FR2562154A1 - Appareil rotatif d'obturation pour transmission d'informations par un fluide de forage - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES APPAREILS D'OBTURATION A ACTION TRANSVERSALE. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DANS LEQUEL DEUX ELECTRO-AIMANTS 28, 29 FONT TOURNER UNE OBTURATEUR 60 QUI A DES ORIFICES 62, 63 QUI PEUVENT ETRE ALIGNES SUR LES ORIFICES DE SIEGES 46, 47 PAR ROTATION. L'OUVERTURE ET LA FERMETURE PEUVENT ETRE TRES RAPIDES ET PEUVENT PERMETTRE LA CREATION D'IMPULSIONS DE PRESSION IMPORTANTES DANS UN FLUIDE DE FORAGE QUI DESCEND DANS UN TRAIN DE TIGES ET QUI REMONTE A L'EXTERIEUR DE CELUI-CI. APPLICATION A LA TRANSMISSION D'INFORMATIONS PAR LE FLUIDE DE FORAGE DANS LES FORAGES PETROLIERS.
Description
La présente invention concerne les systèmes
de transmission d'informations à distance par l'intermé-
diaire d'un fluide de forage et plus précisément un tel
système mettant en oeuvre un dispositif rotatif d'obtura-
tion pour la modulation de la pression d'un fluide de forage circulant dans un train de tiges placé dans un sondage. Les systèmes de transmission d'informations par l'intermédiaire du fluide de forage, parfois appelés systèmes à impulsions de boue, sont particulièrement bien adaptés à la transmission d'informations du fond
d'un sondage à la surface de la Terre pendant les opera-
tions de forage d'un puits de pétrole. Les informations transmises comprennent souvent - des. paramètres de pression, de température, de salinité, de direction et d'écart du sondage et des conditions du trépan, ces paramètres étant donnés à titre non limitatif. D'autres paramètres sont des données de diagraphie telles que la résistivité de diverses couches, la densité sonique, la porosité, l'induction, et les gradients de pression et de potentiel induit. Ces informations sont primordiales pour]'effica'!
cité de l'opération de forage.
Un exemple de système à impulsions de boue
du type précité est représenté dans le brevet des Etats-
Unis d'Amérique n 3 964 556. Les principes qui sont décrits nécessitent l'interruption de la circulation
des fluides de forage pour le fonctionnement du système.
D'autres systèmes ont mis en oeuvre un rétrécissement contrôlé placé dans le courant de boue qui circule et
ils sont couramment considérés comme des systèmes à impul-
sions positives. Comme le volume de boue dépasse parfois 2,3 m3/min et comme les pressions de pompage dépassent 210 bars, le rétrécissement d'un courant aussi important et à haute pression nécessite un appareil très puissant
et des sources d'énergie importantes au fonid du sondage.
En outre, ce système nécessite le déplacement de parties
d'obturateur soumises à des pressions extrêmement élevées.
2 25615
Ces conditions posent des problèmes extrêmement nombreux concernant la durabilité des éléments d'obturateur soumis à une pression élevée, à l'abrasion et à la circulation
d'un fluide.
Un autre exemple de système à impulsions de boue connu est représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 351 037. Cette technologie met en oeuvre un dispositif d'obturation placé au fond du sondage et destiné
à transmettre une partie des fluides de forage qui circu-
lent de l'intérieur du train de tiges à l'espace annulaire
délimité entre ce train de tiges et la paroi du sondage.
Les fluides de forage descendent à l'intérieur du train de tiges, sortent par le trépan et remontent vers la
surface par cet espace annulaire. Ce diagramme de circu-
lation fait apparaître une différence de pression de l'ordre de 70 à 210 bars au niveau du trépan. De manière analogue, il existe une difference de pression importante de part et d'autre de la paroi du train de tiges au-dessus du trépan. La transmission temporaire d'une partie du fluide transmis par un canal latéral au-dessus du trépan,
dans le train de tiges, provoque une réduction instantanée-
de pression et peut être détectée à la surface comme une indication de cette opération effectuée au fond du sondage. Un détecteur ou un instrument est placé au fond
du sondage afin qu'il crée un signal ou une action mécani-
que après l'apparition d'un tel événement détecté au
fond du sondage afin que cette liaison soit établie.
Le dispositif d'obturation placé au fond du sondage qui y est décrit est délimité en partie par un siège ayant une entrée et une sortie, et une tige d'obturation mobile
par rapport à l'extrémité d'entrée du siège, et se dépla-
çant de manière rectiligne avec le train de tiges.
