EP0039278A1 - Apparatus for determining the stuck point of drill pipes in a borehole - Google Patents
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- EP0039278A1 EP0039278A1 EP81400626A EP81400626A EP0039278A1 EP 0039278 A1 EP0039278 A1 EP 0039278A1 EP 81400626 A EP81400626 A EP 81400626A EP 81400626 A EP81400626 A EP 81400626A EP 0039278 A1 EP0039278 A1 EP 0039278A1
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- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/09—Locating or determining the position of objects in boreholes or wells, e.g. the position of an extending arm; Identifying the free or blocked portions of pipes
Definitions
- the invention relates to devices used in soundings and more particularly to devices for detecting the point of jamming of a column of rods in a sounding.
- a conventional method for determining the depth of the pinch point is to apply twists and pulls to the column at the surface and determine up to 'to what depth these deformations are transmitted.
- a device is used which is lowered into the column at the end of a cable and placed at successive depths.
- a conventional device for detecting the jamming point comprises a body having an upper part and a lower part which are mounted so that they can be moved one by the other. relative to each other according to limited displacements and upper and lower anchoring members mounted respectively on these upper and lower parts to immobilize each of the body parts in two zones longitudinally spaced from the column.
- Electric motors controlled via the cable serve to move the anchoring members apart and bring them closer to the body and a sensor mounted between the parts of the body detects the relative movements of said parts when the column is elastically deformed by stresses applied on the surface. .
- n ° 4.105.071 (Y. Nicolas and A. Landaud) is proposed a sensor which includes two detectors, one independent tension and the other independent of the twists applied to the rods.
- Such a sensor has the advantage of being able to determine whether a torsion applied to the surface rods has been transmitted in depth.
- the invention relates to a sensor for detecting the point of jamming of the rods in a borehole which has good characteristics of precision and reliability and which makes it possible to separately detect the twists of the pulls with a low stiffness.
- a device for detecting the point of jamming of rods in a borehole comprises a body having two parts which are movable with respect to each other and separate detection means for detecting respectively the angular and longitudinal movements between the parts of the body.
- the angular detection means comprise: a first transformer having a primary winding secured to a first part of the body and supplies periodic current to induce a first signal in a secondary winding secured to the second part of the body, a first of these windings comprising a radial coil, that is to say an axis perpendicular to said direction and the second winding comprising two coils also radial and arranged on either side of the first winding.
- a first transformer having a primary winding secured to a first part of the body and supplies periodic current to induce a first signal in a secondary winding secured to the second part of the body, a first of these windings comprising a radial coil, that is to say an axis perpendicular to said direction and the second winding comprising two coils also radial and arranged on either side of the first winding.
- the first signal is sensitive to the angular displacements between the parts of the body but is insensitive to the longitudinal displacements between these parts.
- the coils of the second winding are mounted with their parallel axes and the first part of the body is mounted angularly movable on either side of a median angular position for which the axis of the coil of the first winding is perpendicular to the axes of the coils of the second winding.
- the longitudinal detection means comprise: a second transformer having a primary winding secured to the first part of the body and supplied with periodic current to induce a second signal in a secondary winding secured to the second part of the body, a first of these windings comprising a axial coil, that is to say an axis parallel to said direction and the second winding comprising two axial coils spaced longitudinally and partially surrounding said first winding.
- the second signal is sensitive to the longitudinal displacements between the parts of the body but is insensitive to the angular displacements between these parts.
- one of the parts of the body forms a sleeve inside which a chamber is formed which contains the transformers.
- This chamber is filled with oil and means are provided to maintain the internal pressure of the chamber equal to that of the sounding, for example using a floating piston.
- the device further comprises elastic means for opposing the weight of the lower part and pushing it upwards so that it can then move downward relative to the upper part after anchoring in the column of rods.
- means are provided for bringing the first part of the body substantially to said middle position of the second transformer so that this first part can rotate relative to the second part in one direction or the other.
- a jamming point detection device comprises a bottom device 10 suspended in a column of rods 11 at the end of a cable 12.
- the rods 11 disposed in a borehole 13 are trapped by the formations at a point 14 whose depth is to be determined.
- the rods are suspended on the surface in a known manner from a drilling tower (not shown) equipped with mechanisms enabling these rods to be applied tensile and torsional forces.
- the cable 12 comprises one or more electrical conductors connected to a surface device 15. This device is suitable for sending an electrical supply current and electrical control signals to the downhole device and for receiving the signals coming from this device. to process, display and save them.
- the downhole apparatus 10 generally comprises an electronic section 20, an upper anchoring system 21, a sensor 22, a lower anchoring system 23.
- the electronic section 20 is formed of a waterproof envelope containing electronic circuits.
- the sensor 22 is formed by a body 25 having an upper part .26 and a lower part 27 mounted movable with respect to one another with limited displacements both longitudinally and angularly.
- the upper 21 and lower 23 anchoring systems are respectively fixed to the upper 26 and lower 27 parts of the body in order to immobilize these two parts in two zones longitudinally spaced from the column of rods.
