FR2514402A1 - Ancre d'outil de fond de puits auto-motrice et cartouche utilisable comme source d'energie pour celle-ci - Google Patents

Abstract

CE DISPOSITIF D'ANCRAGE D'OUTIL CONCU POUR ETRE POSE AVEC L'OUTIL EN UNE SEULE MANOEUVRE COMPORTE UN MANDRIN INTERIEUR 20 ENTOURE D'UN MANDRIN EXTERIEUR 44 PORTANT CHACUN UN CONE D'EXPANSION 34, 40 ET DES COINS 38 PORTES PAR UN CARTER 50 QUI ENTOURE LES CONES, LES COINS ETANT SOLIDAIRES EN ROTATION DES CONES MAIS POUVANT ETRE ECARTES PAR CEUX-CI EN APPUI CONTRE LE TUBAGE C DU PUITS. L'INTERIEUR CREUX 28 DU MANDRIN INTERIEUR EST RELIE PAR UN PASSAGE 22 FORME DANS SA PAROI LATERALE A UNE CHAMBRE EXTERIEURE FORMEE ENTRE LES DEUX MANDRINS DE FACON QUE LE FLUIDE CONTENU DANS LE MANDRIN INTERIEUR, LORSQU'IL EST COMPRIME PAR LA COMBUSTION D'UNE CARTOUCHE MISE A FEU MECANIQUEMENT PAR UN DECLENCHEUR 110 LORSQUE CE DERNIER HEURTE LE FOND DU PUITS OU ANALOGUE, S'ECOULE PAR LE PASSAGE POUR AGIR SUR UN PISTON FORME SUR LE MANDRIN EXTERIEUR ET L'ACTIONNER.

Description

L'invention se rapporte à un appareil mécanique auto-

moteur ou autonome actionné par une pression de fluide pour ancrer un outil de fond de puits préalablement fixé au train de tiges au tubage du puits de forage au moyen d'une unique manoeuvre de descente dans le puits de forage. L'invention concerne un dispositif d'ancrage auquel un

outil de fond de puits,tel qu'un ensemble de sifflet de dé-

viation et de trépan pour tubage, peut être préalablement fixé et avec lequel il peut être porté et descendu, comme un ensemble unitaire,en étant assemblé à un train de tiges de forage, au moyen d'une unique manoeuvre de descente en vue d'être fixé à un tubage de puits de forage, cela à diverses fins, telles que le changement de direction ou déviation du

puits de forage.

En particulier, le dispositif d'ancrage est du type dans lequel des moyens de mise à feu mécaniques allument une cartouche autonome de matière engendrant une pression de fluide La pression de fluide agit contre un piston, un

fluide et un autre piston pour cisailler une goupille, dé-

placer un mandrin à section décroissante et déplacer radia-

lement des coins en appui d'accrochage contre la paroi laté-

rale du tubage du puits de forage ou du puits de forage lui-

même. Jusqu'à présent des outils de fond de puits de divers types ont été ancrés à un tubage de puits,après un certain nombre de manoeuvres de descenteet remontée dans le puits,

au moyen de coins radialement extensibles actionnés par di-

vers dispositifs engendrant une pression de fluide autonomes.

La pression de fluide est habituellement engendrée par allu-

mage d'une matière combustible de l'un quelconque de divers types,tels que notamment des explosifs et des ingrédients qui réagissent chimiquement pour produire une pression de

fluide d'une grandeur suffisante pour actionner le disposi-

tif On connait déjà divers moyens pour allumer ou mélanger

les matières et notamment des charges explosives électrique-

ment et mécaniquement allumées, des balles et autres projec-

tiles.

L'ancre de la demanderesse diffère de celles de la tech-

nique antérieure en ce qu'elle permet la fixation préalable,

à ladite ancre,de l'outil de fond de puits afin qu'il suf-

fise d'une unique manoeuvre de descente du train de tiges de forage dans le puits pour fixer l'ensemble du dispositif au tubage En outre, un mécanisme de mise à feu mécanique

pré-chargé comporte un pied déclencheur qui vient énergique-

ment en appui contre le fond du puits de forage ou contre le bouchon qui y est contenu et qui,sous l'action du poids de l'ensemble qui lui est appliqué,cisaille des goupilles et libère un marteau pré-chargé Le marteau heurte et propulse un percuteur dans l'allumeur d'une cartouche de matière combustible qui brûle pour engendrer la pression de fluide

et écarter radialement les coins d'ancrage en contact d'ac-

crochage avec le tubage.

La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'ancrage d'outil de puits de forage actionnable par une

pression de fluide auto-moteur qui comprend un mandrin cy-

lindrique intérieur contenant intérieurement un fluide et

un-piston Le mandrin intérieur comporte des ouvertures ra-

diales dans sa paroi latérale et il est muni d'un capuchon d'extrémité agencé pour pouvoir être préalablement fixé à l'extrémité inférieure correspondante d'un outil de puits de forage, tel qu'un sifflet de déviation, agencé à son

extrémité supérieure opposée de façon à pouvoir être préala-

blement fixé, de préférence, à un trépan de forage fixé à un train de tiges de façon que le dispositif d'ancrage et l'outil de-puits de forage puissent être portés et descendus

simultanément dans un tubage de puits de forage A l'extré-

mité inférieure du mandrin intérieur est fixé un cône d'ex-

pansion de coins inférieur à section transversale extérieure conique claveté à et en appui contre la partie inférieure à section transversale intérieure conique de plusieurs coins extérieurement dentés radialement extensibles Un ensemble

de tube d'expansion extérieur supérieur et de piston s'éten-

dant autour du mandrin intérieur auquel il est joint par une goupille de cisaillement est muni d'un cône d'extrémité

de mandrin inférieur à section transversale extérieure co-

nique en appui contre et adapté à des parties supérieures à section transversale intérieure conique des coins qui

sont sollicités élastiquement vers l'intérieur.