Un problème important posé par les systèmes mettant en oeuvre des impulsions à dépression est posé par l'usure et par le remplacement des éléments, notamment parce que le débit des données est accru. Il est très souhaitable de mettre en oeuvre un tel système aussi
longtemps que possible puisque le remplacement des diffé-
rents éléments nécessite l'extraction longue et coûteuse du système d'obturation de son emplacement au fond du sondage et du train de tiges, au niveau de la tête du puits et afin que les éléments usés soient remplacés. Des systèmes connus comprenant des soupapes circulaires présentent une usure nuisible due au trajet sinueux du fluide dans la soupape. Le siège de l'obturateur s'use rapidement étant donné le débit élevé de fluide abrasif lorsque la soupape est ouverte. En outre, la réalisation de la soupape est telle que l'impulsion n'est créée que lorsqu'elle est ouverte et en conséquence le fluide s'écoule autour de la tige de l'obturateur et l'use. En outre, il est souhaitable que les mouvements d'ouverture et de fermeture des différentes parties de la soupape soient rapides afin que l'impulsion de pression soit nette et puisse être détectée convenablement à la surface. La fermeture rapide d'une soupape circulaire
crée une grande force de choc de la tête sur le siège.
Cette force use rapidement les différents éléments de la soupape lorsque des particules abrasives sont présentes
dans le courant de fluide circulant dans la soupape.
Ces particules sont projetées sur les différents éléments et détériorent les surfaces d'étanchéité. Ces forces répétées peuvent aussi provoquer une rupture de parties des différents éléments car les matériaux résistants à l'érosion sont en général fragiles et ne résistent
pas aux chocs.
Etant donné les inconvénients des réalisations comportant des soupapes circulaires, on a perfectionné
d'autres systèmes d'obturation. Un autre système à impul-
sions négatives de type connu met en oeuvre un obturateur rotatif qui comporte de nombreux éléments rotatifs. Un
moteur et un réducteur sont incorporés afin qu'ils comman-
dent la tête rotative d'obturateur qui doit venir en
face d'ouvertures de circulation. Bien que cette réalisa-
tion réduise l'usure par abrasion, la manoeuvre de l'obtu-
rateur par un moteur et un réducteur est relativement
lente et réduit la définition des impulsions de pression.
Les exemples précités illustrent certaines des considérations qui doivent être prises en compte pour l'application d'un dispositif d'obturation à action rapide à un courant de fluide à grande pression afin qu'une impulsion nette de pression y soit créée. D'autres considérations pour l'utilisation de tels systèmes dans les sondages sont les forces de choc très importantes et les grandes énergies de vibration existant dans un train de tiges mobiles. Le résultat en est une usure,
une-fatigue et une panne excessives des éléments du système.
Les difficultés particulières rencontrées dans une utilisa-
tion dans un train de tiges, notamment la nécessité d'un système évitant les défauts prématurés de fonctionnement et les remplacements précoces d'éléments, nécessitent
un système d'obturation simple et robuste.
La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 460 461, déposée le 24 janvier 1983 par la demanderesse
décrit un appareil perfectionné de transmission d'informa-
tions de mesure par des impulsions de boue. Ce document décrit un dispositif d'obturation à déplacement linéaire de. type transversal, remédiant à de nombreux inconvénients des dispositifs connus et constituant un excellent système
pour la plupart des applications de transmission d'infor-
mations par des impulsions de boue. Cependant, dans cer-
taines applications nécessitant de grandes amplitudes d'impulsions et ainsi de grands débits, le dispositif d'obturation à action linéaire transversale présente certaines restrictions. Par exemple, l'amplitude et le débit maximaux du fluide qui peuvent être obtenus avec
un tel dispositif d'obturation à action Iinéaire transver-
sale sont limités par la dimension de l'orifice qui peut être ouvert et fermé, compte tenu de paramètres donnés de puissance disponible. La force disponible- pour la manoeuvre de l'obturateur est limitée par les dimensions de l'électro-aimant à action rectiligne qui peut être logé dans un raccord placé dans un sondage. Comme la
manoeuvre du dispositif d'obturation est un perfectionne-
ment par rapport aux dispositifs connus, il est avantageux
de conserver ces avantages avec la possibilité d'utilisa-
tion d'un plus grand débit et d'une plus grande amplitude
des impulsions.
Le procédé et l'appareil selon l'invention ne présentent pas les inconvénients des dispositifs connus et concernent un système de transmission d'informations par des impulsions de boue, nouveau et perfectionné, utilisant un obturateur perfectionné à action transversale rotative.. Les avantages de la manoeuvre d'un dispositif d'obturation à action transversale sont donc conservés, et un système comprenant un électro-aimant rotatif commande un obturateur rotatif permettant l'utilisation d'orifices de grande
section. L'électro-aimant rotatif permet aussi une adapta-
tion de la variation de force exercée par l'électro-aimant afin que la force soit maximale sur la distance voulue de déplacement correspondant à la manoeuvre d'un dispositif
d'obturation permettant un débit élevé.