- Each anchoring system can be of the type described in US Patent No. 3,686,943 already cited, with articulated arms adapted to move away from the body to come into abutment against the internal wall of the rods. These arms, which may be three in number, engage for example on an axial displacement control rod driven by an electric motor which transmits its movement to the rod by means of an endless screw.
- Each anchoring system includes a motor controlled at will from the surface.
- the sensor 22 provides signals representative of the relative displacements between the parts of the body when the rods are elastically deformed by stresses of tension or torsion applied to the surface. Following these constraints, the sensor 22 indicates a displacement between the parts of the body, only if the bottom device is anchored above the point of jamming 14. By anchoring the device 10 at various depths, it is therefore possible to find the one below which no more signal is obtained, that is to say the one which corresponds to the depth of the jamming point.
- the sensor 22 is shown in more detail in FIG. 2.
- the upper part 26 of the body is extended downwards by a mandrel 30 which can rotate and move longitudinally in a sleeve 31 v which extends upwards the lower part 27.
- the upper part 26 has a tapping 32 allowing it to be fixed to the upper anchoring system 21, and connectors 33 fixed in isolation on the body to ensure suitable electrical connections with the top of the bottom appliance.
- the senor comprises a first transformer formed by a primary fixed to the mandrel 30 and a secondary fixed to the sleeve 31.
- the primary consists of a coil 35 whose axis is radial , that is to say perpendicular to the longitudinal direction XX 'of the device (see also Figure 3).
- the secondary is formed by two coils 36 and 37 whose axes are also radial.
- the two coils of the secondary are connected in series and when the primary is supplied with periodic current, the signal induced in the secondary is representative of the relative angular position of the mandrel 30 and of the sleeve 31.
- the axis of the coil 35 of the primary is perpendicular to the common axis of the coils 36 and 37 high school.
- the signal induced in the secondary is zero.
- the coils 35, 36 and 37 are long enough in the direction of the direction XX ′ so that the limited longitudinal displacement of the mandrel 30 relative to the sleeve 31 does not modify the output signal of the angular displacement transformer.
- the sensor 22 comprises a second transformer formed by a primary fixed to the mandrel 30 and a secondary fixed to the sleeve 31.
- the primary consists of an axial coil 40, that is that is to say an axis parallel to the direction XX ′ and the secondary by two other axial coils 41 and 42 connected in opposition.
- the coil 40 is placed on the mandrel so as to be centered halfway between the coils -41 and 42 when the sleeve 31 is in the high position relative to the mandrel 30 in order to provide a substantially zero signal in this position.
- This second transformer symmetrical around the axis XX ′, is insensitive to the relative angular displacements of the two parts of the body.
- the lower end of the mandrel 30 comprises a collar 43 on which a spring 44 compressed between this collar and an internal shoulder of the sleeve 31 comes to bear.
- This spring 44 is suitable for applying to the sleeve 31 an upwardly directed force slightly greater than the weight hanging from the lower part 27 of the device.
- the lower part 27 of the body ends down at the end by a smaller diameter end on which is rotatably mounted a threaded ring 47 held in place by a stop 48.
- This end has a housing in which is placed a support 50 for connectors 51 to make the appropriate electrical connections with the lower anchoring system 23.
- the space between the mandrel 30 and the sleeve 31 forms a sealed chamber 52 closed upwards by an annular piston 53 mounted to slide on the mandrel. Seals 54 and 55 seal between the piston and the mandrel 30 and between the piston and the sleeve 31.
- the chamber 52 is filled with hydraulic fluid and the pressure equalization piston 53 maintains the chamber at the pressure of the fluids sounding: In this way the mandrel and the sleeve are not subjected to any longitudinal force due to the pressure of the drilling fluids.
- the different coils are connected to the electronic section of the device by conductors such as 58, 59 connected to the connectors 33.
- the apparatus further comprises means for substantially bringing the mandrel 30 to the median angular position for which the axis of the primary coil 35 is perpendicular to the common axis of the coils 36, 37.
- These means comprise a window 56 cut out from the internal face of the sleeve 31.
- the window 56 has two sides parallel to the longitudinal direction XX ′, a flat lower face and upper ramps converging upwards at a point located in the middle of the two parallel sides.
- a guide key 57 integral with the mandrel 30 can move inside this window. Normally the key 57 is therefore held in abutment against the underside of the window 56 by the spring 44.
- the longitudinal sides of the window 56 limit the angular displacement of the mandrel 30 relative to the sleeve 31.
- the lower anchoring system 23 is anchored and the cable is pulled to bring the guide key 57 to the top of the window 56.
- the mandrel which could have rotated until it was abutted against the sides of the window is thus returned to the median angular position by the key 57 which slides along one of the upper ramps of the window 56.
- the cable tension is then released and under the action of the spring 44, the key 57 returns to the bottom of window 56 while remaining substantially equidistant from its longitudinal sides.
- the lower part of the body is, at this instant, in the high position relative to the upper part.
- the angular displacement transformer is in the middle position and the coil 40 of the longitudinal displacement transformer is substantially centered on the midpoint between the coils 41 and 42 of the secondary.