Un carter de coins fendu,fixé par une goupille de ci- saillement au tube d'expansion supérieur, maintient les coins, montés radialement mobiles dans les fentes, dans des

positions axiales et angulairement espacées prédéterminées.

Une bague à rochet fendue,radialement extensible,munie

de dents internes, axialement mobile avec le tube d'expan-

sion supérieur, est prévue pour réaliser un engagement de verrouillage coopérant avec des dents extérieures formées sur le mandrin intérieur Une source d'énergie autonome qui comprend une cartouche de matière combustible et un allumeur

et est conçue pour engendrer une pression de fluide est re-

tenue à l'intérieur d'une partie supérieure d'un carter de source d'énergie motrice fixé à l'extrémité inférieure du

cône d'expansion inférieur Des moyens de mise à feu méca-

niques qui comprennent un percuteur et un dispositif de dé-

clenchement à marteau préchargé sont logés à l'intérieur d'un carter de moyens de mise à feu et maintenus dans une

position armée par une ou plusieurs goupilles de cisaille-

ment. Un déclencheur comprenant un pied agencé de façon à pouvoir venir reposer sur le fond du puits de forage ou sur un bouchon situé dans le puits est en appui contre un

ressort de déclenchement qui est en contact avec le marteau.

Le déplacement vers le bas de l'ensemble par rapport au dis-

positif déclencheur provoque le cisaillement de'la goupille et la libération du marteau à ressort qui frappe et propulse _

le percuteur dans l'amorce pour allumer la matière combus-

tible. La matière brûle et engendre une pression de fluide ou de gaz qui agit contre un piston et un fluide lequel agit

entre le mandrin intérieur et le mandrin extérieur et le se-

cond piston pour cisailler des goupilles et permettre le dé-

placement axial du mandrin extérieur et des coins par rapport

au cône d'expansion inférieur et cisailler une autre gou-

pille qui permet au tube d'expansion supérieur et au cône à rochet de se déplacer vers le bas, de S 'écarter

et de verrouiller les coins contre la paroi du tubage.

D'autes caractéristiques de l'invention apparaîtront à

la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du

dessin annexé dans lequel: la Fig 1 est une vue,en élévation et en partie en coupe,de-la partie supérieure et centrale du dispositif d'ancrage situé à l'intérieur d'un tubage de puits de forage et fixée à son extrémité supérieure à l'extrémité inférieure

correspondante d'un outil de fond de puits à sifflet de dé-

viation pour réaliser une déviation dans le puits de forage; la Fig 1 A est une vue, en partie en élévation et en

partie en coupe, de la partie inférieure restante du dispo-.

sitif d'ancrage en appui contre le fond du puits de forage

ou contre un bouchon situé dans le tubage du puits de fo-

rage;

la Fig 2 est une vue,en partie en élévation et en par-

tie en coupe,du dispositif d'ancrage après qu'il a été ac-

tionné et est en appui d'accrochage contre le tubage du puits de forage; la Fig 3 est une vue en coupe de la cartouche autonome de matière génératrice de pression de fluide; et

la Fig 4 est une vue de la partie supérieure du sif-

flet de la Fig 1 préalablement assemblé à un trépan de fo-

rage pour porter l'ensemble du dispositif.

Sur les Fig 1 et 1 A auxquelles on se référera, on a représenté un dispositif d'ancrage auto-moteur 10 ayant un capuchon d'extrémité ou partie d'extrémité supérieure 12

assemblé par un axe P de chape à la partie d'extrémité infé-

rieure correspondante, introduite dans ledit capuchon, d'un

outil T de fond de puits L'outil T est, de préférence, pré-

alablement fixé, comme représenté sur la Fig 4, par un bou-

lon de cisaillement à un trépan de forage D fixé à l'extré-

mité d'un train de tiges porteur DS d'une manière semblable

à celle représentée dans le brevet des EUA N O 3 908 759.

Cependant, il pourrait être agencé de façon à pouvoir être directement prélablement fixé au train de tiges Ainsi, le train de tiges porte le trépan; l'outil de fond de puits et l'ensemble d'ancrage qui y est attaché pour permettre la descente et la fixation au tubage C du puits de forage en

une seule manoeuvre.

Dans le présent exemple, l'outil T de fond de puits dont la partie supérieure est représentée sur la Fig 4 et dont la partie inférieure est représentée sur la Fig 1 est un sifflet de déviation W utilisé d'une manière bien connue pour faire dévier le puits de forage en perçant tout d'abord

une ouverture dans le tubage C avec le trépan pilote D re-

présenté guidé par la face inclinée orientée du sifflet W. Cependant, il est évident que d'autres outils de fond de puits,tels que des perforateurs, des garnitures de puits, des carottiers latéraux et de nombreux autres dispositifs

peuvent être agencés pour être fixés au dispositif d'an-

crage de l'invention.

