CA2006920C - Equipement pour garniture de forage comportant un element a actionner, un moteur et des moyens de commande - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un équipement de garniture de forage comportant un moteur de forage, un organe à actionner, des moyens de détection d'information et des moyens de puissance pour commander cet organe, le moteur comporte une zone de transformation d'énergie permettant d'entraîner en rotation un outil de forage, ladite zone ayant une extrêmité supérieure. L'invention se caractérise en ce que ledit organe à actionner et au moins l'un des éléments de l'ensemble constitué par lesdits moyens de détection et lesdits moyens de puissance sont situés de part et d'autre de ladite extrêmité supérieure.

Description

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La presente invention concerne un équipement pour garniture de forage éventuellement à trajectoire contrôlee et la garniture elle-même.
Cet equipement est destine à être place sur une garniture elle-même destinee à être placee à l'extremite d'un train de tiges de forage. Cette garniture permet de maîtriser en temps reel les variations de direction et d'inclinaison du forage. En outre, elle permet de ma;triser l'azimut, Le rayon de courbure de façon precise et de reduire les phénomènes de frottement et de limiter les risques de co;ncement et ceci sans necessiter de remonter ladite garniture en surface.
L'équipement de garniture de forage selon la presente invention comporte un moteur de forage, un organe à actionner, des moyens de detection d'information et des moyens de puissance pour commander cet organe. Le moteur comporte une zone de transformation d'energie qui permet d'entra;ner en rotation un outil de forage, cette zone a une extrêmité supérieure. L'équipement de forage comporte un circuit pour la circulation du fluide de forage à travers la garniture de forage. Selon la présente invention l' organe à actionner et au moins l'un des eléments de l'ensemble constitue par les moyens de detection et les moyens de puissance sont situes de part et d'autre de ladite extrêmite superieure. Les moyens de detections sont adaptes a detecter des informations transmises par le fluide de forage. Les moyens de puissance et l'organe sont relies mecaniquement, c'est-à-dire que le transfert de mouvement entre les moyens de puissance et l'organe s'effectuent mecaniquement et non hydrauliquement.
Les deux elements de cet ensemble peuvent être situés d'un même côte relativement à l'extrêmite superieure.
L'organe à actionner et l'outil de forage peuvent être situes d'un même cote relativement à l'extremite supérieure.
Les moyens de detection peuvent être adaptés a détecter l'une au moins des grandeurs suivantes, une vitesse de rotation telle la vitesse de rotation du rotor du moteur, une contrainte mécanique ~telle une contrainte liée au poids appliqué sur l'outil de forage, une pression de fluide, un débit de fluide, et une sequence prédéterminée concernant une ou plusieurs des valeurs mentionnées ci-dessus.
Les moyens de puissance peuvent prélever l'énergie nécessaire à la commande de l'organe à actionner sur un écoulement de fluide.
Les moyens de puissance peuvent être situés d'un côté opposé à l'organe à actionner relativement à l'extrémité
supérieure. Un élément de transmission notamment mécanique transmet alors de part et d'autre de l'extrémité supérieure le mouvement d'actionnement de l'organe.
L'élément de transmission peut également servir de corps au moteur de forage.
L'élément de transmission peut transmettre un moment de rotation.
Les moyens de puissance peuvent comporter un arbre transformant un mouvement axial en un mouvement de rotation.
L'équipement selon l'invention peut comporter des moyens d'émission d'une information adaptée à émettre un signal lorsque l'organe à actionner l'a été effectivement.
Llorgane à actionner peut être un élément coudé à
angle variable situé entre la zone de transformation d'énergie et lloutil de forage ou un stabilisateur à
géométrie variable situé entre ladite extrémité supérieure et l'outil de forage.
L'organe à actionner peut être intégré au moteur de mine.
L'organe de détection et les moyens de puissance peuvent être intégrés au moteur.
La garniture utilisée avec la présente invention peut comprendre un outil de forage placé à l'extrémité
inférieure de ladite garniture, un moteur d'entraînement en rotation dudit outil ainsi qu'au moins un stabilisateur à
géométrie variable.