- the device is therefore ready to measure the elongation of the rods and their twists in one direction or the other.
- a supply circuit 60 supplies a triangular periodic current at the frequency of 1000 Hz to the primary coils 35 and 40 which induce rectangular voltages in the secondary coils.
- the secondary coils 36 and 37 of the angular displacement detector transformer are connected in series to the input terminals of a differential amplifier 61.
- the output signal of amplifier 61 is rectified in phase by a synchronous detector 62 having for reference the signal at 1000 Hz from the power supply 60.
- the output signal from synchronous detector 62 is a DC voltage V R linear function of the angular displacement of the mandrel 30 in the sleeve 31. This signal V R whose sign indicates the direction of rotation is transmitted by the cable 12 to the surface apparatus 15 after being converted, if necessary by means of d 'an appropriate transmission system.
- the secondary coils 41 and 42 of the longitudinal displacement detector transformer are connected in opposition to the terminals of a differential amplifier 63, the output of which is connected to a synchronous detector 64.
- the reference of the detector 64 is supplied by the power supply 60.
- the signal output V L of the synchronous detector 64 is a DC voltage proportional to the longitudinal displacement of the mandrel 30 relative to the sleeve 31. This signal V L is transmitted to the surface via the cable 12 like the signal V R.
- the apparatus is assembled as shown in FIG. 1 and it is lowered inside the column of rods 11 to the depth where it is desired to determine whether these rods are free.
- the lower system 23 is anchored and the cable 12 is pulled to return the angular displacement detector transformer to the midpoint. Then close the lower anchoring system and anchor the device again, starting with the upper anchoring system 21. This ensures that the weight of the top of the device and the cable does not come compress sensor 22.
- Torsional and tensile stresses are then applied to the surface of the rod column while displaying and recording the longitudinal and angular displacement signals of the sensor. If these signals indicate that the rods are free at the depth where the device is located, the above operations are repeated at other depths until the jamming point 14 is determined for which the sensor 22 no longer indicates displacements. If one wishes to unscrew the rods above the jamming point, the sensor 22 makes it possible to detect whether a unscrewing torque has indeed been transmitted to the desired depth, thanks to the first transformer which is only sensitive to rotation.
- the embodiment which has just been described can be the subject of numerous variants.
- the primary and secondary of each transformer are interchangeable.
- the sleeve can be secured to the upper anchor and the mandrel to the lower anchor.
- the two opposing coils can be fixed to the mandrel.
- the median focusing system can be achieved by other means Etc.
Abstract
Le dispositif comprend un corps descendu à l'intérieur des tiges et ayant une partie supérieure (26) et une partie inférieure (27) mobiles l'une par rapport à l'autre avec des déplacements limités. Chaque partie du corps est ancrée à l'intérieur des tiges et l'on détecte les mouvements entre lesdites parties lorsqu'on applique des contraintes aux tiges en surface. Un premier transformateur à bobines radiales a un enroulement primaire (35) solidaire d'une partie du corps et un enroulement secondaire (36, 37) solidaire de l'autre partie pour détecter les déplacements angulaires. Un deuxième transformateur à bobines axiales a un enroulement primaire (40) solidaire d'une partie du corps et un enroulement secondaire (41, 42) solidaire de l'autre partie pour détecter les déplacements longitudinaux. Les signaux fournis par les transformateurs sont des fonctions linéaires des déplacements respectifs.The device comprises a body lowered inside the rods and having an upper part (26) and a lower part (27) movable with respect to each other with limited displacements. Each part of the body is anchored inside the rods and movements between said parts are detected when stresses are applied to the rods on the surface. A first transformer with radial coils has a primary winding (35) secured to one part of the body and a secondary winding (36, 37) secured to the other part to detect angular displacements. A second axial coil transformer has a primary winding (40) secured to one part of the body and a secondary winding (41, 42) secured to the other part to detect longitudinal movements. The signals supplied by the transformers are linear functions of the respective displacements.
Description
L'invention se rapporte aux dispositifs utilisés dans les sondages et plus particulièrement aux appareils pour détecter le point de coincement d'une colonne de tiges dans un sondage.The invention relates to devices used in soundings and more particularly to devices for detecting the point of jamming of a column of rods in a sounding.
Lorsqu'une colonne de tiges comme par exemple un train de tiges de forage, est coincée dans un sondage, un procédé classique pour déterminer la profondeur du point de coincement consiste à appliquer à la colonne en surface des torsions et des tractions et à déterminer jusqu'à quelle profondeur se transmettent ces déformations. Pour détecter ces déformations on utilise un appareil descendu dans la colonne à l'extrémité d'un câble et mis en place à des profondeurs successives.When a column of rods such as a drill string is trapped in a borehole, a conventional method for determining the depth of the pinch point is to apply twists and pulls to the column at the surface and determine up to 'to what depth these deformations are transmitted. To detect these deformations, a device is used which is lowered into the column at the end of a cable and placed at successive depths.