L'invention concerne un appareil de transmission d'informations à distance par l'intermédiaire d'un fluide de forage, comprenant un dispositif d'obturation à action transversale rotative destiné à moduler la pression du fluide de forage circulant dans un train de tiges, dans
un sondage. Plus précisément, elle concerne un tel disposi-
tif d'obturation à action transversale rotative qui comporte un boîtier placé dans le train de tiges, le boîtier ayant un passage de circulation, et un obturateur à déplacement transversal placé transversalement dans ce passage afin qu'il règle sélectivement le débit de fluide de forage qui y circule. Une première extrémité du passage est reliée à l'extérieur du train de tiges et un dispositif est destiné à faire tourner sélectivement l'obturateur afin que des impulsions de pression soient créées dans le train de tiges en fonction de l'ouverture et de la
fermeture du passage.
L'invention concerne aussi la manoeuvre d'un obturateur par un électroaimant ayant.un arbre de manoeuvre raccordé à l'obturateur afin qu'il entraîne celui-ci en rotation entre les positions d'ouverture et de fermeture, en un temps minimal. Un siège est aussi réalisé avec une configuration complémentaire de celle de l'obturateur et il est constamment repoussé au contact de celui-ci'
par une force de rappel.
L'invention concerne aussi un dispositif perfec-
tionné d'obturation destiné à un appareil de transmission d'informations d'un sondage par l'intermédiaire d'un fluide de forage, du type destiné à créer des changements
de pression dans le fluide de forage au cours d'une opéra-
tion de forage. Le fluide de forage descend dans le train de tiges et remonte par l'anneau formé entre le train de tiges et le sondage. Les perfectionnements portent sur le boîtier placé dans le train de tiges et permettant la circulation du fluide de forage autour de lui, le boîtier ayant un passage permettant une communication
sélective entre le train de tiges et l'anneau du sondage.
Un dispositif d'obturation de type transversal est monté-
dans le boîtier, transversalement au passage, et comporte un siège et un organe rotatif d'obturation ayant des
orifices alignés qui y sont formes. L'orifice de l'obtura-
teur est mobile en arc de cercle afin qu'il vienne s'aligner
axialement sur l'orifice du siège. Le dispositif de ma-
noeuvre de l'obturateur est couplé à l'obturateur afin qu'il provoque le déplacement en rotation de l'orifice de l'obturateur en arc de cercle par rapport au siège, le passage pouvant être alors ouvert et pouvant créer une impulsion de pression. Un dispositif est aussi destiné
à repousser constamment l'obturateur contre le siège.
L'obturateur est sous forme d'une plaque plane ayant au moins un orifice de dimension suffisante par rapport à l'orifice du siège pour que les bords de l'orifice de l'obturateur ne soient pas exposés à la circulation du courant abrasif de boue lorsque l'obturateur est en
position ouverte et lorsque les orifices sont alignés.
L'invention concerne aussi la réalisation des configurations des orifices de l'obturateur et du siège et du dispositif de manoeuvre de manière que les temps d'ouverture et de fermeture soient minimaux. De cette manière, le temps pendant lequel le siège est soumis
à l'usure par abrasion par le fluide de forage est minimal.
D'autres caractéristiques et avantages de l'in-
vention ressortiront mieux de la description qui va suivre
faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma représentant un sondage
et un train de tiges disposé à l'intérieur, avec le dispo-
sitif d'obturation, générateur d'impulsions de pression selon l'invention, et l'appareillage placé en surface pour la réception des données qui lui sont transmises; la figure 2 est une coupe agrandie en élévation latérale d'un dispositif d'obturation et de modulation selon un premier mode de réalisation de l'invention; les figures 3A, 3B et 3C sont des coupes de plan supérieur suivant les lignes 3A-3A, 3B-3B et 3C-2C de]a figure 2, représentant les orifices d'entrée du courant circulant dans le dispositif d'obturation, l'obturateur et les orifices de sortie du courant du dispositif d'obturation créant les impulsions de pression; la figure 4 est une coupe en élévation latérale du dispositif d'obturation et de modulation de la figure
2, représentant une autre caractéristique de sa construc-
tion; la figure 5 est une coupe. agrandie en élévation frontale d'un dispositif d'obturation et de modulation selon un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 6 est une perspective schématique d'un exemple de réalisation de dispositif d'entraînement
à électro-aimant rotatif réalisé selon l'invention.