Une telle garniture pourra comporter un autre stabilisateur et/ou un élément coudé. L'élément coudé pourra être à angle fixe ou à angle variable. L'élément coudé
pourra être intégré audit moteur.
Le stabilisateur à géométrie variable pourra comporter des moyens adaptés à faire varier la distance entre l'axe de ladite garniture et la surface d'appui d'au moins une lame du stabilisateur et/ou des moyens adaptés à faire varier au moins axialement la position de la surface d'appui d'au moins une lame dudit stabilisateur.
Une telle garniture pourra également comporter au moins un stabilisateur qui est solidaire en rotation dudit outil; ou elle pourra comporter au moins un stabilisateur solidaire en rotation du corps du moteur.
Le ou les stabilisateur(s) à géométrie variable pourront être télécommandés éventuellement depuis la surface.
La garniture pourra également comporter un stabilisateur à géométrie variable ainsi que deux autres stabilisateurs placés de part et d'autre dudit stabilisateur à géométrie variable. L'élément coudé pourra être intégré
audit moteur.
- Bien entendu la garniture utilisée avec l'équipement selon l'invention pourra assurer le contrôle de l'azimut (de la direction du forage), ce qui pourra être facilité grâce à un élément coudé intégré dans le moteur de fond, aucune rotation n'étant appliquée au train de tiges depuis la surface.
La maîtrise du rayon de courbure est facilitée par l'association d'un coude et d'un stabilisateur.
Par un élément coudé, on entend un organe introduisant ou pouvant introduire localement, si ce n'est ponctuellement, une discontinuité de la direction de l'axe du train de tiges. C'est-à-dire, que l'axe de la garniture de 3a forage est une ligne brisée au niveau de l'élément coudé.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la description qui suit d'exemples particuliers nullement limitatifs illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles ~ la figure 1 représente une garniture de forage, - les figures 2 à 4 montrent différents types de stabilisateurs à géométrie variable, - la figure 5 illustre une garniture comportant trois stabilisateurs dont l'un au moins est à géométrie variable, - les figures 6 et 7 montrent deux variantes de dis-/

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stabilisateur, - la figure 8 illustre un mode de realisation particulier à trois stabilisateurs et à un element coude, - les figures 9A et 9B representent un mode de réalisation de la presente invention dans lequel on peut faire varier l'angle d'un coude se situant au niveau du joint universel d'un moteur de fond, - la figure 10 represente le dispositif de la figure 9B dans une configuration differente, - la figure 11 représente la partie inferieure d'un deuxième mode de realisation de la presente invention venant en lieu et place de la figure 9B, dans lequel on peut faire varier la position d'une ou plusieurs lames d'un stabilisateur par rapport à l'axe principal du corps tubulaire exterieur. Cette figure comporte deux demi-coupes représentant deux positions differentes des lames du stabilisateur, - la figure 12 montre une vue developpee d'un profil de fond de gorge u~ilise dans le dispositif representé à la figure 11, - la figure 13 illustre un detail d'organe de transmission de couple entre deux eléments tubulaire tout en permettant une flexion entre ces deux elements, cette figure represente ce detail sous la forme 2Q developpee, - les figures 14 et 15 representent la trajectoire d'un forage, - les figures 16 à 18 montrent ~a manière de contrôler la trajectoire d'un forage dans le cas d'utilisation d'une garniture comportant trois stabilisateurs dont l'un est à geometrie variable, - les figures 19 à 21 illustrent la même chose dans le cas où la garniture comporte en plus un element coude, et - les figures 22 et 23 illustrent deux variantes d'agencement des differents eléments de l'equipement selon l'invention.
Dans le mode de realisation de la figure 1, la reference 1 designe la surface du so~ à partir de ~aquelle on realise le forage d'un puits 2. La reference 3 designe l'installation de surface dans son ensemble.
L'equipement de forage 4 comporte un train de tiges de forage 5 à l'extrêmite duquel est fixee une garniture de forage 6.

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200~9~) La garniture de forage 6 correspond à l'extremite inferieure de l'équipement de forage et peut etre considerée comme faisant partie du train de tiges de forage.
Une garniture de forage presente generalement une longueur de quelques dizaines de mètres, dont la trentaine de metres la plus proche de l'outil de forage est generalement consideree comme active en ce qui concerne le contrôle de la trajectoire.
Dans le mode de realisation de la figure 1, la garniture de forage comporte un outil de forage 7, un moteur de fond 8 et un stabilisateur à geometrie variable 9.
Dans ce mode de realisation l'outil de forage 7 peut etre entraine en rotation par le moteur de fond 8, ou par le train de tiges 5 qui peut être entraine en surface par des moyens moteurs 10, tels qu'une table tournante.
Par stabilisateur à géometrie variable, on entend, selon la présente invention, que l'on peut agir sur celui-ci pour faire varier la configuration geométrique des points d'appuis des lames sur les parois du puits foré, cette variation devant etre considéree pour une même position de la garniture dans le puits fore.
Sur les figures 2 à 4 on a represente differents types de stabilisateurs à geometrie variable.
!a reference 11 designe la portion de tige qui porte le stabilisateur 12.
Sur la figure 2 le stabilisateur comporte plusieurs lames dont deux sont representees : les lames 13 et 14.
Dans ce mode de realisation les lames peuvent se déplacer de manière à faire varier la distance d qui separe l'axe 15 de la portion de tige 11, de la surface de frottement 16 de la lame 14 ou 13.
Sur la figure 2 les flèches representent le mouvement des lames. Des positions possibles des lames ont ete representees en pointilles.
La figure 3 represente un stabilisateur à geométrie variable dans lequel les lames 18 se déplacent axialement, comme .... ._ 200~92~