Un appareil classique de détection du point de coincement, décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 686 943 accordé à W.D. Smith, comprend un corps ayant une partie supérieure et une partie inférieure montées mobiles l'une par rapport à l'autre selon des déplacements limités et des organes d'ancrage supérieurs et inférieurs montés respectivement sur ces parties supérieure et inférieure pour immobiliser chacune des parties du corps en deux zones longitudinalement espacées de la colonne. Des moteurs électriques commandés par l'intermédiaire du câble servent à écarter et rapprocher du corps les organes d'ancrage et un capteur monté entre les parties du corps détecte les mouvements relatifs desdites parties lorsqu'on déforme élastiquement la colonne par des contraintes appliquées en surface.A conventional device for detecting the jamming point, described for example in United States patent No. 3,686,943 granted to WD Smith, comprises a body having an upper part and a lower part which are mounted so that they can be moved one by the other. relative to each other according to limited displacements and upper and lower anchoring members mounted respectively on these upper and lower parts to immobilize each of the body parts in two zones longitudinally spaced from the column. Electric motors controlled via the cable serve to move the anchoring members apart and bring them closer to the body and a sensor mounted between the parts of the body detects the relative movements of said parts when the column is elastically deformed by stresses applied on the surface. .
Dans le brevet américain n° 4.105.071 (Y. Nicolas et A. Landaud) est proposé un capteur qui comprend deux détecteurs, l'un indépendant des tensions et l'autre indépendant des torsions appliquées aux tiges. Un tel capteur a l'avantage de pouvoir déterminer si une torsion appliquée aux tiges en surface a été transmise en profondeur. Notamment, lorsqu'on désire dévisser la partie libre des tiges, il faut appliquer un couple de dévissage à un joint particulier mis légèrement en tension, avant de faire exploser une charge au niveau de ce joint. Cette opération connue sous le nom de "back off" est très couramment réalisée. Dans les puits déviés comportant un coude, le couple appliqué aux tiges en surface se transmet mal en profondeur et il est d'usage de tirer et de relâcher les tiges en même temps que l'application du couple, pour vaincre les frottements le long du sondage. Un capteur tel que décrit dans le brevet américain ci-dessus permet de savoir directement si le couple a été transmis en profondeur. Malheureusement, un tel capteur dont les détecteurs sont des jauges de contrainte disposées sur des parties élastiquement déformables, a une raideur importante et des efforts élevés sont nécessaires pour le déformer. Dans ces conditions, il arrive souvent que les ancrages de l'appareil ne soient pas suffisamment puissants pour transmettre de tels efforts et glissent à l'intérieur des tiges sans déformer les parties élastiques du capteur.In the American patent n ° 4.105.071 (Y. Nicolas and A. Landaud) is proposed a sensor which includes two detectors, one independent tension and the other independent of the twists applied to the rods. Such a sensor has the advantage of being able to determine whether a torsion applied to the surface rods has been transmitted in depth. In particular, when it is desired to unscrew the free part of the rods, it is necessary to apply a unscrewing torque to a particular joint slightly tensioned, before exploding a charge at this joint. This operation known as "back off" is very commonly performed. In deviated wells with an elbow, the torque applied to the surface rods is poorly transmitted and it is customary to pull and release the rods at the same time as the application of the torque, to overcome friction along the survey. A sensor as described in the above US patent makes it possible to know directly whether the torque has been transmitted in depth. Unfortunately, such a sensor, the detectors of which are strain gauges disposed on elastically deformable parts, has a high stiffness and high forces are necessary to deform it. Under these conditions, it often happens that the anchors of the device are not strong enough to transmit such forces and slide inside the rods without deforming the elastic parts of the sensor.
D'autres capteurs connus sont décrits dans les brevets ameri- cains n° 3.686.943 (W.D. Smith) déjà mentionné et n° 2.530.309 (P.W. Martin). Ces capteurs utilisent des bobines qui détectent la largeur d'un entrefer entre des pôles d'un circuit magnétique, cette largeur étant modifiée par les mouvements longitudinaux et angulaires entre les parties du corps. Ces capteurs ont l'inconvénient d'être sensibles à la fois à ces mouvements angulaires et longitudinaux. De plus ces capteurs doivent être remis à zéro, avant la mesure, dans une position qui n'autorise des rotations que dans un seul sens. Il est pourtant souhaitable de pouvoir mesurer la transmission au fond de couples de vissage et de dévissage.Other known sensors are described in American patents No. 3,686,943 (W.D. Smith) already mentioned and No. 2,530,309 (P.W. Martin). These sensors use coils which detect the width of an air gap between poles of a magnetic circuit, this width being modified by the longitudinal and angular movements between the parts of the body. These sensors have the disadvantage of being sensitive to both these angular and longitudinal movements. In addition, these sensors must be reset to zero, before measurement, in a position which only allows rotations in one direction. It is however desirable to be able to measure the transmission at the bottom of screwing and unscrewing torques.
L'invention se rapporte à un capteur pour détecter le point de coincement des tiges dans un sondage qui présente de bonnes caractéristiques de précision et de fiabilité et qui permet de détecter séparément les torsions des tractions avec une faible raideur.The invention relates to a sensor for detecting the point of jamming of the rods in a borehole which has good characteristics of precision and reliability and which makes it possible to separately detect the twists of the pulls with a low stiffness.