Le capuchon d'extrémité 12 comporte un alésage central

14, obturé par un bouchon de tige amovible 16,dans sa par-

tie d'extrémité inférieure extérieurement filetée qui est assemblée à l'extrémité supérieure intérieurement filetée

d'un mandrin cylindrique ou tubulaire intérieur 20 qui s'é-

tend axialement-vers le bas jusqu'à une extrémité ouverte inférieure dudit mandrin Une soupape de décharge RV du type à bille élastiquement sollicitée est raccordée à l'alésage 14 du capuchon d'extrémité pour évacuer la pression lorsque celle-ci dépasse un niveau critique, hors du dispositif Le mandrin intérieur 20 comporte une partie de paroi latérale supérieure munie d'un ou de plusieurs passages 22 à fluide _ qui la traversent transversalement, une partie intermédiaire munie de dents de rochet d'accrochage extérieures 24, une

partie inférieure extérieurement filetée et une chambre in-

terne 28 Un piston 30 qui comporte des joints et rainures d'étanchéité annulaires est retenu dans la chambre 28, par une butée annulaire ou jonc élastique 32, de manière à être en appui coulissant contre la paroi latérale du mandrin et

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obture l'extrémité inférieure ouverte de la chambre qui contient un fluide F au-dessous du piston Le fluide F est contenu dans la chambre 28 entre le piston 30 et le bouchon 16 monté dans le capuchon d'extrémité 12 et il passe par les ouvertures 22 dans un espace annulaire clos

qui entoure l'extérieur du mandrin intérieur 20.

Sur l'extrémité inférieure du mandrin intérieur 20 est fixé ou vissé un organe d'expansion de coins conique ou cône

inférieur 34 intérieurement fileté et obturé Au cône infé-

rieur 34 sont fixées des rainures de clavette et des cla-

vettes 36 régulièrement angulairement espacées chacune agen-

cée pour venir en appui de guidage coopérant contre une par-

tie d'extrémité inférieure à section conique de coins d'ac-

crochage 38 radialement extensibles qui comportent des sur-

faces intérieures coniques, des rainures de clavette corres-

pondantes et des dents ou crans d'accrochage extérieurs Les clavettes et les rainures de clavette empêchent une rotation relative mais permettent un mouvement axial entre les coins

et les cônes Chaque coin 38 comporte des surfaces inté-.

rieures supérieure et inférieure dont les sections transver-

sales décroissent dans des directions opposées,-maintenues élastiquement en appui de coopération contre des surfaces extérieures correspondantes dont les sections transversales décroissent de la même manière dans des directions opposées des cônes d'expansion supérieur et inférieur 34 et 40 Le cône d'expansion supérieur 40 peut faire partie intégrante de la partie d'extrémité inférieure d'un piston tubulaire

annulaire extérieur ou ensemble de mandrin et piston exté-

rieur cylindrique 44 mais il y est,de préférence,fixé par

des organes de fixation ou vis représentés Le mandrin ex-

térieur 44 comporte une surface de piston annulaire in-

terne adjacente aux passages 22 à fluide et il est monté cou-

lissant sur et en appui étanche contre la partie d'extrémi-

té supérieure du mandrin intérieur 20 à laquelle il est fixé

par au moins une mais, de préférence, plusieurs vis de ci-

saillement 46.

Un carter à coins tubulaire ou manchon 50 muni d'ouver-

-4402

tures ou fenêtres angulairement espacées dans sa paroi laté-

rale pour assurer le déplacement initial et la retenue des coins 38 dans des positions angulairement espacées est fixé par une ou plusieurs vis ou goupilles de cisaillement 52 au cône supérieur 40 Le carter 50 s'étend vers le bas jusqu'à sa partie d'extrémité inférieure située adjacente à un canal

ou évidement extérieur formé dans chaque coin 38 Des gou-

pilles, goujons ou saillies 54 angulairement espacés fixés au carter 50 s'étendent vers l'intérieur dans le canal Des moyens élastiques,tels que des ressorts de compression 56,

encastrés dans chacun des coins 38 et montés sur les gou-

pilles 54 sont disposés entre le carter 50 et les coins 38

pour maintenir élastiquement les coins rétractés et en con-

tact coopérant avec les surfaces coniques des cônes 34 et 40.

Entre une partie dentée intermédiaire du mandrin inté-

rieur et le cône supérieur 40 sont disposés des moyens 60 à

rochet servant-à verrouiller les cônes et à empêcher un mou-

vement axial de rétraction des cônes 34 et 40 en éloignement

des coins 38 radialement écartés.

Les moyens à rochet comprennent des dents de rochet externes coopérantes formées sur la partie intermédiaire du mandrin intérieur et des dents de rochet internes coopérantes formées sur une bague à rochet fendue élastique radialement

extensible ou cliquet annulaire 62 -

La bague fendue ou cliquet élastique 62 est situé à l'intérieur d'une rainure annulaire interne et entre des

épaulements en vis à vis du cône supérieur 40 et de l'en-

semble de mandrin et piston extérieur 44 qui y est fixé Par -

conséquent, le mouvement axial relatif entre les mandrins extérieur et intérieur 44 et 20 dans un sens déplace le cli- _

quet 62 et provoque le coulissement des côtés supérieurs in-

clinés des dents de rochet internes coopérants sur les dents de rochet externes du mandrin intérieur 20 Simultanément,

à cette opération, la bague 62 s'élargit radialement suffi-

samment pour dégager et faire avancer ses dents de rochet internes de façon qu'elles puissent ensuite se contracter

en appui de verrouillage coopérant avec le bord radial infé-

rieur rectiligne ou o 6 té inférieur opposé d'autres dents

externes du mandrin intérieur 20.

