 47. Ce signal provoque l'ouverture de la vanne 70 qui met en communication le reservoir 35 et l'espace 34 par l'intermediaire du conduit 39. Le fluide hydraulique de l'espace 3~, qui est alors à la pression Pl, agit sur le piston inferieur 27 et le déplace contre l'action du ressort 25, l'espace 34 étant alimenté par le réservoir 35. Le doigt de guidage atteint tout d'abord la position 26b (fig. 4); les cannelures 23 de l'arbre et celles 24 du corps 2 sont dégayees les unes des autres. Le déplacement du piston inférieur 27 se poursuit. Le doigt de guidage 26 passe de la position 26b a la position 26c en provoquant la rotation du corps 2 autour de l'axe Q d'un angle ` e = 2 ~

- Lorsque le doigt 26 est dans la position 26c, un dispositif de controle, tel qu'un contact électrique non re-présenté, transmet l'information en surface. Les moyens de reperage 50 pourront eventuellement constituer ce dispositif de controle.
On arrête la circulation du fluide de forage. La valeur de la pression du fluide hydraulique dans le reservoir 35 et dans l'espace 34 devient alors sensiblement égale a la valeur de la pression du fluide de forage dans le~coxps tubu-~12~39Z5 laire 2. Le ressort tare 25 repousse l'arbre 20 vers le haut de la figure 7B en refoulant le fluide hydraulique dans le réservoir 35. ~e doigt 26 atteint tout d'abord la position 26b' puis la position 26a' pour la~uelle le corps 2 et l'arbre 20 sont à nouve~u lics en rotation. On fexme alors la vanne 70.

Ces opérations peuvent être répétées jusqu'a ce que l'angle du raccord coudé ait atteint la valeur désirée.
La vanne 70 étant fermée, l'opération de forage peut etre reprise en rétablissant la circulation du fluide de ~orage.
La figure 8 représente.un autre mode de réalisation des moyens indiquantl'arrivée du doigt 26 dans la position 26c.
Selon ce mode de réalisation, le piston inEérieur 27 met en communication l'alésage de l'axbre 20 et l'arbre 29 du.corps 2 par un conduit axial 7 et un ou plus:ieurs conduits latéraux 8. De plus, l'alésage est pourvu d'un épaulement 9 ~ui dans la position basse du piston 27 (représentée en trait interrompu sur la ~igure 8) obture les conduits latéraux 8. Ainsi, lorsque le piston 27 atteint l'epaulement 9, il se crée dans l'écou~
lement du fluide de forage une variation des conditions d'écoulement qui peut etre détectée en surface.
Un autre mode de réalisation des moyens de verrouil-lage des corps 1 et 2, lorsque le piston 20 est dans sa position ;~
-- - basse, est représenté par les figures 9 a llE. Ces moyens de verrouillage comportent une bague ou fourreau 52 enveloppant la rainure de guidage 28 (fig. 9). Cette bague porte au moins une rainure 53 recevant le doigt de guidage 26~ Cette rainure est représentée en vue développée sur la figure 10. A chacune de ses extremités, le fourreau est pourvu de dents 54 et 55 destineesà cooperer avec des dents 56 et 57 de l'arbre 20.

Un ressort 58 interposé entre l'arbre 20 et le Eourreau 52 tend a deplacer ce dernier pour engagex les dents.54 et.56.