Selon l'invention, un dispositif pour détecter le point de coincement de tiges dans un sondage comprend un corps ayant deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre et des moyens de détection distincts pour détecter respectivement les mouvements angulaires et longitudinaux entre les parties du corps.According to the invention, a device for detecting the point of jamming of rods in a borehole comprises a body having two parts which are movable with respect to each other and separate detection means for detecting respectively the angular and longitudinal movements between the parts of the body.
Les moyens de détection angulaires comprennent : un premier transformateur ayant un enroulement primaire solidaire d'une première partie du corps et alimente en courant périodique pour induire un premier signal dans un enroulement secondaire solidaire de la deuxième partie du corps, un premier de ces enroulements comprenant une bobine radiale, c'est-à-dire d'axe perpendiculaire à ladite direction et le deuxième enroulement comprenant deux bobines également radiales et disposées de part et d'autre du premier enroulement. De cette façon le premier signal est sensible aux déplacements angulaires entre les parties du corps mais est insensible aux déplacements longitudinaux entre ces parties.The angular detection means comprise: a first transformer having a primary winding secured to a first part of the body and supplies periodic current to induce a first signal in a secondary winding secured to the second part of the body, a first of these windings comprising a radial coil, that is to say an axis perpendicular to said direction and the second winding comprising two coils also radial and arranged on either side of the first winding. In this way the first signal is sensitive to the angular displacements between the parts of the body but is insensitive to the longitudinal displacements between these parts.
Les bobines du deuxième enroulement sont montées avec leurs axes parallèles et la première partie du corps est montée angulairement mobile de part et d'autre d'une position angulaire médiane pour laquelle l'axe de la bobine du premier enroulement est perpendiculaire aux axes des bobines du deuxième enroulement.The coils of the second winding are mounted with their parallel axes and the first part of the body is mounted angularly movable on either side of a median angular position for which the axis of the coil of the first winding is perpendicular to the axes of the coils of the second winding.
Les moyens de détection longitudinaux comprennent : un deuxième transformateur ayant un enroulement primaire solidaire de la première partie du corps et alimenté en courant périodique pour induire un deuxième signal dans un enroulement secondaire solidaire de la deuxième partie du corps, un premier de ces enroulements comprenant une bobine axiale, c'est-à-dire d'axe parallèle à ladite direction et le deuxième enroulement comprenant deux bobines axiales espacées longitudinalement et entourant partiellement ledit premier enroulement. De cette façon le deuxième signal est sensible aux déplacements longitudinaux entre les parties du corps mais est insensible aux déplacements angulaires entre ces parties.The longitudinal detection means comprise: a second transformer having a primary winding secured to the first part of the body and supplied with periodic current to induce a second signal in a secondary winding secured to the second part of the body, a first of these windings comprising a axial coil, that is to say an axis parallel to said direction and the second winding comprising two axial coils spaced longitudinally and partially surrounding said first winding. In this way the second signal is sensitive to the longitudinal displacements between the parts of the body but is insensitive to the angular displacements between these parts.
De préférence l'une des parties du corps forme un manchon à l'intérieur duquel est réalisée une chambre qui contient les transformateurs. Cette chambre est remplie d'huile et des moyens sont prévus pour maintenir la pression interne de la chambre égale à celle du sondage par exemple à l'aide d'un piston flottant.Preferably one of the parts of the body forms a sleeve inside which a chamber is formed which contains the transformers. This chamber is filled with oil and means are provided to maintain the internal pressure of the chamber equal to that of the sounding, for example using a floating piston.
Le dispositif comprend en outre des moyens élastiques pour s'opposer au poids de la partie inférieure et la repousser vers le haut de façon qu'elle puisse ensuite se déplacer vers le bas par rapport à la partie supérieure après ancrage dans la colonne de tiges. De plus, des moyens sont prévus pour amener la première partie du corps sensiblement à ladite position médiane du deuxième transformateur afin que cette première partie puisse tourner par rapport à la deuxième partie dans un sens ou dans l'autre.The device further comprises elastic means for opposing the weight of the lower part and pushing it upwards so that it can then move downward relative to the upper part after anchoring in the column of rods. In addition, means are provided for bringing the first part of the body substantially to said middle position of the second transformer so that this first part can rotate relative to the second part in one direction or the other.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- - la figure 1 est une vue en cours d'opération d'un dispositif de détection selon l'invention pour trouver le point de coincement d'une colonne de tiges dans un sondage;
- - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une partie de l'appareil de fond de la figure 1;
- - la figure 3 est une vue en perspective d'un détail de l'appareil de la figure 2; et
- - la figure 4 est un schéma des circuits utilisés pour obtenir des signaux de détection du dispositif selon l'invention.
- - Figure 1 is a view during operation of a detection device according to the invention for finding the point of jamming of a column of rods in a borehole;
- - Figure 2 is a longitudinal section of a portion of the bottom apparatus of Figure 1;
- - Figure 3 is a perspective view of a detail of the apparatus of Figure 2; and
- - Figure 4 is a diagram of the circuits used to obtain detection signals from the device according to the invention.