Une fois contracté, la bague ou cliquet annulaire fen-

du 62 empêche un mouvement relatif inverse entre les man-

drins, cônes et coins 38 et maintient de ce fait l'appui d'ancrage entre les coins écartés 38 et la paroi latérale du tubage C. Des moyens formant source d'énergie motrice autonome ou dispositif 70 sont utilisés, ces moyens comprenant un carter

72 vissé et verrouillé sur l'extrémité intérieurement file-

tée du cône d'expansion inférieure 34 monté sur le mandrin intérieur 20 Le carter 72 de cartouche comporte, disposée

adjacente à l'extrémité inférieure de la chambre 28 du man-

drin intérieur 20,une chambre interne close allongée qui

contient une boite autonome PS de matière combustible géné-

ratrice de pression de gaz ou de fluide.

La boîte comprend, comme représenté sur la Fig 3, un

étui ou enveloppe S dans l'ensemble creux, en-métal, en ma-

tière plastique, en papier ou en matière fibreuse ayant une extrémité ou orifice de sortie ouvert situé à l'opposé d'une tête à rebord ou épaulée H venue de matière ou séparée et fixée à l'extrémité opposée de l'étui S. Un rebord ou épaulement annulaire F venu de matière s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la tête H pour venir en appui contre l'extrémité inférieure opposée du

carter 72 et des moyens de retenue de cartouche adjacents pré-

vus dans le mécanisme 80 de mise à feu Un alésage central formé dans la tête H contient une amorce ou allumeur I de

construction classique appropriée sous la forme d'une car-

touche ou capsule à percussion centrale montée à force dans l'alésage central La capsule I contient une petite charge

d'une matière d'allumage en poudre pyrotechnique pour allu-

mer simultanément la charge annulaire extérieure principale

de matière M propulsive et génératrice de pression de fluide.

La matière propulsive M est, de préférence, un type de matière combustible qui brûle à un taux bien plus lent que ne le font les matières explosives classiques Une matière génératrice de pression à combustion lente appropriée est

avantageusement un mélange de nitrate de strontium, de per-

chlorate de potassium et d'oxyamide de polybutadiène Un mé-

lange semblable mais à combustion plus rapide peut être uti-

lisé en tant que matière d'allumage d'amorçage. Des moyens de mise à feu actionnés mécaniquement sont utilisés pour frapper la capsule d'amorçage ou d'allumage et allumer la charge M Les moyens de mise à feu comprennent

un mécanisme de mise à feu préchargé 80 pré-assemblé à l'in-

térieur d'un corps ou carter extérieur 82 de mécanisme de

mise à feu vissé sous forme d'un ensemble unitaire sur l'ex-

trémité extérieurement filetée du carter 72 de la cartouche

ou source d'énergie motrice.

Dans la partie supérieure du boîtier extérieur 82 sont contenus des moyens de percussion qui comprennent un carter 84 de percuteur et un carter ou bague retenue de guidage de percuteur attenant 86 qui comporte un alésage central dans lequel est inséré un guide 88 de percuteur qui est retenu

par un jonc élastique extensible interne.

Une extrémité de percussion supérieure ou avant d'un percuteur 90 est montée coulissante et de manière étanche dans une rainure ou alésage de guidage central de l'organe de guidage 88 et est agencée pour pouvoir frapper la capsule

d'allumage I qui en est adjacente Le percuteur 90 est nor-

malement élastiquement sollicité en éloignement de la cap-

sule d'allumage I et en appui contre une bague d'arrêt ou

de retenue par des moyens élastiques, tels qu'unfaible res-

sort de compression 92 qui s'étend autour d'une partie in-

termédiaire du percuteur 90 à l'intérieur d'un alésage cen-

tral du carter 84 Le ressort 92 s'étend axialement entre un_ épaulement interne du carter 84 et un épaulement ou rebord annulaire formé à l'extrémité opposée du percuteur 90 et il n'applique qu'une faible force suffisante pour maintenir le percuteur dans la position représentée en appui contre la

butée d'arrêt à l'encontre de l'action de la pression ex-

terne.

Des moyens à marteau de percuteur sont disposés adja-

cents et attenants à l'extrémité inférieure du carter 84 de

percuteur, ces moyens comprenant un carter 96 de déclen-

cheur ou marteau dans un alésage central duquel est monté

coulissant un déclencheur ou marteau préchargé 98 Le mar-

teau 98 est retenu dans une position armée par un ressort de compression précomprimé 100 en appui contre lui et par

la résistance opposée par un ou de plusieurs vis ou gou-

pilles de cisaillement 101 qui font saillie à travers la pa-

roi latérale du carter 96 et sont en appui d'arrêt contre une surface latérale ou épaulement en retrait formé dans le côté du marteau 98 Le ressort de compression précomprimé

ou préchargé 100 est disposé dans l'alésage interne d'un man-

chon de déclencheur en forme générale de cuvette et/ou car-

ter ou cuvette 102 à ressort monté à l'intérieur du carter

ou boîtier 96 de marteau.

Le ressort 100 est comprimé entre l'extrémité inférieure

ou fond annulaire du boîtier de ressort et/ou manchon déclen-

cheur 102 et un épaulement ou surface annulaire évidé adja-

cent à l'extrémité de guidage inférieure saillante opposée

du marteau 98 entre lesquels il s'étend axialement.

L'extrémité inférieure du carter de ressort ou manchon

déclencheur 102 est maintenue en appui contre un fond annu-

laire externe biseauté coopérant du carter 96 de marteau par le ressort 100 tandis que son extrémité supérieure opposée est agencée de façon à être en appui contre le marteau 98 destiné à frapper et propulser le percuteur dans la capsule d'amorce-allumeur I. Des moyens de déclenchement mécaniques sont prévus et sont fixés à l'extrémité inférieure du dispositif d'ancrage

pour appliquer une force axiale suffisante au manchon dé-

clencheur et/ou carter de ressort 102 et au marteau 98 pour cisailler la vis 101 et libérer le marteau 98 chargé par ressort.