represente par les flèches. Les pointilles representent des positions possibles des lames 18.
La figure 4 represente le cas ou il y a une seule lame 17 qui se deplace. Ce type de stabilisateur est souvent qualifie de "off-set". Bien entendu on obtient le même effet de decentrement de l'axe 15 en ayant plusieurs lames mobiles placees d'un même côté d'un plan axial contenant l'axe 15, ou bien en faisant se mouvoir plus amplement les lames se trouvant d'un même côte d'un plan axial contenant l'axe 15 que les lames se trouvant de l'autre côte de ce même plan.
On ne sortira pas du cadre de la presente invention en utilisant des stabilisateurs a géometrie variable d'autres types que ceux decrits precedemment, notamment en utilisant des lames qui combinent les differents mouvements mentionnes précedemment.
Bien entendu, les lames pourront avoir une forme helicoîdale, comme representé à la figure 5, notamment pour le stabilisateur central.
La figure 5 represente un mode de realisation different de celui de la figure 1.
Dans ce nouveau mode de rea~isation la reference 19 designe l'outil de forage qui est fixé à un arbre 20 entraîne par le moteur 21.
La reference 22 designe un stabilisateur à geometrie fixe comportant des lames 23 rectilignes et parallèles a l'axe de la garniture 24.
La reference 25 designe un stabilisateur a geometrie variable comportant des lames 26 dont les surfaces de frottement ou de coupe 27 sont mobiles.
Dans ce mode de realisation les lames ont une forme helico;dale.
La reference 28 designe un stabilisateur à geometrie fixe a lame helico;dale 2~.
Le moteur 21 peut être un moteur à lobes du type "Moineau", ou une turbine alimentee en fluide de forage a partir d'un passage 30 .~

200~92~) aménage dans la garniture, ce passage etant lui-même alimente en fluide de forage a partir du train de tiges qui est creux. Après avoir traverse le moteur 21 le fluide de forage est dirige vers l'outil 19 pour evacuer les debris.
Le moteur 21 pourra egalement être un moteur éLectrique alimente par exemple depuis la surface par l'intermediaire d'un câble. r Sur la figure 5 le stabilisateur 25 à geometrie variable est entoure de part et d'autre par des stabilisateurs à geometrie fixe 22 et 28. Cette disposition est avantageuse, mais nullement limitative. De même, la garniture pourra comporter plusieurs stabilisateurs à géometrie variable.
Concernant le stabilisateur inférieur, c'est-à-dire celui qui est le plus pres de l'outil 19, celui-là pourra être place soit sur le corps 32 extérieur du moteur 33, comme c'est le cas de la figure 6, soit sur l'arbre 34 d'entraînement en rotation de l'outil 19. C'est le cas de la figure 7. Sur ces deux figures le stabilisateur porte la référence 31.
La garniture selon l'invention pourra comporter un element coude a angle variable ou fixe.
La figure 8 represente une telle garniture. Cette garniture qui est particulierement performante comporte, en ce qui concerne sa partie inferieure (environ 30 premiers mètres) :
- un outil de forage 35 adapte aux terrains à forer, tel un outil à
molettes, à element de coupe en diamant polycristallin ou tout autre materiau synthétique et pouvant suppor.er une vitesse de rotation cohérente avec l'utilisation d'un moteur de fond. Il est nécessaire de choisir un outil de forage dont la duree de vie sera importante.
- un moteur de fond (ici volumetrique) 36 dont le corps forme un element coude ou coude 37 dans sa moitie inferieure et équipé d'un stabilisateur 38 positionne sur la partie coudée du moteur 36, le coude 37 aura un angle de preférence inferieur à 3 degres.
- un stabilisateur à diamètre variable 39 qui pourra être telecommande depuis la surface.
- une masse tige 40 comportant des moyens de mesure en cours de forage ..