En référence à la figure 1, un dispositif de détection de point de coincement comprend un appareil de fond 10 suspendu dans une colonne de tiges 11 à l'extrémité d'un câble 12. Les tiges 11 disposées dans un sondage 13 sont coincées par les formations en un point 14 dont on désire déterminer la profondeur. Les tiges sont suspendues en surface d'une façon connue à une tour de forage (non représentée) équipée de mécanismes permettant d'appliquer à ces tiges des efforts de traction et de torsion. Le câble 12 comporte un ou plusieurs conducteurs électriques reliés à un appareillage de surface 15. Cet appareillage est adapté à envoyer vers l'appareil de fond un courant électrique d'alimentation et des signaux électriques de commande et à recevoir les signaux provenant de cet appareil pour les traiter, les afficher et les enregistrer.Referring to Figure 1, a jamming point detection device comprises a
L'appareil de fond 10 comprend d'une façon générale une section électronique 20, un système d'ancrage supérieur 21, un capteur 22, un système d'ancrage inférieur 23. La section électronique 20 est formée d'une enveloppe étanche contenant des circuits électroniques. Le capteur 22 est formé par un corps 25 ayant une partie supérieure .26 et une partie inférieure 27 montées mobiles l'une par rapport à -l'autre avec des déplacements limités à la fois longitudinalement et angulairement. Les systèmes d'ancrage supérieur 21 et inférieur 23 sont respectivement fixés aux parties supérieure 26 et inférieure 27 du corps afin d'immobiliser ces deux parties en deux zones longitudinalement espacées de la colonne de tiges.The
Chaque système d'ancrage peut être du type décrit dans le brevet américain No. 3 686 943 déjà cité, avec des bras articulés adaptés à s'écarter du corps pour venir en appui contre la paroi interne des tiges. Ces bras, qui peuvent être au nombre de trois, s'engagent par exemple sur une tige de commande à déplacement axial entraînée par un moteur électrique qui transmet son mouvement à la tige par l'intermédiaire d'une vis sans fin. Chaque système d'ancrage comporte un moteur commandé à volonté depuis la surface.Each anchoring system can be of the type described in US Patent No. 3,686,943 already cited, with articulated arms adapted to move away from the body to come into abutment against the internal wall of the rods. These arms, which may be three in number, engage for example on an axial displacement control rod driven by an electric motor which transmits its movement to the rod by means of an endless screw. Each anchoring system includes a motor controlled at will from the surface.
Au bas de l'appareil de fond, on peut envisager de fixer un support d'explosif adapté à recevoir plusieurs longueurs de cordeau détonant pour effectuer une explosion au niveau d'un joint de tiges sélectionné situé au-dessus du point de coincement. Au préalable, on applique un couple de dévissage depuis la surface à ce joint sélectionné légèrement mis en tension, de façon que l'explosion ait pour effet de déclencher le dévissage à ce niveau. Si cette opération réussit on retire ainsi du sondage une longueur maximale de tiges libres.At the bottom of the bottom device, one can consider attaching an explosive support adapted to receive several lengths of detonating cord to carry out an explosion at a selected rod joint located above the jamming point. Beforehand, a couple of loosening is applied from the surface to this selected joint which is slightly tensioned, so that the explosion has the effect of triggering the loosening at this level. If this operation succeeds, a maximum length of free rods is thus removed from the borehole.
Le capteur 22 fournit des signaux représentatifs des déplacements relatifs entre les parties du corps lorsqu'on déforme élastiquement les tiges par des contraintes de tension ou de torsion appliquées en surface. Suite à ces contraintes, le capteur 22 n'indique un déplacement entre les parties du corps, que si l'appareil de fond est ancré au-dessus du point de coincement 14. En ancrant l'appareil 10 à diverses profondeurs on peut donc trouver celle en dessous de laquelle on n'obtient plus de signal, c'est-à-dire celle qui correspond à la profondeur du point de coincement.The
Le capteur 22 est représenté plus en détail sur la figure 2. La partie supérieure 26 du corps se prolonge vers le bas par un mandrin 30 qui peut tourner et se déplacer longitudinalement dans un manchon 31 v qui prolonge vers le haut la partie inférieure 27. Comme on le verra par la suite, les mouvements relatifs des deux parties 26 et 27 sont limités longitudinalement et en rotation. La partie supérieure 26 comporte un taraudage 32 permettant sa fixation au système d'ancrage supérieur 21, et des connecteurs 33 fixés de façon isolée sur le corps pour assurer les liaisons électriques convenables avec le haut de l'appareil de fond.The