Le dispositif déclencheur comporte un capuchon d'extré-

mité 106 vissé sur l'extrémité extérieurement filetée du corps ou carter 82 de mise à feu du mécanisme 80 de mise à feu Un plongeur ou tige de déclenchement 108 vissé sur un 1 1

pied ou tête de déclenchement élargi 110 est monté cou-

lissant dans un alésage central à diamètres étagés formé dans le capuchon d'extrémité 106, alésage dans lequel il

est retenu par la butée d'un jonc d'arrêt ou bague de re-

tenue contre un épaulement annulaire formé dans le capuchon

d'extrémité 106 L'extrémité supérieure de la tige de dé-

clenchement 108 est agencée de façon à pouvoir venir éner-

giquement en appui contre la partie inférieure du manchon

déclencheur 102 et le pied 110 est conçu pour venir en ap-

pui contre le fond du puits de forage ou contre un bouchon

P placé dans le puits de forage.

On comprendra plus clairement l'actionnement et le

fonctionnement du dispositif d'ancrage en mettant en corré-

lation la description qui va suivre avec les Fig 1, 1 A et

2 des dessins et en comparant la position déclenchée, dé-

placée et ancrée dés éléments du dispositif actionné repré-

sentée sur la Fig 2 à la Position initiale préchargée, non déclenchée, non ancrée représentée sur les Fig 1 et 1 A On décrira le fonctionnement du dispositif d'ancrage 10 en se référant à la mise en place d'un outil T de puits de forage qui, à titre de simple exemple, est un sifflet de déviation W habituellement utilisé pour faire dévier la course du

puits de forage à un certain point.

Le sifflet de déviation classique est habituellement conçu,comme représenté sur la Fig 4,pour être préalablement

fixé à son extrémité supérieure au moyen d'un boulon de ci-

saillement à l'extrémité pilote inférieure d'un trépan de forage D fixé à un train de tiges DS qui le porte et la partie d'extrémité inférieure de l'outil peut évidemment

être modifiée, si nécessaire, et agencée de manière à pou-

voir être préalablement assemblée à l'extrémité supérieure du dispositif d'ancrage au moyen d'un axe P de chape ou de toute autre manière appropriée Une fois que le fond du puits de forage ou le sommet du bouchon P qui y est placé a été établi au-dessous du point de départ de la déviation du puits de forage, on descend dans le puits de forage un train de tiges auquel ont été préalablement fixés le trépan, le sifflet de déviation et le dispositif d'ancrage jusqu'à ce

qu'ils soient portés par le train de tiges légèrement au-

dessus du fond du puits ou du sommet du bouchon P ou en lé-

ger appui à frottement sous une charge partielle contre le fond ou sommet.

* Par conséquent, la pleine charge du poids de l'assem-

blage du dispositif d'ancrage 10, du trépan déviateur et du train de tiges n'est pas descendue jusqu'au fond du puits ou bouchon P ni portée par lui L'azimut et l'orientation de la surface inclinée du sifflet déviateur sont contrôlés

par des moyens connus et, si nécessaire, on déplace le sif-

flet en rotation pour qu'elle soit orientée dans la bonne direction. Une fois le sifflet orienté, on relâche le train de tiges de sorte que la totalité du poids de l'assemblage est appliquée au bouchon P qui lui résiste et contre lequel le

pied déclencheur 110 vient en appui Par conséquent, la -

force totale dirigée vers le bas du poids plus important du reste de l'assemblage par rapport à une colonne pleine mobile formée par le marteau 98, le manchon déclencheur 102, le plongeur déclencheur 108 en appui les uns contre les

autres et qui sont tous portés par le fond ou par le bou-

chon P provoque le déplacement du carter 96 de marteau et le cisaillement par ce carter de la goupille de cisaillement

101.

A la suite du cisaillement de la goupille 101 l'énergie emmagasinée dans le ressort préchargé 100 est libérée et elle propulse le marteau 98 vers le haut en butée contre le percuteur 90 Le coup appliqué par le marteau surmonte la légère résistance opposée par le ressort de rappel 92 et propulse le percuteur et son extrémité supérieure dans la capsule d'amorce-allumeur I contenue dans la tête H de la cartouche source d'énergie motrice La capsule de poudre d'amorçage ou d'allumage mécanique brûle produisant une flamme qui allume la matière propulsive ou génératrice de pression à combustion plus lente adjacente La combustion de la matière propulsive engendre une pression de fluide ou de gaz dans l'extrémité inférieure de la chambre Cl qui agit contre le piston 30 lequel met le fluide hydraulique F sous pression. La pression de fluide agissant à travers les passages 22 et entre les surfaces différentielles du mandrin intérieur

et du piston interne de l'ensemble de mandrin et de pis-

ton extérieur 44 cisaille la ou les vis 46 pour libérer et déplacer les cônes supérieur et inférieur 34 et 40 l'un par

rapport à l'autre et écarter les coins 38 en appui d'accro-

chage permanent contre le tubage C. Le déplacement relatif initial vers le bas du mandrin

extérieur 44 entralne avec lui la bague ou cliquet de ver-

rouillage 62 à rochet fixé au cône supérieur 40, le carter

des coins et les coins 38 qui y sont engagés.