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(MwD) mesurant les principaux paramètres directionnels (Inclinaison Azimut Face outil) et les transmettant vers la surface.
- un stabilisateur 41 à diametre constant - la garniture comprendra ensuite des masses-tiges 42 eventuellement un ou plusieurs autres s~abilisateurs des tiges lourdes une coulisse de battage l'ensemble etant relie à la surface par des tiges de forage.
Les figures suivantes montrent des exemples de realisation selon la presente invention d'un stabilisateur à geometrie variable ou d'un elément coudé a angle variable.
Les figures 9A 9B et 10 montrent un mode de réalisation particulièrement avantageux d'un element coude à angle variable. Selon ce mode de realisation un elément de forme tubulaire comporte dans sa partie supérieure un filetage 59 permettant la liaison mécanique à la garniture de forage et dans sa partie inferieure un filetage 60 sur l'arbre de sortie 46 afin de visser l'outil de forage 47.
Les principales fonctions sont assurees :
- A. par le moteur de fond 55 represente sur la figure 9A
sous forme d'un moteur volumetrique multilobes de type Moineau mais pouvant être tout type de moteur de fond (volumetrique ou turbine) couramment utilise pour la foration terrestre et qui ne feront donc pas l'objet d'une description detaillee. La reference 91 designe la zone de transformation d'energie du moteur. La reference 90 designe l'extremite superieure de cette zone.
B. par un mecanisme de telecommande 62 ayant pour fonction de capter l'information de changement de position et de provoquer la rotation differentielle du corps tubulaire 44 relativement au corps tubulaire 43.
C. par un mecanisme 64 d'entrainement et d'encaissement des efforts axiaux et latéraux reliant le moteur de fond 55 à l'arbre de sortie 46 qui ne sera pas decrit ici car il est connu de l'homme de metier.
D. par un mecanisme de variation de la géométrie 63 basé
sur la rotation du corps tubulaire 44. La reference 57 designe un 200~920 _ 9 _ un joint universel. Celui-ci est utile lorsque le moteur est de type Moineau ou/et lorsqu'il est utilisé un element coude 63.
Le mécanisme de telécommande se compose d'un arbre 48 pouvant coulisser dans sa partie superieure dans l'aLesage 65 du corps 43 et pouvant coulisser dans sa partie inferieure dans l'alesage 66 du corps 44. Cet arbre comporte des cannelures mâles 49 engrenant dans des cannelures femelles du corps 43 des rainures 50 alternativement droites (parallèles à l'axe du corps tubulaire 43) et obliques (inclinees par rapport à l'axe du corps tubulaire 43) dans lesquelles viennent s'engager des doigts 67 coulissant suivant un axe perpendiculaire a celui du deplacement de l'arbre 48 et maintenu en contact avec l'arbre par des ressor~s 68 des cannelures males 51 engrenant avec des cannelures femelles du corps 44 uniquement lorsque L'arbre 48 est en position haute.
L'arbre 48 est equipé dans sa partie basse d'un dusage 52 en face duquel se trouve une aiguille 53 coaxiale au deplacement de l'arbre 48. Un ressort de rappel 54 maintient l'arbre en position haute les cannelures 51 engrenant dans les cannelures femelles equivalentes du corps 44. Les corps 43 et 44 sont libres en rotation au niveau de la portee tournante 69 coaxiale aux axes des corps 43 et 44 et composee de rangées de galets cylindriques 70 inseres dans leurs chemins de roulement 72 et extractibles a travers les orifices 74 par demontage de la porte 71.
Le dusage 52 et l'aiguille 53 forment des moyens de detection d'une information en l'occurence un seuil de debit. L'arbre 48 avec ses amenagements constitue les moyens de puissance pour activer l'element coude 64 par l'intermediaire du corps tubulaire 44 qui constitue un element de transmission.
Une reserve d'huile 76 est maintenue à la pression du fluide de forage par l'intermediaire d'un piston libre annulaire 77.
L'huile vient lubrifier les surfaces coulissantes de l'arbre 48 par l'intermediaire du passage 78.
L'arbre 48 est usiné de telle sorte qu'un alésage 79 axial autorise le passage du fluide de forage selon la fleche f.

