EP0109907B1 - Dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation - Google Patents

Dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation Download PDF

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EP0109907B1
EP0109907B1 EP83402229A EP83402229A EP0109907B1 EP 0109907 B1 EP0109907 B1 EP 0109907B1 EP 83402229 A EP83402229 A EP 83402229A EP 83402229 A EP83402229 A EP 83402229A EP 0109907 B1 EP0109907 B1 EP 0109907B1
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Alfio Bertelli
Karl Bolinger
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Soletanche SA
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Soletanche SA
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/18—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels
    • E02F3/20—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels
    • E02F3/205—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging wheels turning round an axis, e.g. bucket-type wheels with tools that only loosen the material, i.e. mill-type wheels with a pair of digging wheels, e.g. slotting machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/16—Plural down-hole drives, e.g. for combined percussion and rotary drilling; Drives for multi-bit drilling units
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/068—Deflecting the direction of boreholes drilled by a down-hole drilling motor

Definitions

  • the present invention relates to a device for ensuring the verticality during drilling of a perforating machine and more particularly for controlling the verticality of such a machine comprising a suspended chassis on which is mounted a drilling head.
  • Machines of this type suspended for example from a cable, a hose or rods, are used in particular on oil sites and for the execution of foundations in all types of hard or soft ground.
  • the chassis serving as a guide and / or simple gravity ensures the verticality of the machine.
  • this chassis is fully sunk below the earth's surface, and the variations in hardness of the ground tend to deflect it, there is no direct mechanical means available to control the verticality of the machine and so drilling.
  • the invention provides a device for ensuring the verticality of a perforating machine comprising a suspended chassis on which a drilling head is mounted, characterized in that said drilling head is fixed to a connection plate normally in contact with a support plate secured to the chassis, means being provided for moving the connecting plate from the support plate in a chosen direction.
  • orientation means can be much simpler than those which are necessary in the case of a ball joint.
  • These plates can for example be substantially horizontal.
  • connection plate is mounted on the support plate by means of at least two elastic members each opposed to a jack with respect to the direction of the orientation.
  • the elastic member located on the same side as this jack deforms in a first direction to allow the spacing of the plates, while the other elastic member deforms in a second direction forming a hinge.
  • the elastic members can include a stud through clearance with one of the plates and screwed into the other plate with the interposition of compressible elements.
  • the stud can pass through either the connection plate or the support plate with clearance by being screwed respectively into the support plate or into the connection plate, the compressible elements being able to be interposed, either between the head of the stud and the plate traversed with game, either between the two plates.
  • the compressible elements can for example comprise a stack of Belleville washers.
  • the maximum possible compression of the compressible elements is limited by a sleeve engaged on the stud in parallel with these elements.
  • the body of the jack can be formed by a hole drilled in one of the plates, in which a piston is placed, said hole opening out into the face of this plate opposite the other plate.
  • This protection can also be provided by a skirt made of elastic material such as rubber, disposed around the two plates to prevent the penetration of the drilling mud during the spacing of the plates.
  • the device according to the invention can in particular be adapted to control the verticality of a drilling rig, the drilling head of which comprises a pair of tools with a horizontal axis rotating in opposite directions so that the veritcality of the rig drilling is ensured in the plane of rotation of the tools by adjusting the difference in the speed of rotation of the tools.
  • the head In the transverse direction, the head can be mounted on a connecting member mounted to pivot relative to a support member secured to the chassis around at least one horizontal axis parallel to the plane of rotation of the tools.
  • the drilling head can be tilted on either side of the mean plane of rotation of the tools, in order to control the verticality of the drilling machine in the direction perpendicular to this plane.
  • the perforating machine shown in Figures 1 to 3 comprises in known manner a frame 1 suspended by a member 2 to a lifting machine and supporting a drilling head 3 which comprises two twin pairs of tools 4 and 4 ', each pair of tools being driven by a hydraulic motor supplied from the surface by pipes 5.
  • the two pairs of tools 4 and 4 ′ rotate in opposite directions, as indicated by the arrows in FIG. 1.
  • pairs of tools 4 and 4 ′ By varying the relative speed of rotation of pairs of tools 4 and 4 ′, it is possible to add to the progression of the drilling machine in the plane of rotation of the tools. If, for example, we wish to deflect the drilling rig towards + X ( Figure 2) we rotate the pair of tools 4 'faster than the pair of tools 4.
  • a support plate 6 supporting the drilling head 3 is fixed to the lower part of the chassis 1.
  • Threaded studs 10 are screwed into the threads 8 with clearance through the plate 6 through the holes 9.
  • a stack of Belleville washers 11 is interposed between the head 12 of each stud 10 and the upper surface of the plate 6. This stack is protected on the outside by a rubber sheath 13.