Les coins 38 se déplacent vers le bas sur le cône infé-

rieur 34 et radialement vers l'extérieur en ferme appui d'ac-

crochage contre la paroi intérieure du tubage C suffisamment pour provoquer une élévation de la pression suffisante pour cisailler les visde cisaillement 52 entre le cône supérieur 40 et le carter 50 des coins La libération du cône supérieur

a pour résultat un nouveau déplacement vers le bas du pis-

ton du mandrin extérieur 44 et du cliquet de verrouillage 62 et, par conséquent, un déplacement radial vers l'extérieur

des coins 38.

Jusqu'à ce qu'elle soit dissipée, la pression de fluide

agit pour déplacer les cônes 34 et 40 et pour maintenir l'ap-

plication d'une pression à ces cônes et écarter les coins 38, et le cliquet de verrouillage 62 verrouille les cônes et les coins en place à l'encontre d'un mouvement de desserrage en sens inverse Le clapet de décharge RV est réglé à une

pression de fluide supérieure à celle nécessaire pour action-

ner le dispositif et il évacue la pression de fluide en excès et

empêche, de ce fait, que le dispositif puisse être endommagé.

Ainsi, le dispositif d'ancrage et l'outil T de fond de

puits ou le sifflet de déviation W qui y est fixé sont an-

crés de manière permanente dans la direction pré-orientée désirée à l'encontre de tout mouvement axial et également de rotation du fait que les cônes sont en contact avec les

coins d'ancrage auxquels ils sont clavetés Ensuite, le tré-

pan D à tubage et le train de tiges DS sont séparés du sif-

flet de déviation d'une manière bien connue quelconque, par exemple, en appliquant un poids etune force suffisants pour

cisailler le boulon de cisaillement servant à la fixation.

On descend alors le trépan de forage D en appui de guidage

contre la surface inclinée du sifflet afin de forer à tra-

vers le tubage C et finalement changer la direction du puits de forage de la manière connue Une fois qu'une fenêtre a été formée dans le tubage, le trépan D est remplacé par un dispositif ou ensemble de forage approprié quelconque pour

forer le puits de forage dévié.

Les vis ou goupilles de cisaillement sont conçues de façon à se cisailler sous des charges et dans la séquence

prédéterminée décrite.

Etant donné que de nombreux modes de réalisation et mo-

difications de l'invention sont possibles, il est bien en-

tendu que l'invention doit être considérée comme couvrant tous les modes de réalisation, modifications et équivalents

qui entrent dans le cadre des revendications annexées.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits auto-

moteur ( 10) susceptible d'être préalablement fixé à un ou-

til (T) de fond de puits agencé de manière à pouvoir être fixé à des moyens supports (DS) de façon à pouvoir être descendu avec lui, comme un ensemble unitaire, en une seule manoeuvre, dans un puits de forage, et actionné par

sa venue en butée contre un fond du puits ou contre un bou-

chon (P) situé dans le puits et sous l'action de leur poids qui lui est appliqué en direction du fond ou bouchon afin de s'accrocher à la paroi latérale du puits de forage, ce dispositif d'ancrage étant caractérisé en ce qu'il comprend:

un mandrin intérieur ( 20) ayant une partie d'extrémité fer-

mée ( 12, 16) munie de moyens de fixation, une paroi latérale s'étendant autour d'une chambre interne ( 28) obturée par la partie d'extrémité fermée et s'étendant axialement jusqu'à une extrémité ouverte opposée du mandrin intérieur, au moins un passage ( 22) à -fluide étant formé dans la paroi latérale du mandrin intérieur, des dents de rochet ( 24) formées sur

une partie latérale extérieure intermédiaire de la paroi la-

térale du mandrin intérieur et un cône d'expansion inférieur ( 34) dont la section transversale va en s'accroissant vers

l'extérieur et vers le bas et qui s'étend autour d'une par-

tie d'extrémité inférieure du mandrin intérieur; un ensemble de mandrin et de piston extérieur ( 44) s'étendant autour du

mandrin intérieur et agencé de manière à être en appui cou-

lissant étanche contre une surface extérieure du mandrin intérieur auquel il est initialement assemblé par des moyens

cisaillables ( 46), ce mandrin extérieur comprenant une sur-

face de piston interne s'étendant autour du mandrin inté-

rieur en un emplacement adjacent au passage ( 22) à fluide et

un cône supérieur ( 40) disposé adjacent à une partie d'extré-

mité inférieure du mandrin extérieur et dont la section transversale va en diminuant vers le bas et vers l'intérieur en direction de la paroi latérale du mandrin intérieur qu'il

entoure; plusieurs coins d'accrochage ( 38) ayant des sur-

faces internes supérieure et inférieure inclinées angulaire-

ment espacées autour des cônes et immobilisées à l'encontre d'une rotation relative par rapport à l'un au moins des cônes et agencés de façon que les cônes puissent venir en appui contre eux et les déplacer radialement en appui d'accrochage contre la paroi du puits de forage; des moyens formant carter

( 50) de coins s'étendant autour de la partie de cône supé-

rieur ( 40) de l'ensemble de mandrin et de piston extérieur à laquelle ils sont fixés par des moyens cisaillables ( 52)

pour déplacer les coins et les maintenir angulairement espa-

cés autour des cônes supérieur et inférieur et en contact avec eux; des moyens ( 62) à rochet comportant des dents de rochet agencées de manière à venir en appui de verrouillage dans une direction avec les dents externes formées sur le mandrin intérieur et déplaçables dans une direction axiale

par le déplacement de l'ensemble de mandrin et piston exté-

rieur pour empêcher le déplacement en sens inverse et le

dégagement des cônes des coins et les coins de la paroi la-

térale; une source ( 70) d'énergie motrice adjacente à l'ex-

trémité ouverte inférieure du mandrin intérieur, cette source comprenant une matière combustible-(M) conçue pour pouvoir être allumée par une capsule d'amorce-allumeur ( 1) et fournir une source de fluide suffisante dans la chambre interne pour libérer et déplacer l'ensemble -de mandrin et