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200~92~) Le mecanisme de variation d'angle a proprement parler qui est l'organe à actionner dans cet exemple comporte un corps tubulaire qui est solidaire en rotation du corps tubulaire 44 par l'intermédiaire d'un accouplement 56. Le corps tubulaire 45 peut S -ourner par rapport au corps tubulaire 43 au niveau de la portée tournante 63 comprenant des galets 75 et ayant un axe oblique par rapport aux axes des corps tubulaires 43 et 45.
Un mode de realisation envisageable pour l'accouplement 56 est représente sur la figure 13.
Le fonctionnement du mecanisme de telecommande est décrit ci-après. Ce type de telecommande se fonde sur une valeur-seuil du ~ebit traversant le mécanisme suivant la fleche f.
Quand un debit Q traverse l'arbre 48 il se produit une différence de pression ~ P entre la partie amont 82 et la partie aval 83 de l'arbre 6. Cette difference de pression augmente quand le débit a augmente en suivant une loi de variation du type ~ P = kQ , k etant une constante et n compris entre 1,5 et 2,û en fonction des caracteristiques du fluide de forage. Cette difference de pression ~ P s'applique sur la section S de l'arbre 48 et cree une force F
tendant 3 deplacer par translation l'arbre 48 vers le bas en comprimant le ressort de rappel 54. Pour une valeur-seuil du debit cette force F deviendra suffisamment importante pour vaincre la force se rappel du ressort et provoquera une legère translation de l'arbre.
3u fait de cette translation la duse 52 viendra entourer l'aiguille 53 qui provoquera une forte diminution de la section de passage du fluide de forage et donc une forte augmentation de la difference de pression ~P et donc une augmentation importante de la force F
assurant la descente complète de l'arbre 48, malgre l'augmentation de la force de rappel du ressort 54 due à sa compression.
De par la forme de l'usinage des gorges 50 decrite dans le r~revet FR-2.432.079, les doigts 67 vont suivre la partie oblique des gorges S0 lors de la course descendante de l'arbre 48 et vont donc orovoquer la rotation du corps tubulaire 44 par rapport au corps tubulaire 43, ce qui est rendu possible par le fait que les cannelures .

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mâles 51 vont se desengager des cannelures femelles correspondantes du corps 44 au debut de la course descendante de l'arbre 48.
L'arbre étant arrive en butee basse, le fait de couper le debit va permettre au ressort de rappel 54 de pousser l'arbre 48 vers le haut. Les doigts 67 suivront pendant cette course ascendante les parties rectilignes des gorges 50. En fin de course les cannelures 51 vont s'enclencher de nouveau afin de solidariser en rotation les corps tubulaires 43 et 44.
La figure 13 représente de manière developpee des pièces 97 et 98 qui permettent de transmettre la rotation du corps tubulaire 44 au corps tubulaire 45 tout en permettant un mouvement angulaire relatif de ces deux corps tubulaires.
Afin de transmettre une information en surface indiquant que l'arbre 43 a atteint sa position basse, l'aiguille 53 pourra comporter une variation de diamètre. Dans le cas de la figure 9A il s'agit d'une augmentation de diamètre 84. Ainsi lorsque la duse arrive au niveau de cette protubérance 84 il y a diminution de la section de passage du fluide ce qui se traduit par à debit constant une surpression dans le fluide de forage.
Cette surpression est detectable en surface. La position de la protuberance 84 est telle que la surpression n'apparait que lorsque l'arbre 48 est en fin de course basse.
La piece 97 comporte des logements 99 dans lesquels viennent cooperer des tiges 100 comportant des spheres 101. Ainsi bien que corps tubulaire solidaire de la pièce 97 flechisse relativement au corps tubulaire solidaire de la pièce 98. Il y a entrainement en rotation d'un corps tubulaire par l'autre. Ainsi ces deux pièces ont le même rôle qu'un joint de cardan creux.
La variation de l'angle est obtenue par la rotation du corps tubulaire 44 relativement au corps tubulaire 43 qui provoque par l'intermediaire du mecanisme d'entra;nement 56 la rotation du corPs tubulaire 45 par rapport à ce même corps tubulaire 43. Cette rotation se faisant autour d'un axe oblique par rapport aux deux axes des corps 43 et 45 va provoquer une modification de l'angle que forment les axes .