~8925 Le fonctionnement est illustre par les figures llA
à llE. Sur ces figures schematiques, la rainure 53 a ete representee par une surface hachurée pour une meilleure com-préhension du dessin.
Pendant l'opération de forage, le fourreau est dans la position illustrée par la figure llA, les dents 55 et 57 etant engagées pour lier en rotation le fourreau 52 et l'arbre 20. Lors du deplacement axial de l'arbre 20, les positions relatives des rainures 28 et 53 sont successivement celles representees par la figure llB pour laquelle les dents 55 et 57 sont degagees les unes des autres, puis par la figure llC, pour laquelle sous l'action du ressort 58 et après rotation du Eourreau 52, entralne par le doigt de guidage 26, les dents 54 et 56 immobilisent en rotation l'arbre 20 et le fourreau 52. Dans ces conditions, un déplacement axial en sens inverse de l'arbre 20 s'effectue sans rotation possible par rapport au doigt de guidage 26 (fig. llD). Le fourreau 52 et l'arbre 20 sont à nouveau liés en rotation par les dents 55 et 57 (~ig. llE).
La figure 12 montre le mode de realisation d'un élément 40 adapté à creer une perte de charge determinee en fonction du débit de fluide de forage.
Dans ce cas, l'element 40 est constitué d'une pièce -60 procurant une réduction du diamètre de l'alésage du corps 1. Un élement mobile 61 est deplaçable dans l'alesage du corps 1 sous l'action d'un ressort tare 62. Dans l'e~emple ~ -represente, l'element 61 est profile de telle sorte que la perte de charge dans l'ecoulement du fluide de forage soit sensiblement independante du debit. Pour cela, l'e~tremite de l'é]ement 61 a une forme genérale conique. Une augmentation de debit a tendance à provoquer une augmentation de la perte de charge. L'element 61 se deplace contre l'action du ressort taré 62 et prend une nouvelle position d'équilibre correspon-dant a la valeur initiale de la perte de charge poux ~aquelle le ressort 62 a été tare.
Les figures 13A, 13B'et 14 representent une autre variante de réalisation du raccord coudé selon l'invention.
Le corps supérieur 1 est relié à la garniture de forage 3 par un raccord intermédiaire 104 fileté en 4 et 4a.
Constitué de plusieurs éléments 2b, 2c, 2d, réunis bout à bout par des filetages 207 et 208, le corps inferieur 2 est vissé
sur un moteur de Fond 109 tel qu'une turbine, par l'intermé-diaire d'un filetage 10.
A la partie inFérieure du corps 1, est usiné un alésage 11 d'axe A. La face inférieure 12 du corps 1 est perpendiculaire à l'axe ~ et le plan qui la contient passe par le point de conc,ours des axes X'~, et ~
L'extrémité supérieure du corps 2 porte un element d'emboltement 2a complementaire de l'alesage 11 et dont l'axe ~ait avec l'axe Y'Y du corps 2 un angle ~. Le corps 2 a un epaulement 13 dont la face perpendiculaire à l'axe de l'elément d'emboltement 2a, est contenue dans un plan passant par l'in-tersection de l'axe Y'Y et de l'axe de l'élément 2a.
Les corps tubulaires 1 et 2 sont maintenus dans leur position d'emboltement par une butée 14 supportant les efforts axiaux appliqués au raccord lors de son utilisation. Le centrage de l'élément 2a dans l'alésage 11 est réalisé par des roulements tels que ceux schématisés en 15, 16 et 17 qui permettent la rotation relative des deux corps tubulaires.
Des ~oints 18 et 19 assurent l'étanchéité entre les deux corps 1 et 2.
A l'intérieur des corps tubulaires 1 et 2, un arbre creux 20 est dispose coaxialement a l'élément 2a et a l'alésage 11, c'est-a-dire coaxialement a l'axe ~. L'arbre 20 et le corps S