Pour détecter les déplacements angulaires entre les deux parties 26 et 27, le capteur comprend un premier transformateur formé par un primaire fixé au mandrin 30 et un secondaire fixé sur le manchon 31. Le primaire est constitué par une bobine 35 dont l'axe est radial, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction longitudinale X-X' de l'appareil (voir aussi figure 3). Le secondaire est formé par deux bobines 36 et 37 dont les axes sont aussi radiaux.To detect the angular displacements between the two
Comme on le verra par la suite, les deux bobines du secondaire sont connectées en série et lorsqu'on alimente le primaire en courant périodique, le signal induit dans le secondaire est représentatif de la position angulaire relative du mandrin 30 et du manchon 31.As will be seen below, the two coils of the secondary are connected in series and when the primary is supplied with periodic current, the signal induced in the secondary is representative of the relative angular position of the
Ξn position angulaire médiane, c'est-à-dire à égale distance des butées qui limitent la rotation du mandrin 30 dans le manchon 31, l'axe de la bobine 35 du primaire est perpendiculaire à l'axe commun des bobines 36 et 37 du secondaire. Dans cette position médiane, le signal induit dans le secondaire est nul. Les bobines 35, 36 et 37 sont suffisamment longues dans le sens de la direction X-X' pour que le déplacement longitudinal limité du mandrin 30 par rapport au manchon 31 ne modifie pas le signal de sortie du transformateur de déplacement angulaire.Ξn middle angular position, that is to say at an equal distance from the stops which limit the rotation of the
Pour détecter les déplacements longitudinaux entre les deux parties 26 et 27, le capteur 22 comprend un deuxième transformateur formé par un primaire fixé au mandrin 30 et un secondaire fixé au manchon 31. Le primaire est constitué par une bobine axiale 40, c'est-à-dire d'axe parallèle à la direction X-X' et le secondaire par deux autres bobines axiales 41 et 42 connectées en opposition. La bobine 40 est placée sur le mandrin de façon à être centrée à mi-distance des bobines -41 et 42 lorsque le manchon 31 est en position haute par rapport au mandrin 30 afin de fournir un signal sensiblement nul dans cette position. Ce deuxième transformateur, symétrique autour de l'axe X-X', est insensible aux déplacements angulaires relatifs des deux parties du corps.To detect the longitudinal displacements between the two
L'extrémité inférieure du mandrin 30 comporte une collerette 43 sur laquelle vient en appui un ressort 44 comprimé entre cette collerette et un épaulement interne du manchon 31. Ce ressort 44 est adapté à appliquer au manchon 31 une force dirigée vers le haut légèrement supérieure au poids suspendu à la partie inférieure 27 de l'appareil. De cette façon, lorsqu'on ancre dans la colonne de tiges les systèmes d'ancrage 21 et 23, la partie inférieure 27 du corps est en position haute par rapport à la partie supérieure 26. Si l'on exerce sur la colonne de tiges une traction qui se traduit, à la profondeur de l'appareil par un allongement entre les zones d'ancrage, cet allongement est alors intégralement transmis aux parties 21 et 22 du corps qui, étant alors en position rapprochée, peuvent s'éloigner librement l'une de l'autre.The lower end of the
La partie inférieure 27 du corps se termine vers le bas par une extrémité de diamètre plus faible sur laquelle est montée tournante une bague filetée 47 maintenue en place par une butée 48. Cette extrémité a un logement dans lequel est placé un support 50 de connecteurs 51 pour effectuer les liaisons électriques convenables avec le système d'ancrage inférieur 23.The
L'espace compris entre le mandrin 30 et le manchon 31 forme une chambre étanche 52 fermée vers le haut par un piston annulaire 53 monté coulissant sur le mandrin. Des joints 54 et 55 assurent l'étanchéité entre le piston et le mandrin 30 et entre le piston et le manchon 31. La chambre 52 est remplie de fluide hydraulique et le piston 53 d'égalisation de pression maintient la chambre à la pression des fluides du sondage: De cette façon le mandrin et le manchon ne sont soumis à aucune force-longitudinale due à la pression des fluides du sondage.The space between the
Les différentes bobines sont connectées à la section électronique de l'appareil par des conducteurs tels que 58, 59 reliés aux connecteurs 33.The different coils are connected to the electronic section of the device by conductors such as 58, 59 connected to the connectors 33.