On se réfère d'abord à la figure 1 qui représente un sondage 10 dans lequel est placé un train de tiges 11. Les éléments de ce train de tiges 11 sont représentés schématiquement et comportent des tronçons de tuyauterie 12 suspendus à une plate-forme 13 de forage fixée à la tête de puits 15. Un ensemble placé dans le sondage, à l'extrémité du train de tiges 11, comporte un trépan 17 au-dessus duquel est placé un raccord 18. Celui-ci est réalisé afin qu'il loge des instruments destinés
à détecter des paramètres à l'intérieur du sondage. Les-
informations obtenues sont transmises à la tête de puits par un système de télémesure à dispositif d'obturation
à action transversale, placé dans un raccord 16 et consti-
tuant l'objet de l'invention.
Le train de tiges 11 représenté -sur la figure 1 a aussi un. raccord 14 destiné à constituer une source d'énergie,. contiguë au sous-ensemble 16 comprenant le dispositif d'obturation à action transversale. Un raccord 19 contenant des instruments est fixé au-dessus du raccord 16 et loge un circuit électronique associé destiné à coder les informations représentatives des données détectées
avec un format qui permet ensuite l'excitation du sous-
ensemble 16 afin que les données soient appliquées au
fluide de forage et puissent être transmises à la surface.-
La boue ou le fluide de forage circule à partir d'une cuve de stockage 20 ou analogue placée à proximité de la tête de puits 15 sous la commande d'une pompe 21 qui fait descendre la boue dans l'orifice axial central du train de tiges 11 afin qu'elle sorte sous une pression élevée par le trépan 17. Lorsque la boue passe dans le trépan 17, elle subit une perte de charge importante car elle parvient dans l'espace plus important délimité
par l'anneau 22 du sondage qui entoure le train de tiges.
La boue entraîne alors les débris de la partie inférieure du sondage 10 vers la-tête de puits 15 au niveau de laquelle elle est retirée, la boue revenant à la cuve 20 par le conduit 23. On note sur la figure 1 que le dispositif 16 d'obturation comporte un passage 24 de dérivation qui est destiné à raccorder l'intérieur du trajet de circulation du fluide dans le train de tiges à l'anneau 22 du sondage. Un volume suffisant de boue peut alors être transmis par le dispositif 16 d'obturation et le
passage 24 pour que la pression de boue subisse une modula-
tion par impulsions qui est détectable à la surface.
Un transducteur 25 de pression communique ainsi avec une colonne montante 26 placée au niveau de la tête de
puits 15 afin qu'il détecte ces modulations de la pression-
de pompage et reçoive les données transmises à partir du sondage. Le signal du transducteur 25 est décodé par un circuit électronique 25a placé en surface et les signaux
traités parviennent alors à un appareillage 25b de lecture.
La figure 1 représente, près du circuit électronique
a, un exemple de format schématique de lecture analogi--
que. Dans ce format, la courbe supérieure (a, représente
les fluctuations de pression qui correspondent à la réduc-
tion oscillante normale de pression subie de part et d'autre du trépan 17. La courbe (b) représente l'effet
discernable à la surface de la pression due à la transmis-
sien de fluide par le dispositif 16 d'obturation, au fond du sondage. Une manoeuvre efficace du dispositif d'obLuration nécessite une action rapide, des débits élevés et une détérioration minimale étant donné les conditions hostiles régnant au fond du sondage. Le système de transmission d'informations par impulsions de boue mettant en oeuvre un dispositif d'obturation à action transversale rotative selon l'invention, dans une opération
de forage, est maintenant décrit plus en détail.
La figure 2 représente en coupe agrandie et en élévation latérale une dispositif. d'obturation à action
rotative selon l'invention, sous forme agrandie. Le dispo-
sitif 30 d'obturation est logé dans un boitier de forme générale cylindrique 27 dont la dimension est telle qu'il peut être disposé dans l'alésage d'une masse-tige ou
d'un raccord 16 ayant les dimensions d'une masse-tige.