de piston extérieur, le cône supérieur et les coins par rap-

port au mandrin intérieur et au cône inférieur et repousser

à force les moyens d'accrochage radialement vers l'exté-

rieur en appui d'accrochage contre la paroi latérale du

puits de forage;-des moyens de mise à feu mécaniques pré-

chargés ( 80) portés adjacents à la source d'énergie motrice

pour frapper la capsule d'amorce-allumeur et allumer la ma-

tière combustible; et des moyens de déclenchement mécaniques ( 108, 110) disposés adjacents aux moyens de mise à feu et agencés de manière à venir en appui contre le fond du puits ou contre un bouchon monté dans le puits et à libérer les

moyens de mise à feu pré-chargés, lorsqu'une proportion pré-

déterminée suffisante du poids du dispositif d'ancrage et des moyens supports est libérée et appliquée aux moyens de

déclenchement portés par le fond ou par le bouchon.

2 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre: un piston ( 30) monté dans la chambre interne ( 28) dans une disposition adjacente à l'extrémité ouverte et en appui à coulissement étanche contre la paroi latérale du mandrin intérieur; et un fluide (F) contenu dans la chambre

interne ( 28) entre le piston et l'extrémité fermée du man-

drin intérieur et destiné à être comprimé par le déplacement

du piston en direction de l'extrémité fermée et à être re-

foulé sous pression par le passage ( 22) à fluide formé dans la paroi latérale pour agir contre l'ensemble de mandrin

et de piston extérieur ( 44) et le libérer.

3 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre: des moyens élastiques ( 56) disposés entre les moyens

formant carter ( 50) des coins et les coins ( 38) pour main-

tenir initialement les coins rétractés en appui contre les cônes ( 34, 40) et le carter; et des moyens de clavetage-( 36) entre le cône inférieur ( 34) et les coins *( 38) pour empêcher tout mouvement de rotation et permettre un mouvement axial

entre les cônes et les coins.

4 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source ( 70)

d'énergie motrice comprend un carter ( 72) de source d'éner-

gie motrice fixé à la partie de cône inférieur ( 34) du man-

drin intérieur ( 20) dans une disposition adjacente à l'ex-

trémité ouverte et comprenant une chambre interne à car-

touche s'étendant entre les extrémités opposées du carter; une cartouche autonome (PS) de matière combustible allumable contenue dans la chambre de cartouche interne et comprenant un étui extérieur (S) ouvert à une extrémité adjacente à l'extrémité ouverte du mandrin intérieur ( 20), une tête (H>

à rebord munie d'un épaulement annulaire fixée à une extré-

mité opposée de l'étui et retenue en appui contre une extré-

mité opposée du carter de cartouche par les moyens ( 80) de

mise à feu, une capsule d'amorce-allumeur centrale (I) insé-

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rée dans un alésage central de la tête pour être heurtée et allumée par les moyens de mise à feu pré-chargés lors du déclenchement de ces derniers; et une couche annulaire d'une matière propulsive combustible (M) disposée à l'intérieur de l'étuiextérieur et s'étendant jusqu'à la capsule d'amorce-

allumeur pour pouvoir être allumée par cette dernière.

Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mise

à feu mécaniques pré-chargés ( 80) comprennent: un carter ex-

térieur ( 82) de moyens de mise à feu fixé à une partie d'ex-

trémité du carter ( 72) de la source d'énergie motrice; des moyens à percuteur comprenant un percuteur m 9 bile ( 90) monté à l'intérieur du carter des moyens de mise à feu et adjacent

à la tête (H) de la cartouche pour pouvoir frapper la cap-

sule d'amorce-allumeur (I); et des moyens à marteau pré-

chargés ( 96, 98) disposés adjacents aux moyens à percuteur

pour pouvoir frapper et propulser le percuteur dans la cap-

sule d'amorce-allumeur.

6 Un dispositif d'ancrage d'outi 14 de fond de puitsselon

la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens à percu-

teur comprennent un guide ( 86, 88) de percuteur comprenant un alésage de guidage central conçu pour être en appui de guidage contre une partie du percuteur, situé dans le carter extérieur ( 82) des moyens de mise à feu et adjacent à la tête (H) de la cartouche; un carter ( 84) de percuteur adjacent au

guide de percuteur et s'étendant autour d'une partie d'extré-

mité opposée du percuteur; et des moyens élastiques ( 92) dis-

posés dans le carter ( 84) et adjacents au percuteur pour main-

tenir initialement le percuteur dans une position rétractée

éloignée de la capsule d'amorce-allumeur et qui est facile-

ment écrasé par la force de choc appliquée,par la libération

des moyens à marteau pré-chargés, au percuteur.

7 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon

la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens à mar-

teau pré-chargés comprennent:

un carter ( 96) de moyens à marteau contenu à l'inté-

rieur du carter extérieur ( 82) des moyens de mise à feu et adjacent au carter ( 84) de percuteur; un marteau prê-chargé ( 98) monté coulissant dans le carter de moyens à marteau et maintenu dans une position de mise à feu pré-chargée dans

ces moyens par l'appui du marteau contre des moyens cisail-

lables ( 101) qui s'étendent radialement à partir du carter des moyens à marteau; et des moyens élastiques pré-chargés ( 100) suffisamment comprimés contre la partie inférieure du

carter ( 102) de ressort et le marteau pré-chargé et qui lors-

qu'ils sont libérés exercent la force nécessaire pour pro-

lo pulser le marteau contre le percuteur et le percuteur dans

la capsule d'amorce-allumeur et allumer la matière combus-

tible. 8 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon

la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de dé-

clenchement ( 80) comprennent: un capuchon d'extrémité ( 106) fixé à une extrémité opposée du carter ( 82) des moyens de

mise à feu, un plongeur ( 108) monté coulissant dans le capu-

chon d'extrémité ayant-une partie d'extrémité adaptée pour venir en appui contre les moyens à marteau pré-chargés et les libérer; et un pied ( 110) situé à une extrémité opposée du plongeur afin de pouvoir venir en appui contre le fond

de puits de forage ou le bouchon (P) monté dans le puits.