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200~92~) des corps 43 et 45. Cette variation d'angle est detaillee dans le brevet FR-2.432.079. La figure 10 montre la même partie du dispositif que celle representée à la figure 9E~ mais dans une position geometriquement differente.
Il est decrit maintenant un mode de realisation où
l'organe a actionner est un stabilisateur à geometrie variable. Le mecanisme de telecommande de ce stabilisateur est le même que celui décrit precedemment.
La figure 11 décrit le mecanisme de variation de position d'une ou plusieurs lames d'un stabilisateur integre. La figure 11 peut Qtre consideree comme étant la Dart e inferieure de la figure 9A.
A l'extrêmite inferieure du corps ~4 sont usinées des gorges 92 dont la profondeur diffère en fonction du secteur angulaire concerne. Viennent s'appliquer au fond de ces gorges des poussoirs 93 sur lesquels s'appuient des lames 94 droites ou de forme helicoidale sous l'effet de ressorts de rappel à lames 95 positionnes sous des capots de protection 96.
Le fonctionnement du mecanisme de variation de position d'une ou de plusieurs lames est indique ci-dessous.
Lors de la rotation du corps tubulaire 44 par rapport au corps tubulaire 43 provoquee par le deplacement de l'arbre 48 les poussoirs 93 vont se trouver sur un secteur de la gorge 92 dont la profondeur sera differente. Cela provoquera une translation des lames soit en s'eloignant soit en se raoprochant de l'axe du corps.
La figure 11 montre du cote droit une lame en position "rentree" et du cote gauche une lame en position "sortie". Plusieurs positions intermediaires sont envisageables selon le pas de rotation angulaire du mecanisme telecommande de rotation.
La figure 12 montre la courbe developpee du profil du fond 3û de la gorge 92. Ce profil peut correspondre par exemple au cas de trois lames commandees à partir d'une meme gorge.
L'abscisse represente le rayon du fond de gorge en fonction de l'angle au centre a partir d'une position 3ngulaire de reference. Etant donne que l'on commande les trois lames a partir 200~9~) d'une même gorge et sur un tour, le profil se reproduit à l'identique tous les 120 degrés. C'est pour cela qu'il n'a eté represente que sur 120 degres. Lorsque le doigt 93 d'une lame du stabilisateur coopère avec la portion du profil de fond de gorge correspondant au palier 1A, cette lame est en poSition entree. Une rotation de 40 degres de la gorge entra;ne une modification du rayon de fond de gorge de la position correspondant au palier 1A à celle corresPondant au palier 2A
et donc à une position intermediaire de sortie de la lame. Une autre rotation de 40 degres entra;ne une augmentation du rayon de fond de gorge correspondant au palier 3A et à une sortie maximum de la lame.
Entre chaque palier une rampe X permet une sortie progressive de la lame.
La rampe Y est une rampe descendante qui ramène le dispositif a la position rentree correspondant au palier 4A de même valeur que le palier 1A.
Il est decrit maintenant une methode de mise en oeuvre d'une telle garniture comportant un equipement selon l'invention et utilisant notamment les moyens d'entraînement en rotation de l'ensemble du train de tiges.
Une application de cette methode est decrite ci-après, elle fait reférence à la garniture de la figure 8.
Cette garniture est particulièrement bien adaptee pour forer une section d'un puits, cette section foree comprenant :
1. une phase verticale ;

2. une amorce de deviation dans un azimut donne de 0 degré à 10 degres, par exemple, en suivant une trajectoire precise ;

3. une phase de montee en angle en suivant une trajectoire (rayon de courbure) donnee, par exemple 10 à 30 degres, 40 degres, voire 50 degres etc

4. une correction eventuelle d'azimut, pendant ou après la troisieme phase.

5. forage d'une partie à angle constant

6. correction d'angle et/un azimut.
Cela est rendu possible par la combinaison du moteur de 200~9~) fond coude et du slabilisateur à diametre variable.
Cette combinaison est parfaitement exploitée en alternant les periodes de forage avec rotation de la garniture de forage depuis la surface avec les periodes de forage directionnel où la garniture est maintenue dans une position (tool face) donnee. Lors de ces deux types de période, le rayon de courbure de la trajectoire de l'outil de forage pourra être modifie par variation de la geometrie ~par exemple le diamètre) du stabilisateur, en plus des methodes actuellement disponibles (variation du poids a l'outil, variation de la vitesse de rotation etc....).
La figure 14 represente la projection de la trajectoire sur le plan vertical et la figure 15 represente la projection de la trajectoire sur le plan horizontal.
La réference 102 designe la phase sensiblement verticale du forage. Cette phase est effectuee en tournant l'ensemble de la garniture à partir du train de tiges. Le diamètre du stabilisateur a geometrie variable 39 est de preference egal au diamètre du stabilisateur à géometrie fixe superieur 41.
La reférence 1û3 designe l'amorce de la deviation de 0 à
10 degres environ qui s'obtient par une orientation du coude 37 dans l'azimut souhaité du forage suivie d'un entrainement en rotation de l'outil 35 à partir du moteur de fond 36, sans qu'il y ait entrainement de l'ensemble de la garniture de forage à partir du train de tiges. Le rayon de courbure du puits peut etre règle par la variation du diamètre du stabilisateur à geometrie variable 39. Ainsi, par exemple, pour une inclinaison inferieure à 5 degres, le rayon de courbure augmente lorsque le diamètre du stabilisateur augmente. Cette tendance s'inverse pour des inclinaisons plus importantes.
La reference 104 designe la phase de montee en angle de 10 degrés environ jusqu'à l'inclinaison souhaitee, sans intervention sur la direction du puits. Cette phase s'obtient en faisant tourner la garniture dans son ensemble à partir du train de tiges. Le rayon de courbure est ajuste par le diamètre du stabilisateur à geometrie variable 39.