  • the plate 7 can move away from the plate 6 at an angle as shown in FIG. 5 where the gold sees that the studs 10 and the holes 9 are offset.
  • FIG. 6 Another set of studs 15 engaged in threads 15 ′ (FIG. 6) ensures the fixing on the connection plate 7 of the plate itself secured to a frame to which the drilling head is fixed.
  • the drilling heads themselves are not shown in FIGS. 4 and 5, but in FIG. 5 the nozzle 17 for suction of the drilling residues and the conduit 18 which routes them to the ground surface are nevertheless seen.
  • the spacing of the support plates 6 and connection 7 is caused by two rows of hydraulic cylinders 19 interposed respectively with the threaded holes 8 of each of the rows of holes.
  • the cylinders 19 are produced directly by drilling the plate 7, these holes opening on the side of this plate opposite the plate 6. In these holes, are placed pistons 20 which are capable of being displaced by a hydraulic fluid supplied by pipes 21 and 21 ′ simultaneously supplying all the jacks 19 in the same row.
  • an extensible rubber skirt 22 is placed all around the two plates 6 and 7.
  • O-rings 23 , 23 ′ are provided in the recessed areas of the plates 6 and 7, these seals being compressed as shown in FIG. 4 when the plates 6 and 7 are in contact and expanding as shown in FIG. 5 when the plates 6 and 7 are separated from each other.
  • non-return valves 24 are provided to allow the balancing of the presisons when, the two plates 6 and 7 being separated, they are gradually brought back into contact with one another.
  • the device thus described can easily be slaved to the indication of an inclinometer 25 located on the chassis 1 (FIG. 1).
  • the differential speed of the tools 4 and 4 ' is regulated in order to orient the drilling machine in the plane X, while the jacks 19 are supplied with all or nothing by the pipes 21 or 21' in order to play on the verticality in the Y plane.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour assurer la verticalité en cours de forage d'un engin de perforation et plus particulièrement pour le contrôle de la verticalité d'un tel engin comprenant un châssis suspendu sur lequel est montée une tête de forage.
  • Des engins de ce type, suspendus par exemple à un câble, à un flexible ou à des tiges, sont notamment utilisés sur les chantiers de pétrole et pour l'exécution de fondations dans tous types de terrains durs ou tendres. Au début du forage, le châssis servant de guide et/ou la simple gravité permettent d'assurer la verticalité de l'engin. Toutefois, lorsque ce châssis est entièrement enfoncé en-dessous de la surface terrestre, et que les variations de dureté du terrain tendent à le de- vier, on ne dispose d'aucun moyen mécanique direct permettant de contrôler la verticalité de l'engin et donc du forage.
  • On a déjà proposé, dans le document US-A 3 743 034, de contrôler l'orientation d'un dispositif de forage en disposant une liaison à rotule entre les parties supérieures et inférieures d'un train de tiges. Toutefois, étant donné la difficulté de réaliser et d'entretenir de telles liaisons à rotule, cette solution est inapplicable à des engins de perforation de forte capacité.
  • A cet effet, l'invention prévoit un dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation comprenant un châssis suspendu sur lequel est montée une tête de forage, caractérisé par le fait que ladite tête de forage est fixée sur une plaque de liaison normalement en contact avec une plaque de support solidaire du châssis, des moyens étant prévus pour écarter dans une direction choisie la plaque de liaison de la plaque de support.
  • Cet agencement présente l'avantage d'une grande robustesse. De plus, les moyens d'orientation peuvent être beaucoup plus simples que ceux qui sont nécessaires dans le cas d'une liaison à rotule.
  • Ces plaques peuvent par exemple être sensiblement horizontales.
  • Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la plaque de liaisoin est montée sur la plaque de support par l'intermédiaire d'au moins deux organes élastiques opposés chacun à un vérin par rapport à la direction de l'orientation.
  • Ainsi, lorsque l'on actionne l'un des vérins pour orienter convenablement la plaque de liaison par rapport à la plaque de support, l'organe élastique situé du même côté que ce vérin se déforme dans une première direction pour permettre l'écartement des plaques, alors que l'autre organe élastique se déforme dans une seconde direction en formant charnière.
  • Les organes élastiques peuvent ocmprendre un goujon traversant avec jeu une des plaques et vissé dans l'autre plaque avec interposition d'éléments compressibles.
  • Le goujon peut traverser avec jeu soit la plaque de liaison soit la plaque de support en étant vissé respectivement dans la plaque de support ou dans la plaque de liaison, les éléments compressibles pouvant être interposés, soit entre la tête du goujon et la plaque traversée avec jeu, soit entre les deux plaques.
  • Les éléments compressibles peuvent par exemple comprendre un empilement de rondelles Belleville.
  • De préférence la compression maximale possible des éléments compressibles est limitée par une douille engagée sur le goujon en parallèle avec ces éléments.
  • Avantageusement le corps du vérin peut être formé par un trou percé dans une des plaques, dans lequel est placé un piston, ledit trou débouchant dans la face de cette plaque en vis-à-vis de l'autre plaque.
  • Cette disposition assure un encombrement minimal puisque les vérins sont intégrés dans une des plaques, ce qui assure de plus leur protection vis-à-vis du milieu extérieur.
  • Cette protection peut également être assurée par une jupe en matériau élastique tel que du caoutchouc, disposée autour des deux plaques pour empêcher la pénétration de la boue de forage lors de l'écartement des plaques.