Le raccord 16 est alors connecté au train de tiges 11 afin qu'il fasse partie du trajet de circulation de la boue dans le sondage. Une paire d'électro-aimants alignés axialement 28 et 29, couplés en rotation, est montée à la partie supérieure du boîtier 27. L'électro-aimant supérieur 28 a un arbre 31 de sortie couplé à un arbre
33 de sortie de l'électro-aimant inférieur 29. Un accouple-
ment souple 32 relie les arbres 31 et 33 afin qu'ils
puissent tourner en coopérant rigidement, tout en permet-
tant un déplacement axial de l'arbre, courant lors de la manoeuvre d'un électro-aimant. L'extrémité inférieure 34 de l'arbre 33 de sortie de l'électro-aimant inférieur 29 est alors couplée par un accouplement souple 35 à un arbre 36 de manoeuvre. Les électro-aimants 28 et 29 sont réalisés chacun, à l'intérieur, avec des mécanismes à came et rampe (non représentés) qui transforment le déplacement linéaire des arbres respectifs 31 et 33 en un mouvement de rotation. L'avantage d'un tel dispositif est considérable car les rampes et les cames peuvent être réalisées afin qu'elles donnent un couple élevé dans les zones de rotation des arbres qui correspondent à la résistance maximale au déplacement de l'obturateur opposée par le courant de fluide. L'angle de la rampe peut ainsi être relativement élevé dans une partie de la course afin que le couple de rotation soit élevé même
pour une force axiale faible. Ces avantages sont primor-
diaux pour le traitement de débits massiques élevés et de pressions élevées du fluide circulant dans le dispositif d'obturation, et ils ne sont pas disponibles en général
avec les systèmes d'obturation à manoeuvre rectiligne.
Comme l'indique la figure 2, l'arbre 36 de manoeuvre passe dans un chassis 37 de montage qui supporte un palier supérieur 38 et un palier inférieur 39. Les
paliers font tourillonner l'arbre 36 de manoeuvre.
Deux cavités 41 et 42 en forme de croissants opposes sont réalisées-dans les parois latérales du boîtier 27 au-dessous de l'organe 37 de montage. Les cavités 41 et 42 communiquent directement avec le fluide descendant dans la partie centrale du train de tiges 11, à l'intérieur du raccord 16 et autour du boîtier 27. Les cavités 41 et 42 1 1 sont placées au-dessus d'un organe inférieur 43 de support ayant deux orifices axialement opposés 44 et 45 placés au centre dans chacune des cavités 41 et 42. Les passages 44 et 45 sont coaxiaux à deux sièges cylindriques 46 et 47 d'obturateur. Ces sièges sont placés dans des cavités 48 et 49 ayant des épaulements et formées dans les parties
inférieures de l'organe inférieur 43 de montage.
On note sur la figure 2 que les sièges cylindri-
ques 46 et 47 ont chacun des flasques radiaux 51 qui se logent dans les parties épaulées des ouvertures 48 et 49. Le corps cylindrique des sièges 46 et 47 se loge dans une partie de plus petite diamètre de la cavité épaulée et des joints toriques assurent l'étanchéité contre les fuites de fluide. La surface cylindrique externe des sièges 46 et 47 se trouve a la paroi externe des parties épaulées 48 et 49 afin que des cavités annulaires 53 soient formées au-dessus des flasques 51 et près de ceux-ci. Un ressort hélicoldal 52 est placé dans chacune des cavités annulaires 53 et entoure la partie de corps cylindrique du siège, tout en repoussant élastiquement la partie tournée vers le bas des sièges 46 et 47 en
coopération avec l'obturateur 60 manoeuvré en rotation.
Cet obturateur 60 est allongé avec des faces supérieure et inférieure plates et une ouverture centrale par laquelle il est fixé à l'arbre 36 de manoeuvre par l'intermédiaire d'un écrou 61. L'obturateur 60 a deux ouvertures 62 et 63 qui, dans une première position d'obturateur, sont alignées axialement sur les alésages des sièges 46 et 47. Deux canaux axialement alignés 64 et 65 d'échappement sont aussi alignés sur les alésages de sièges 46 et 47 au-dessous de l'obturateur 60. Les parties inférieures des canaux 64 et 65 communiquent avec deux passages 66 et 67 d'échappement qui rejoignent un passage unique d'échappement 69. Ce dernier communique avec un canal 64 de communication qui permet la sortie du fluide dans
l'anneau 22.
On considère maintenant les figures 3A, 3B et 3C
qui représentent une série de coupes en plan supérieur du dis-
positif 30 d'obturation..La figure 3A représente la position des cavités 41 et 42 et des ouvertures 44 et 45 qui y sont formées. La figure 3B représente une première position angulaire de l'obturateur 60, avec ses orifices 62 et 63 alignés sur les sièges 46 et 47 et sur les canaux 64 et 65 d'échappement. Dans -cette configuration, le fluide s'écoule de la région 70 autour du boîtier 27
dans les cavités 41 et 42 et par les canaux 44 et 45.