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La reference 105 designe une phase de correction de l'azimut qui peut s'effectuer avec ou sans correction d'angle. Dans le cas des figures 14 et 15, il n'y a pas de correction d'angle. Cette correction d'azimut s'effectue par l'orientation de l'element coudé
dans la direction appropriee pour aboutir à la correction d'orientation souhaitée et l'entra;nement de l'outil par le moteur de fond, sans qu'il y ait un entra;nement de l'ensemble de la garniture par le train de tiges.
Le choix du diametre du stabilisateur à geometrie variable 39 permet de contrôler le rayon de courbure de la trajectoire.
la reference 106 designe une phase de forage à inclinaison constante sans contrôle de l'azimut. Cette ~hase de forage peut etre realisee par un entra;nement en rotation de l'ensemble de la garniture de forage à partir du train de tiges.
La phase referencee 107 est une phase de correction d'azimut du meme type que celle decrite precedemment et qui porte la réference 105.
Les phases réferencees 108 et 110 sont des phases de forage à inclinaison constante sans controle de l'azimut. Elles sont du meme type que la phase qui porte la reference 106.
Les phases reférencees 109 et 111 sont des phases de diminution de l'angle d'inclinaison.
Les phases decrites precedemment se suivent dans le temps dans l'ordre des numeros des references qui leur sont affectes, allant de 102 à 111.
La reférence 112 designe la cible à atteindre par le forage.
Bien entendu, pour d'autres applications la succession des differentes phases et leur type pourront varier en fonction de conditions rencontrees en cours de forage et des objectifs à
atteindre.
Les figures 16 à 18 illustrent le controle de la direction du forage à l'aide d'une garniture comportant trois stabilisateurs, un stabilisateur à geometrie variable 113 et deux stabilisateurs à
geometrie fixe situes de part et d'autre du stabilisateur a geométrie variable.

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L'inclinaison du forage est supposee être à 30 degres par rapport a la verticale. La réference 114 designe le stabilisateur à
geométrie fixe superieur et la reference 115 Le stabilisateur à
geométrie fixe inferieur situe pres de l'outil de forage 116. Dans cet exemple le stabilisateur fixe 115 est solidaire du corps du moteur 117.
La position intermediaire des lames du stabilisateur 113 representee à la figure 16 correspond à un forage à angle d'inclinaison constant.
La position des lames 118 du stabilisateur 113 representée a la figure 17 correspond à une sortie maximale de ceLles-ci : ceci entraîne une diminution de l'inclinaison. L'outil 116 a tendance à
forer dans le sens de la flèche 119.
Sur la figure 18 les lames du stabilisateur variable 113 sont en position entree maximale. Ceci correspond à une augmentation de l'angle d'inclinaison et l'outil 116 a tendance a partir dans le sens de la flèche 120.
Le contrôle de l'azimut par une garniture telle celle représentee aux figures 16 à 18 est possible lorsqu'elle comporte au moins un stabilisateur à décentrement tou stabilisateur off-set, qu'il soit ou non à geométrie variable.
Les f;gures 19 a 21 correspondent à une garniture similaire à celle des figures 16 à 18, mais qui de plus comporte un elément coude 121. Les elements identiques aux figures 19 à 21 et 16 à
18 portent des references identiques.
Dans cet exemple le coude 121 est suppose être à geometrie fixe et possède un angle de deviation voisin de 1 degre.
Dans la position intermediaire des lames du stabilisateur 113, l'entraînement de l'ensemble de la garniture par le train de tiges (non represente) provoque un forage a inclinaison constante.
Dans ce mode de fonctionnement l'élement coude 121 n'a qu'une tres faible influence sur le comportement de la garniture. Sur la figure 20 le coude 121 est positionné de manière a orienter le forage vers le bas de la figure dans le sens de la fleche 119. Cette position ..