  • Le dispositif selon l'invention peut être en particulier adapté au contrôle de la verticalité d'un engin de forage dont la tête de forage comprend une paire d'outils à axe horizontal tournant en sens inverse de sorte que la veritcalité de l'engin de forage est assurée dans le plan de rotation des outils par un ajustement de la différence de vitesse de rotation des outils. Dans le sens transversal, la tête peut être montée sur un organe de liaison monté pivotant par rapport à un organe de support solidaire du châssis autour d'au moins un axe horizontal parallèle au plan de rotation des outils.
  • Ainsi, on peut faire basculer la tête de forage de part et d'autre du plan moyen de rotation des outils, afin de contrôler la verticalité de l'engin de forage dans la direction perpendiculaire à ce plan.
  • On décrira maintenant à titre d'exemple un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels:
    • La fig. 1 est une vue de face d'un engin de perforation comportant un dispositif de contrôle de la verticalité conforme à la présente invention.
    • La fig. 2 en est une vue de-dessus.
    • La fig. 3 en est une vue de profil.
    • La fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1.
    • La fig. 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 1 à une plus petite échelle que la figure 4.
    • La fig. 6 est une vue de-dessus de la plaque de liaison.
  • L'engin de perforation représenté aux figures 1 à 3 comporte de façon connue un châssis 1 suspendu par un organe 2 à un engin de levage et supportant une tête de forage 3 qui comporte deux paires jumelles d'outils 4 et 4' , chaque paire d'outils étant entraînée par un moteur hydraulique alimenté à partir de la surface par des canalisations 5.
  • Les deux paires d'outils 4 et 4' tournent en sens inverse, comme indiqué par les flèches sur la figure 1.
  • En faisant varier la vitesse relative de rotation de paires d'outils 4 et 4', il est possible de joier sur la progression de l'engin de forage dans le plan de rotation des outils. Si l'on souhaite par exemple faire dévier l'engin de forage vers +X (figure 2) on fait tourner la paire d'outils 4' plus vite que la paire d'outils 4.
  • On décrira maintenant en détail, en référence à la figure 4, les moyens permettant de jouer sur la verticalité de la descente de l'engin de forage dans la direction Y perpendiculaire au plan de rotation des outils.
  • Une plaque de support 6 soutenant la tête de forage 3 est fixée à la partie inférieure du châssis 1.
  • Une plaque de liaison 7 est fixée sous la plaque 6 de la manière suivante:
    • Deux rangées de filetage 8 sont réalisées dans la plaque 7 de part et d'autre de l'axe de symétrie X-X du dispositif. En correspondance avec ces filetages sont réalisés, dans la plaque 6, des trous 9 de diamètre supérieur au diamètre nominal des filetages 8.
  • Des goujons filetés 10 sont vissés dans les filetages 8 en traversant avec jeu la plaque 6 à travers les trous 9. Un empilement de rondelles Belleville 11 est intercalé entre la tête 12 de chaque goujon 10 et la surface supérieure de la plaque 6. Cet empilement est protégé à l'extérieur par une gaine de caoutchouc 13.
  • Du fait de l'élasticité de l'empilement de rondelles 11, la face supérieure de la plaque 7 est normalement appliquée contre la face inférieure de la plaque 6. Néanmoins, cet empilement de rondelles étant compressible, les deux plaques peuvent être écartées l'une de l'autre. Cet écartement est toutefois limité par des douilles 14 disposées entre les goujons 10 et les rondelles 11 qui limitent l'écartement à une valeur e telle que représentée à la figure 4.
  • De plus, du fait que les goujons 10 traversent les trous 9 avec jeu, la plaque 7 peut s'écarter de la plaque 6 en formant un certain angle comme cela apparît à la figure 5 où l'or voit que les goujons 10 et les trous 9 sont désaxés.
  • Un autre ensemble de goujons 15 engagés dans des filetages 15' (figure 6) assurent la fixation sur la plaque de liaison 7 de la plaque elle-même solidaire d'une armature à laquelle est fixée la tête de forage.
  • Les têtes de forage proprement dites ne sont pas représentées aux figures 4 et 5, mais on voit néanmoins sur la figure 5 la buse 17 d'aspiration des résidus de forage et le conduit 18 qui les achemine vers la surface du sol.
  • L'écartement des plaques de support 6 et de liaison 7 est provoqué par deux rangées de vérins hydrauliques 19 intercalées respectivement avec les trous filetés 8 de chacune des rangées de trous.
  • Les vérins 19 sont réalisés directement par perçage de la plaque 7, ces perçages débouchant du côté de cette plaque en vis-à-vis avec la plaque 6. Dans ces perçages, sont placés des pistons 20 qui sont susceptibles d'être déplacés par un fluide hydraulique amené par des canalisations 21 et 21' alimentant simultanément tous les vérins 19 d'une même rangée.
  • On constate ainsi que si l'on alimente en fluide sous pression la canalisation 21', on incline la plaque 7 de la manière représentée à la figure 5 de sorte que la tête de forage s'oriente selon l'angle + a de la figure 3, ce qui a pour effet de dévier l'engin de forage dans la direction + Y. Inversement, si l'on alimente en fluide la canalisation 21, la tête de forage bascule vers l'angle - a de sorte que l'engin de forage s'oriente vers la direction - Y.
  • Afin d'éviter l'entrée dans le dispositif de boue de forage lors de l'écartement des plaques 6 et 7, une jupe en caoutchouc extensible 22, est disposée tout autour des deux plaques 6 et 7. De plus, des joints toriques 23, 23' sont prévus dans des zones évidées des plaques 6 et 7, ces joints étant comprimés comme représenté à la figure 4 lorsque les plaques 6 et 7 sont en contact et se dilatant comme représenté à la figure 5 lorsque les plaques 6 et 7 sont écartées l'une de l'autre.
  • Enfin, des clapets anti-retour 24 sont prévus pour permettre l'équilibrage des presisons lorsque, les deux plaques 6 et 7 étant écartées, elles sont progressivement ramenées en contact l'une avec l'autre.
  • Le dispositif ainsi décrit peut facilement être asservi à l'indication d'un inclinomètre 25 situé sur le châssis 1 (figure 1). La vitesse différentielle des outils 4 et 4' est régulée afin d'orienter l'engin de forage dans le plan X, alors que les vérins 19 sont alimentés en tout ou rien par les canalisations 21 ou 21' afin de jouer sur la verticalité dans le plan Y.