1 sont en permanence solidaires en rotation. Ceci est obtenu par la cooperation d'un alésage cannele 21 usine dans le corps superieur 1 et de cannelures complementaires 22 portees par l'arbre 20. Ce dernier est egalement pourvu de cannelures 23 qui peuven-t coopcrcr avcc un alesa~e cannel~ 2~ du corps inferieur 2 lorsque l'arbre 20 est place, par l'action d'un ressort 25, dans la position representee sur la figure 13A.
~ans cette position, le corps 2 et l'arbre 20 sont lies en rotation.
10L'arbre 20, deplaçable axialemen-t a l'interieur des corps tubulaires 1 et 2, porte sur sa face exterieure une rainure de guidage profilée 28 qui coopère avec au moins un doigt de guidage 26 solidaire du corps 2, pour faire tourner celui-ci en rotation autour de l'axe ~ lorsque l'arbre 20 est déplace axialement a partir de sa position representee sur la figure 13A. Cette rainure, representee en perspective sur la .
figure 3, permet d'obtenir une rotation pas a pas du corps tubulaire 2 autour de l'axe ~.
L'extremité inférieure de l'arbre 20 est equipee d'un mécanisme de commande désigné dans son ensemble par la réérence 127 et représenté a plus grande échelle sur la figure 14. Ce mecanisme comporte un piston tubulaire 129 pouvant coulisser dans l'alésage du corps inférieur 2, cet alésage étant coaxial a l'arbre 20. Le plston 129 est fixé
a l'extrémité de l'arbre 20 par un filetage 130. Un siege de clapet 131 prolonge le piston creux 129 auquel il est relié par un filetage 132. Ce siege de clapet 131 possède un alésage conique 133 pouvant recevoir un element 134 de forme tubulaire don-t l'extremite conique 135 est complementaire de l'alesage 133. Cet element, du type clapet, coulisse axiale-ment dans un alesage du piston creux 129 et est soumis à l'action d'un ressort 136 interpose entre le piston 129 et une collerette extérieure 137 de l'elément 134. Cet element 134 est fendu parallèlement à son axe sur une portion de sa hauteur, à
partir de son extremite conique. Les fentes 138 delimitent entre elles des lames 139 dont trois au moins, regulierement reparties, sont des lames flexibles 139a qui portent sur leur surface interieure des bossages 140 tandis ~ue sur leur sur-face exterieure, la collerette 137 a ete supprimée pour des raisons qui apparaitront ulterieurement. Le siège de clapet 131 est egalement muni d'au moins un doigt de déclenchement 141 capable d'eloigner la pièce 134 du siè~e de clapet 131, dans une certaine position de l'arbre 20. ~`
A sa partie inferieure (fig. 13B), le corps tubulaire 2d comporte un panier 142, maintenu coaxialement au corps tubulaire. Ce panier est pourvu d'un orifice 143 a sa partie supérieure et laisse libre un espace annulaire 144 pour l'écou-lement du fluide de forage. De preference, les parois du panier 142 sont traversees par des orifices 145 permettant le passage du fluide de forage.
Pour assurer une lubrification efficace de l'arbre 20, et des differentes parties du mecanisme 127, une reserve d'huile a ete ménagee dans l'espace annulaire sensiblement confine 14~, delimite entre le corps superieur 1 et l'arbre 20. Cette reserve d'huile a une autre fonction qui sera indiquee lors de la description du fonctionnement. Cet espace annulaire est obture a sa partie superieure par un piston flot-tant 147, permettant de maintenir la pression de l'huile à la même valeur que celle du fluide de forage alimentant le raccord coudé et de compenser par deplacement les eventuelles fuites d'huile~ Des joints l48 et 149 assurent respectivement l'e-30 tancheite au niveau du piston flottant 147 et du mecanisme 127.
I,e fonc-tionnement du dispositif est indique ci~
dessous, en supposant que le raccord coude est dans la position ~L~L213~S

representee sur les figures 13A et 13B, les axes des corps tubulaires etant alignes et que le forage a atteint la pro-fondeur à laquelle on desire devier la direction du forage.
Sans interrompre la circulation du fluide de forage, on introduit dans la garniture de forage une bille d'acier de diamètre determine. Celle-ci est arrêtee par les bossages 140 des lames 139a, comme represente en pointille sur la figure 14. Cette bille cree une perte de charge ~P dans l'ecoulement du fluide de forage. La pression qui règne dans l'alésage de l'arbre 20 est transmise par le piston flottant 147 ~fig.
13A) et par l'huile, à la face superieure 129a du piston 129.
L'ecoulement clu fluide de forage qui agit, d'une part, sur la bille etr d'autre part, sur le piston 129 par l'interme-diaire de la difference de pxession ~ P, deplace axialement l'arbre 20 dans le sens d'ecoulement du fluide de forage, contre l'action du ressort 25. Le doigt 26 qui etait tout d'abord dans la position 26a ~fig. 4), atteint la posltion 26b.
Dans cette position, les cannelures 23 de l'arbre 20, et 24 du corps inferieur 2, sont degagees les unes des autres desoli~
darisant en rotation l'arbre 20 et le corps 2. Le deplace-ment axial de l'arbre 20 se poursuit et le doigt 26 atteint la position 26cj en provoquant la rotation du corps 2 autour de l'axe ~ d'un angle e = 2 ~ .
Lorsque le doigt de guidage 26 atteint la position 26c, le doigt de declenchement 141 entre en contact avec un epaulement 150 du corps 2 (fig. 13b) et immobilise l'element 134 alors que l'arbre 20 et le siege de clapet 131 poursuivent leur deplacement en comprimant le ressort 136. Des lors, la portion conique 135 de l'element 134 n'est plus en contact avec l'alesage conique 133. Sous l'action du fluide de forage, les lames elastiques 139a qui ne sont pas munies de collerettes 137, sont ecartees de l'axe du dispositif et la bille qui est ~z~s liberee tombe dans la partie inferieure du raccord ]usque dans le panier 142 (fi~. 13B) .
La perte de charge creée par la bille ayant dlsparu, le piston 129 n'est plus soumis a la difference de pression ~ P. Le ressor-t tare 25 repoussc l'arbre 20 vers le haut de la figure, tandis que le ressort 136 plaque à nouveau l'ele-ment 134 contre le siège de clapet 131. Le doigt de guidage 26 passe de la position 26c à la position 26b', puis à la position 26a' dans laquelle les cannelures 23 et 24 immobilisent en rotation l'arbre 20 et le corps inferieur 2. L'arbre 20 est dans une position identique à celle representee sur la Eigure 13~.
Le même cycle operatoire peut être répeté par intro-duction de nouvelles billes dans la garniture de forage. Le panier 142 pourra être vidé lors de la remontée de la ~arniture de forage en surface, par exemple lors du changement de l'outil de forage. La contenance du panier sera aussi grande que possible. Elle pourra être de 10 à 20 billes ou même plus.
Le dispositif de verrouillage decrit en relation avec les figures 9 à llE et mettant en oeuvre une bague 52 entourant la rainure de guidage 28, peut également etre utilisé
dans ce mode de réalisation.