Le fluide circule alors dans les sièges 46 et 47, par
les ouvertures 62 et 63 et par les canaux 64 et 65 d'éva-
cuation. Comme l'indique la figure 3C, le fluide s'écoule alors dans les passages d'échappement 66 et 67 vers le
canal 69 de sortie puis dans l'anneau 22 du sondage.
On note sur la figure 3B que, lorsque l'obturateur tourne dans sa position opposée en rotation, indiquée en trait mixte, la face supérieure plate de l'obturateur est en appui contre les extrémités 51 des flasques
des sièges 46 et 47. Ces sièges sont maintenus en coopéra-
tion étroite avec l'obturateur 60 par rappel élastique assuré par les ressorts 48 et par la pression du fluide dans l'anneau 70. Les sièges 46 et 47 sont placés sous l'extrémité supérieure des cavités épaulées 48 et 49 si bien que la pression interne exerce une force axiale
sur chaque siège et le repousse contre l'obturateur 60.
Dans cette configuration, les passages 44 et 45 sont fermés de manière étanche afin que le fluide de forage ne puisse pas circuler de l'anneau à haute pression 70, formé entre les parois du trou central du train de tiges et le boîtier 27, à l'espace annulaire 22 à plus faible pression formé entre les parois externes du train de
tiges et les parois internes du sondage 12.
On se réfère maintenant à la figure 4 qui indique comment la paire de passages 66 et 67--vient ne former qu'un seul canal 69 d'échappement. La paroi latérale du raccord 16 a une ouverture transversale 71 en face
d'un orifice transversal 73 formé dans le boîtier 27.
L'orifice 73 loge un manchon épaulé rapporté 75 qui est vissé dans l'orifice et est destiné à être retiré de la paroi du raccord 16. Des joints toriques 76 sont placés entre le manchon 75 et les orifices 71 et 73 afin qu'ils assurent l'étanchéité de l'alésage interne 70 du train de tiges par rapport à l'anneau 22, entre le train de tiges et la paroi du sondage. Comme l'indique la figure 4, une partie supérieure du boitier 27 a un orifice 81 d'accès. Celui-ci permet au fluide de l'anneau 70 de
communiquer avec deux alésages axiaux opposés et cylindri-
ques 82 et 83 o sont placês deux pistons 84 et 85 d'éoa]isa-
tion de pression. Ces pistons 84 et 85 sont munis de joints toriques 86 assurant leur étanchéité contre les parois des alésages 82 et 83. Les cavités inférieures 87 des cylindres sont remplies d'un fluide hydraulique communiquant avec des conduits 88 et 89 sous pression formés dans l'organe 43 de montage. Les conduits 88 et 89 sont reliées sous l'organe 43, à une cavité 90 de mise sous pression formée près de l'extrémité inférieure de l'arbre 36 de manoeuvre (représenté sur la figure 2) auquel est fixé l'écrou 61. Ainsi, la pression des fluides du sondage, à partir de l'anneau 22 est transmise par les pistons 84 et 85 et les cavités remplies de fluide hydraulique 87, 88 et 89 afin que les pressions appliquées de part et d'autre de l'arbre 36 soient égalisées. Cet équilibre des pressions empêche le coincement des paliers 38 et 39 sous l'action des forces axiales et réduit au minimum les forces necessaires à la rotation de l'arbre
36 et à la manoeuvre de l'obturateur 60.
Ainsi, lors du fonctionnement, la manoeuvre de l'électro-aimant 28 provoque la rotation globale de
l'électro-aimant 29, de son arbre 34 et de l'arbre 36.
Ce mouvement fait tourner l'obturateur 60 vers la position de fermeture et empêche la circulation des fluides dans
le dispositif 30 d'obturation. Le fluide peut alors circu-
ler de manière normale. La manoeuvre de l'électro-aimant 29 fait tourner l'arbre 34 dans l'autre sens. Ce mouvement fait tourner l'arbre 36 dans l'autre sens et déplace l'obturateur 60, les canaux 62 et 63 venant s'aligner axialement sur les orifices des sièges 46 et 47. Cette position permet au fluide à pression élevée de passer de l'anneau 70 formé dans la masse-tige par les canaux de sortie 66 et 67 et les canaux d'échappement 69 formés dans l'anneau 27 du sondage. Ce courant en dérivation provoqueune réduction importante et brutale de pression dans le fluide de forage. Cette chute de pression est
considérée comme une impulsion négative de pression lors-
qu'elle est reçue au niveau de la tête de puits 15.
On se réfère maintenant à la figure 5 qui repré-
sente une variante de dispositif 100 d'obturation à action
transversale rotative, ayant un seul canal de circulation.