Claims (9)

1. Dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation comprenant un châssis suspendu (1) sur lequel est montée une tête de forage (3), caractérisé par le fait que ladite tête de forage est fixée sur une plaque de liaison (7) normalement en contact avec une plaque de support (6) solidaire du châssis, des moyens (19) étant prévus pour écarter dans une direction choisie la plaque de liaison de la plaque de support.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites plaques sont sensiblement horizontales.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la plaque de liaison est montée sur la plaque de support par l'intermédiaire d'au moins deux organes élastiques opposés chacun à un vérin par rapport à la direction d'orientation.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les organes élastiques comprennent un goujon (10) traversant avec jeu une des plaques et vissé dans l'autre plaque, avec interposition d'éléments compressibles (11).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que lesdits éléments compressibles comprennent un empilement de rondelles Belleville.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la compression possible des éléments compressibles est limitée par une douille engagée sur le goujon en parallèle avec ces éléments.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que le corps du vérin est fixé par un trou percé dans une des plaques dans lequel est placé un piston, ledit trou débouchant dans la face de cette plaque en vis-à-vis de l'autre plaque.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'une jupe en matériau élastique tel que du caoutchouc est disposée autour des deux plaques pour empêcher la pénétration de la boue de forage lors de l'écartement des plaques.
9. Dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation, comprenant un châssis suspendu sur lequel est montée une tête de forage, ladite tête de forage comprenant au moins une paire d'outils tournant en sens inverse de sorte que la verticalité de l'engin de perforation est assurée dans le plan de rotation des outils, par un ajustement de la différence de vitesse de rotation des outils, caractérisé par le fait que ladite tête est montée sur un organe de liaison monté pivotant par rapport à un organe de support solidaire du châssis, autour d'au moins un axe horizontal parallèle au plan de rotation des outils.
EP83402229A 1982-11-19 1983-11-18 Dispositif pour assurer la verticalité d'un engin de perforation Expired EP0109907B1 (fr)

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EP0109907A2 EP0109907A2 (fr) 1984-05-30
EP0109907A3 EP0109907A3 (en) 1984-09-19
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