L'appareil comprend en outre des moyens pour amener sensiblement le mandrin 30 à la position angulaire médiane pour laquelle l'axe de la bobine primaire 35 est perpendiculaire à l'axe commun des bobines 36, 37. Ces moyens comprennent une fenêtre 56 découpée dans la face interne du manchon 31. La fenêtre 56 comporte deux côtés parallèles à la direction longitudinale X-X', une face inférieure plane et des rampes.supérieures convergeant vers le haut en un point situé au milieu des deux côtés parallèles. Une clavette de guidage 57 solidaire du mandrin 30 peut se déplacer à l'intérieur de cette fenêtre. Normalement la clavette 57 est donc maintenue en butée contre la face inférieure de la fenêtre 56 par le ressort 44. Les cotés longitudinaux de la fenêtre 56 limitent le déplacement angulaire du mandrin 30 par rapport au manchon 31. Pour amener en position médiane le transformateur détecteur de déplacement angulaire, on ancre le système d'ancrage inférieur 23 et l'on tire sur le câble pour amener la clavette de guidage 57 au sommet de la fenêtre 56. Le mandrin qui pouvait avoir tourné jusqu'à être en butée contre les côtés de la fenêtre est ainsi ramené en position angulaire médiane par la clavette 57 qui glisse le long d'une des rampes supérieures de la fenêtre 56. On relâche ensuite la tension du câble et sous l'action du ressort 44, la clavette 57 revient au bas de la fenêtre 56 en restant sensiblement à égale distance de ses côtés longitudinaux. La partie inférieure du corps est,à cet instant, en position haute par rapport à la partie supérieure. Le transformateur de déplacement angulaire est en position médiane et la bobine 40 du transformateur de déplacement longitudinal est sensiblement centrée sur le point milieu entre les bobines 41 et 42 du secondaire. L'appareil est donc prêt à mesurer les allongements des tiges et leurs torsions dans un sens ou dans l'autre.The apparatus further comprises means for substantially bringing the
En référence à la figure 4, on a représenté les circuits de l'appareil qui sont pour la plupart situés dans la section électronique 20. Un circuit d'alimentation 60 fournit un courant périodique triangulaire à la fréquence de 1 000 Hz aux bobines primaires 35 et 40 qui induisent dans les bobines des secondaires des tensions rectangulaires. Les bobines secondaires 36 et 37 du transformateur détecteur de déplacement angulaire sont connectées en série aux bornes d'entrée d'un amplificateur différentiel 61. Le signal de sortie de l'amplificateur 61 est redressé en phase par un détecteur synchrone 62 ayant pour référence le signal à 1 000 Hz de l'alimentation 60. Le signal de sortie du détecteur synchrone 62 est une tension continue VR fonction linéaire du déplacement angulaire du mandrin 30 dans le manchon 31. Ce signal VR dont le signe indique le sens de rotation est transmis par le-câble 12 vers l'appareillage de surface 15 après avoir été converti, si nécessaire au moyen d'un système de transmission approprié.Referring to Figure 4, there is shown the circuits of the device which are mostly located in the
Les bobines secondaires 41 et 42 du transformateur détecteur de déplacement longitudinal sont connectées en opposition aux bornes d'un amplificateur différentiel 63 dont la sortie est reliée à un détecteur synchrone 64. La référence du détecteur 64 est fournie par l'alimentation 60. Le signal de sortie VL du détecteur synchrone 64 est une tension continue proportionnelle au déplacement longitudinal du mandrin 30 par rapport au manchon 31. Ce signal VL est transmis en surface par l'intermédiaire du câble 12 comme le signal VR.The secondary coils 41 and 42 of the longitudinal displacement detector transformer are connected in opposition to the terminals of a
En fonctionnement, on assemble l'appareil comme représenté sur la figure 1 et on le descend à l'intérieur de la colonne de tiges 11 jusqu'à la profondeur où l'on désire déterminer si ces tiges sont libres..A la profondeur choisie, on ancre le système inférieur 23 et l'on tire sur le câble 12 pour remettre au point médian le transformateur détecteur de déplacement angulaire. On ferme ensuite le système d'ancrage inférieur et l'on ancre à nouveau l'appareil en commençant par le système d'ancrage supérieur 21. On s'assure ainsi que le poids du haut de l'appareil et du câble ne vient pas comprimer le capteur 22.In operation, the apparatus is assembled as shown in FIG. 1 and it is lowered inside the column of
On applique ensuite en surface des contraintes de torsion et de traction à la colonne de tiges tout en affichant et en enregistrant les signaux de déplacements longitudinaux et angulaires du capteur. Si ces signaux indiquent que les tiges sont libres à la profondeur où se trouve l'appareil, on recommence les opérations ci-dessus à d'autres profondeurs jusqu'à déterminer le point de coincement 14 pour lequel le capteur 22 n'indique plus de déplacements. Si l'on veut dévisser les tiges au-dessus du point de coincement, le -capteur 22 permet de détecter si un couple de dévissage a bien été transmis à la profondeur voulue, grâce au premier transformateur uniquement sensible à la rotation.Torsional and tensile stresses are then applied to the surface of the rod column while displaying and recording the longitudinal and angular displacement signals of the sensor. If these signals indicate that the rods are free at the depth where the device is located, the above operations are repeated at other depths until the
Le mode de réalisation qui vient d'être décrit peut faire l'objet de nombreuses variantes. Le primaire et le secondaire de chaque transformateur sont interchangeables. Le manchon peut être solidaire de l'ancrage supérieur et le mandrin de l'ancrage inférieur. Les deux bobines en opposition peuvent être fixées au mandrin. Le système de remise au point médian peut être réalisé par d'autres moyens Etc. Ces variantes sont évidemment possibles sans toutefois sortir du cadre de l'invention.The embodiment which has just been described can be the subject of numerous variants. The primary and secondary of each transformer are interchangeable. The sleeve can be secured to the upper anchor and the mandrel to the lower anchor. The two opposing coils can be fixed to the mandrel. The median focusing system can be achieved by other means Etc. These variants are obviously possible without however departing from the scope of the invention.
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