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Claims (17)

Les réalisations de l'invention au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. - Raccord coudé à angle variable par télécommande, comportant un premier élément tubulaire fixé à l'extrémité d'une colonne de forage et un second élément tubulaire solidaire d'un moteur de fond entraînant en rotation un outil de forage, ces éléments tubulaires étant assem-blés entre eux, l'axe du second élément tubulaire pouvant tourner autour d'un axe de rotation qui fait un angle aigu avec l'axe du pre-mier élément tubulaire, l'axe de rotation et les axes des deux corps tubulaires étant distincts les uns des autres et concourant sensiblement en un même point, le raccord comportant de plus des moyens télécommandés pour modifier à volonté la position angulaire du second élément par rapport au premier par pivotement de l'axe du second élément autour dudit axe de rotation et des moyens pour immobiliser l'un par rapport à l'autre lesdits éléments tubulaires dans une position angulaire rela-tive choisie, caractérisé en ce que lesdits éléments tubulaires sont assemblés par un emboîtement rotatif dont l'axe constitue ledit axe de rotation et qui est traversé par un arbre de liaison de ces éléments, monté coulissant dans ces éléments en restant solidaire en rotation de l'un d'eux, ledit arbre de liaison ayant une position de verrouil-lage dans laquelle il devient également solidaire en rotation de l'autre élément tubulaire et dont il peut être dégagé par un déplacement axial, et en ce que ce raccord comporte des moyens télécommandés pour déplacer axialement ledit arbre de liaison et des moyens d'entraînement faisant correspondre à un déplacement axial de cet arbre à partir de sa position de verrouillage un pivotement dudit second élément tubulaire autour dudit axe de rotation.

2. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les angles formés par l'axe de rotation et chacun des axes des éléments tubulaires sont sensiblement égaux.

3. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement comprennent au moins un ensemble de deux organes comprenant une rainure profilée et un doigt de guidage coopérant avec cette rainure, l'un de ces organes étant porté par ledit arbre de liaison et l'autre par ledit élément tubulaire avec lequel l'arbre de liaison est solidarisé en rotation uniquement dans ladite position de verrouillage.

4. - Raccord coudé selon la revendication 1, carcatérisé en ce que lesdits moyens télécommandés comprennent un piston solidaire en rotation dudit arbre de liaison, ce piston étant traversé d'au moins un canal communiquant avec l'alésage interne dudit premier élément tubulaire pour permettre le passage d'un fluide sous pression, et un organe permettant de commander à distance l'obturation dudit canal.

5. - Raccord coudé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe d'obturation comporte un disque percé d'au moins un orifice et monté rotatif au contact dudit psiton, coaxialement à celui-ci, de façon à avoir une position d'obturation dudit canal, ce disque étant raccordé à un dispositif de commande de sa rotation, pouvant être télécommandé.

6. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens auxiliaires de verrouillage en rotation des éléments du raccord coudé empêchant toute rotation intempestive de ces éléments après une modification de leur calage angulaire relatif.

7. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour détecter à distance le calage angulaire dudit second élément tubulaire par rapport au premier de ces éléments.

8. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour télécommander le déplacement axial dudit arbre compre-nant un premier piston coulissant dans l'alésage du premier élément tubulaire du raccord, un second piston coulissant dans l'alésage du second élément tubulaire, ces pistons étant solidaires dudit arbre et chacun d'eux étant traversé par un canal communiquant avec l'alésage dudit arbre, le second piston ayant un diamètre extérieur supérieur à
celui du premier piston, lesdits pistons, ledit arbre et les deux éléments tubulaires du raccord délimitant entre eux un espace annulaire, et des moyens d'alimentation capables de fournir audit espace un fluide hydraulique sous une pression supérieure à celle régnant dans l'alésage dudit arbre pour écarter ledit arbre de sa position de verrouillage.

9. - Raccord coudé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation comportent une enceinte contenant le fluide hydraulique et dont une portion au moins de la paroi est défor-mable, cette enceinte étant soumise à la pression du fluide de forage alimentant le raccord coudé, une vanne télécommandée pour mettre séquen-tiellement en communication ladite enceinte et ledit espace annulaire à travers un canal de liaison, et un organe adapté à créer une perte de charge déterminée dans l'écoulement du fluide de forage, cet organe étant placé en amont dudit piston inférieur en considérant le sens d'écoulement du fluide de forage.

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10. - Raccord coudé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre hydraulique de compensation qui communique avec ledit espace annulaire et dont une portion de paroi au moins est déformable et soumise à la pression qui règne à l'intérieur dudit arbre.

11. - Raccord coudé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite vanne est une électrovanne commandée depuis la surface par un signal transmis par une ligne reliée au raccord.

12. - Raccord coudé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit organe est adapté à créer une perte de charge sensiblement cons-tante en dépit des variations du débit de fluide de forage.

13. - Raccord coudé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection adapté à réduire la section du canal traversant le second piston lorsque ledit arbre est dans une position déterminée éloignée de sa position de verrouillage.

14. - Raccord coudé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens auxiliaires de verrouillage comportent, entourant ledit arbre, un fourreau traversé par une rainue sensiblement longitudinale adaptée à recevoir ledit doigt de guidage, ce fourreau étant pourvu de dents à l'une de ses extrémités, et en ce que ledit arbre est équipé
de dents complémentaires de celles du fourreau pour lier en rotation ledit fourreau et ledit arbre lorsque ce dernier est éloigné de sa position de verrouillage.

15. - Raccord coudé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour télécommander le déplacement axial dudit arbre compren-nent un piston solidaire dudit arbre, ce piston étant traversé par un canal communiquant avec l'alésage dudit arbre en formant avec celui-ci un passage pour le fluide de forage, et un organe capable d'obturer au moins partiellement le canal dudit piston pour provoquer dans l'écou-lement du fluide de forage une différence de pression suffisant à
écarter ledit piston de sa position de verrouillage.

16. - Raccord coudé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit organe permettant l'obturation du canal dudit piston comporte un siège de clapet solidaire dudit piston, un clapet tubulaire dépla-çable dans l'alésage dudit piston/soumis à l'action de moyens élastiques qui appliquent ledit clapet contre ledit siège, ledit clapet étant fendu axialement sur une portion de sa longueur par des fendtes qui déli-mitent au moins trois lames élastiques dont les faces internes sont munies de bossages qui réduisent la section de l'alésage du clapet lorsque ce dernier est appliqué contre son siège, une bille s'appuyant sur lesdits bossages lorsque le clapet est maintenu contre son siège, au moins un doigt de déclenchement adapté à provoquer un déplacement relatif dudit clapet et de son siège lorsque ledit arbre est dans une position déterminée pour permettre auxdits bossages de s'écarter de l'axe du clapet, par déformation élastique desdites lames, en permet-tant le passage de ladite bille, et un panier de récupération de ladite bille après son passage à travers ledit clapet.

17. - Raccord coudé selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit piston est fixé à la partie inférieure dudit arbre et en ce que le raccord comporte un piston flottant situé à la partie supérieure dudit arbre, lesdits pistons, ledit arbre et lesdits éléments tubulaires délimitant entre eux un espace sensiblement confiné rempli d'un fluide hydraulique, ledit piston flottant étant soumis à la pression du fluide de forage alimentant le raccord coudé.