Le dispositif 100 crée une impulsion négative de pression de la même manière que précédemment, deux électro-aimants (non représentés) étant placés dans le bottier 127 et étant fixés à un arbre 36 de manoeuvre qui peut tourner dans deux paliers 38 et 39. L'extrémité inférieure de l'arbre 36 est fixée à un obturateur 102 ayant un seul orifice 162. Le boîtier 127 a une cavité supérieure 103 communiquant avec la partie centrale de la tuyauterie et avec l'anneau 70. La cavité 103 a un orifice axial supérieur 104 dans lequel se loge un siège cylindrique unique 105 coopérant de manière étanche avec les cotés de l'alésage par un joint torique 106 et ayant un flasque inférieur 107 qui se trouve au niveau de la face supérieure de l'obturateur 102. La partie inférieure du boîtier 127 a un passage 110 d'échappement qui communique avec un canal d'échappement 112 qui passe dans le bottier 127 et permet la sortie par les parois du raccord 16 dans l'anneau 92 délimité entre le raccord et la paroi
du sondage.
Comme l'indique la figure 5, un électro-aimant rotatif est manoeuvré afin qu'il fasse tourner l'arbre
36 et qu'il déplace l'obturateur 102 alignant ainsi l'ou-
verture 162 sur l'orifice axial du siège 105 ou la désali-
gnant. Cette manoeuvre rotative assure le passage du courant de boue de la partie centrale de la masse-tige et de l'anneau 70 vers l'espace annulaire 72 avec création d'une réduction de pression. L'obturateur 102 à un seul orifice nécessite par définition un orifice plus grand 162 pour des débits analogues par rapport à la configuration à deux orifices de la figure 2. L'arbre 36 doit aussi être monté afin qu'il compense les forces déséquilibrées
produites par l'orifice unique.
La figure 6 est une perspective schématique partielle d'un dispositif d'entraînement à électro-aimant
rotatif selon un mode de réalisation de l'invention.
Un électro-aimant rotatif 199 est représenté en trait interrompu et comporte un enroulement 200 d'excitation et un arbre 201 de sortie. Ce dernier est couplé à une rampe ou une came 202 destinée à transformer le déplacement axial de l'arbre en un mouvement de rotation. L'arbre 201 est ainsi réalisé avec un toucheau 204 placé sur
la surface 206 de la rampe afin qu'il se déplace en transla-
tion. Le déplacement axial de l'arbre 201 assuré par l'électro-aimant 199 dans le sens de la flèche 207-provoque un glissement vers le bas du toucheau 204 sur la rampe 206 et la rotation dans le sens de la flèche 208. La rotation de l'arbre 201 est transmise par un accouplement
souple 35 et l'arbre inférieur 36 à l'obturateur 60.
Les ouvertures 62 et 63 sont ainsi orientées sêlectivement
en fonction de la manoeuvre de l'électro-aimant 199.
La puissance maximale de rotation de l'obturateur 60 est affectée par adaptation de la courbure de la rampe 206 à la force de sortie de l'électro-aimant par rapport à la position de l'arbre 201 suivant son axe. Par exemple,
la partie inférieure de rampe 210 est formée avec l'incli-
naison nécessaire pour que la force de rotation soit maximale pour une position particulière dans la course de l'arbre 201. En outre, la face 206 de la rampe peut être réalisée de manière qu'elle soit plus inclinée dans la partie inférieure de la course et qu'elle donne un couple élevé pour une faible force axiale appliquée par l'électro-aimant 199. Comme la force qui peut être obtenue avec l'électro-aimant 199 est plus grande, l'angle de la rampe peut être moins accentué. Une modification de l'angle de la rampe permet ainsi l'adaptation de la courbe de variation de force de l'électro-aimant. Le couple maximal est ainsi disponible pour toute la rotation de l'obturateur 60 dans le sens de la flèche 214, permettant
l'utilisation d'orifices relativement grands 62 et 63.
Les grands orifices permettent des débits élevés et des amplitudes importantes d'impulsions négatives, constituant un avantage important par rapport aux procédés et appareils connus. Lors du fonctionnement du dispositif décrit précédemment, le train de tiges représenté sur la figure 1 comporte un ou plusieurs instruments destinés à détecter différents paramètres régnant dans le sondage- ou des
évènements dans celui-ci. Quel que soit le nombre d'évène-
ments détecté, les composants du circuit transmettent un signal qui, étant donné sa position codée suivant un format de signaux indiqge l'apparition ou de la valeur d'un évènement déterminé. Ainsi, ce signal est transmis sous forme d'une impulsion électrique de durée
suffisante pour que l'électro-aimant 28 soit actionné.