200~9~) repreSentee en trait mixte 122 est qualifiee par les termes de "Low side" par le foreur.
La vérification de la position angulaire de l'element coudé 121 se fait géneralement à l'aide de moyens de mesure classiques positionnes dans la garniture de forage. Le reglage de cette position est obtenu par rotation du train de tiges d'un angLe d'une valeur approprie depuis la surface.
Dans ce mode de fonctionnement l'entra;nement en rotation de l'outil 116 se fait par le moteur 117.
1û Sur la figure 20 le centreur à géometrie variable 113 amplifie la diminution de l'angle d'inclinaison.
La figure 21 représente un coude oriente vers le haut position généralement qualifiée de "high side" par le foreur, comme represente par le trait mixte 123.
Dans ce mode de reglage L'angle d'inclinaison du forage augmente.
Le contrôle et le maintien de la position du coude 121 se fait de la même manière qu'explique précedemment.
Dans la presente demande l'angle d'inclinaison est considére par rapport à la direction verticale.
La figure 22 represente le cas où l'organe a actionner 89 est situé d'un même côte que l'outil de forage 88 relativement à la zone de transformation d'énergie 87 du moteur, alors que les moyens de puitssance 86 pour actionner l'element 89 sont situes du côté oppose.
La reference 90 designe l'extremite superieure de la zone de transformation d'energie 87 du moteur.
La reference 85 designe les moyens de detection de l'information. Ces moyens peuvent être places soit au-dessus de l'extremite superieure 9û soit au-dessous notamment lorsque l'information de declenchement de l'actionnement est transmise par le poids sur l'outil.
La figure 23 represente le cas où les moyens de detection 85 sont situes au-dessus de l'extremite superieure 90 de la ~one de transformation d'energie 87 du moteur et où les moyens de puissance 200~i~2~

pour commander l'organe d'actionnement sont situes au-dessous de cette extrémite supérieure 90.

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Claims (14)

1. Equipement de garniture de forage comportant un moteur de forage, un organe à actionner, des moyens de détection d'information et des moyens de puissance pour commander cet organe, ledit moteur comportant une zone de transformation d'énergie permettant d'entraîner en rotation un outil de forage, ladite zone ayant une extrêmité supérieure, ledit équipement comportant une circulation de liquide de forage dans ladite garniture de forage, caractérisé en ce que ledit organe à actionner et au moins l'un des éléments de l'ensemble constitué par lesdits moyens de détection et lesdits moyens de puissance sont situes de part et d'autre de ladite extrêmité supérieure, et en ce que lesdits moyens de détection sont adaptés a détecter des informations transmises par le fluide de forage, les moyens de puissance et l'organe sont relies mécaniquement, c'est-à-dire que le transfert de mouvement entre les moyens de puissance et l'organe s'effectue mécaniquement et non hydrauliquement.

2. Equipement selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux éléments dudit ensemble sont situes d'un même côté
relativement à ladite extrêmité supérieure.

3. Equipement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit organe à actionner et ledit outil de forage sont situés d'un même côté relativement à ladite extrêmité
supérieure.

4. Equipement selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de détection sont adaptés à détecter l'une au moins des grandeurs suivantes : une vitesse de rotation, telle la vitesse de rotation du rotor du moteur, une contrainte mécanique, telle une contrainte liée au poids appliqué sur l'outil de forage, une pression de fluide, un débit de fluide, et une séquence prédéterminée concernant une ou plusieurs des valeurs mentionnées ci-dessus.

5. Equipement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdits moyens de puissance prélèvent l'énergie nécessaire à la commande dudit organe à actionner sur un écoulement de fluide.

6. Equipement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de puissance sont situés d'un côté opposé à l'organe à actionner relativement à ladite extrêmité
supérieure et en ce qu'il comporte un élément de transmission d'un mouvement mécanique d'actionnement dudit organe, de part et d'autre de ladite extrêmité supérieure.

7. Equipement selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit élément de transmission est également un corps dudit moteur de forage.

8. Equipement selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que ledit élément de transmission transmet un moment de rotation.

9. Equipement selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de puissance comporte un arbre transformant un mouvement axial en un mouvement de rotation.

10. Equipement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'émission d'une information adaptée à émettre un signal lorsque l'organe à actionner l'a été effectivement.

11. Equipement selon l'une des revendications précédentes en ce que l'organe à actionner est un élément coudé à angle variable situe entre la zone de transformation d'énergie et l'outil de forage.

12. Equipement selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que l'organe à actionner est un stabilisateur à
géométrie variable situé entre ladite extrêmité supérieure et l'outil de forage.

13. Equipement selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que ledit organe à actionner est intégré au moteur.

14. Equipement selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit organe de détection et les moyens de puissance sont intégrés audit moteur.