9 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une soupape de décharge (RV) pour décharger l'excès de pression de fluide engendré par la matière combustible,

hors de la chambre interne ( 28).

Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en

outre: un sifflet de déviation (W) ayant une partie d'extré-

mité inférieure fixée aux moyens d'assemblage prévus à la partie d'extrémité fermée du mandrin intérieur ( 20), une

partie d'extrémité supérieure opposée à la partie d'extré-

mité inférieure, et une face inclinée s'étendant entre les parties d'extrémité supérieure et inférieure; et un trépan de forage (D) fixé par des moyens cisaillables à la partie d'extrémité supérieure du sifflet de déviation et adapté pour être fixé aux moyens supports de façon que le dispositif

d'ancrage ( 10), le sifflet de déviation et le trépan de fo-

rage qui y sont fixés puissent être descendus simultanément dans le puits de forage comme un ensemble unitaire et venir en appui d'actionnement contre le fond du puits ou le bouchon.

11 Un dispositif d'ancrage d'outil de fond de puits auto-

moteur( 10) conçu pour être fixé à des moyens supports (DS) afin de pouvoir être descendu dans un puits de forage et être actionné par sa venue en appui contre un fond fixe du puits de forage ou contre un bouchon (P) fixe situé dans le puits de forage et sous l'action de leur poids qui lui est

appliqué en direction de ce fond ou bouchon afin de s'accro-

cher à une paroi latérale du puits de forage, caractérisé en ce qu'il comprend: un mandrin intérieur ( 20) qui comprend une partie d'extrémité supérieure fermée ( 12, 16) munie de moyens d'accouplement, une paroi latérale s'étendant autour d'une chambre interne ( 28) à partir de l'extrémité supérieure fermée jusqu'à une extrémité ouverte opposée, des dents de rochet externes ( 24) formées sur une partie extérieure de la paroi latérale, un passage radial ( 22) s'étendant à travers la la paroi latérale, et une partie de cône ( 34) s'étendant autour d'une partie de la paroi latérale; un ensemble de mandrin et

de piston extérieur ( 44) s'étendant autour du mandrin inté-

rieur,relié par des moyens cisaillables ( 46) au mandrin in-

térieur et agencé de façon à pouvoir coulisser de manière

étanche sur ce dernier après sa libération, le mandrin exté-

rieur ayant une paroi latérale extérieure comprenant une par-

tie de piston interne s'étendant autour du mandrin intérieur en un emplacement adjacent au passage radial ( 22) formé dans

la paroi latérale de ce dernier, une partie de cône ( 40) mo-

bile avec le mandrin extérieur par rapport à l'ensemble de mandrin intérieur et de cône qui en est axialement espacé, des moyens à rochet unidirectionnels ( 62) comprenant des dents de rochet internes en prise coopérante avec les dents

de rochet externes formées sur le mandrin intérieur et mo-

biles dans une unique direction par rapport au mandrin inté-

rieur; une série de coins ( 38) angulairement espacés autour des cônes ( 34, 40) axialement espacés et retenus adjacents

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à ces derniers et non rotatifs par rapport à eux de façon à pouvoir être radialement déplacés par eux; une source ( 70) d'énergie motrice disposée adjacente à l'extrémité ouverte de la chambre et du mandrin intérieurconçue pour engendrer dans la chambre ( 28) une pression de fluide suffisante pour traverser le passage radial et agir sur le piston interne afin de libérer le mandrin extérieur, le cône et les moyens à rochet et les déplacer par rapport au mandrin intérieur, au cône et aux dents de rochet externes;des moyens de mise

à feu pré-chargés ( 80) adjacents à la source d'énergie mo-

trice conçus, lors de leur libération, pour actionner la source d'énergie motrice et engendrer une pression de fluide; et des moyens de déclenchement adjacents aux moyens de mise à feu et conçus pour venir en appui contre un fond fixe du puits de forage ou un bouchon (P) situé dans le puits et qui, à la suite de la descente du dispositif d'ancrage et des moyens supports, provoquent le déplacement d'une plus

grande partie de leur poids par rapport aux moyens de dé-

clenchement et la libération des moyens de mise à feu pré-

chargés pour actionner le dispositif d'ancrage.

12 Une cartouche source d'énergie motrice indépendante conçue pourêtre insérée dans un dispositif d'ancrage de fond

de puits afin d'engendrer une pression de fluide et action-

ner le dispositif, cette cartouche étant caractérisée en ce qu'elle comporte: un étui (S) ouvert à une extrémité, une tête (H) a rebord comportant un alésage central disposée à l'extrémité opposée de l'étui; une capsule d'amorce-allumeur (I) insérée dans l'alésage central; et une couche annulaire de matière combustible (M) contenue à l'intérieur de l'étui

et s'étendant axialement à partir d'un emplacement adjacent -

à l'alésage central et à la capsule d'amorce-allumeur qui y

est contenue.