Il provoque alors la rotation de l'obturateur 60 afin que les orifices 62 et 63 de l'obturateur 60 soient alignés sur les orifices des sièges 46 et 47. Le déplacement de l'obturateur est rapide si bien que le fluide de forage est rapidement évacué par les orifices alignés d'entrée et de sortie 44 et 64, et 45 et 65. 'Ce courant brutal
de fluide par les orifices de l'obturateur permet l'éva-
cuation temporaire des fluides de forage -à la pression élevée de pompage se trouvant dans le train de tige 11 vers l'anneau 22 du sondage. L'évacuation des fluides à haute pression du train de tiges 11 à l'anneau 22 à pression relativement basse provoque une réduction rapide de la pression dans la colonne de boue du train de tiges 17- 12, observable par un transducteur 25 placé dans la colonne 26 de boue, sous forme d'une impulsion négative. Lorsque l'obturateur s'est ouvert pendant une durée suffisante pour qu'une impulsion soit créée, l'électro-aimant 29 est manoeuvré afin que les induits prennent la position de fermeture de l'obturateur telle que représentée sur la figure 3B. Les enregistrements des variations de pression observées par le transducteur 25 après décodage du format par le circuit électronique 25a permet l'obtention d'une lecture directe 25b représentative de l'évenement détecté
au fond du sondage ou de la commande de l'obturateur.
Il est bien entendu que l'invention n'a eté décrite et représentée qu'à. titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir
de son cadre.
Claims (13)
1. Appareil d'obturation d'un courant de fluide destiné à un système de transmission d'informations par l'intermédiaire d'un fluide de forage placé dans un sondage, du type destiné à créer des changements de pression dans le fluide de forage au cours d'une opération de forage
avec un train de tiges, le fluide de forage descendant-
dans le train de tiges et remontant par l'anneau formé entre le train de tiges et le sondage, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: un boitier (27) placé dans le train de tiges (11) et destiné à permettre la circulation du fluide de forage autour de lui, le boîtier ayant un passage permettant la communication sélective entre le train de tiges et l'anneau du sondage, un dispositif d'obturation à action transversale (30) monté dans le boîtier, transversalement audit passage, et comprenant un siège (46, 47) et un obturateur rotatif (60) ayant des orifices alignés qui y sont formés, l'orifice de l'obturateur étant mobile en arc de cercle afin qu'il vienne s'aligner axialement sur le siège et qu'il s'écarte de cet alignement, et un dispositif de manoeuvre (28, 29) destiné à être couplé à l'obturateur et à déplacer l'orifice de l'obturateur en arc de cercle par rapport au siège afin que ledit passage soit ouvert et qu'une impulsion
de pression soit créée.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (52) destiné
à repousser constamment le siège (46, 47) contre l'obtura-
teur (60).
3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'obturateur (60) est une plaque de forme générale plane ayant au moins un orifice (62, 63) de dimension suffisante par rapport à l'orifice du siège pour que les bords de l'orifice de la plaque soient pratiquement protégés contre le courant de fluide lorsque le dispositif d'obturation est en position ouverte et lorsque les orifices
sont alignés.
4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section des orifices de l'obturateur (60) et des sièges (46, 47) est circulaire.
5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de manoeuvre d'obturateur (28)' comporte un premier électro-aimant (200) ayant un arbre qui en dépasse et qui est raccordé à l'obturateur (60) afin qu'il assure la rotation de celui-ci, et un dispositif à came (202) couplé à l'arbre et destiné à transformer
un déplacement rectiligne de l'électro-aimant en un mouve-
ment de rotation de l'arbre.
6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé
en ce que le dispositif à came (202) a une rampe d'incli-
naison variable, destinée à transformer les forces axiales non linéaires de l'électro-aimant en une force de rotation
sensiblement linéaire destinée à faire tourner l'obturateur.
7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second électro-aimant (29) couplé au premier électro-aimant (28) et un dispositif à came (202) destiné à faire tourner l'obturateur en sens opposé au sens de rotation sous l'action du premier électro-aimant.
8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier et le second électro-aimant (28, 29) sont couplés l'un à l'autre, et le premier électro-aimant
est fixé au boîtier.
9. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif à came (202) comporte une rampe
d'inclinaison variable délimitée par une fonction complé-
mentaire de la fonction représentant la variation de la force de l'électro-aimant en fonction du déplacement rectiligne de l'arbre, si bien qu'une force axiale non linéaire de l'arbre de l'électro-aimant est transformée
en un déplacement linéaire en rotation.
10. Appareil d'obturation utile dans un système de transmission d'informations par l'intermédiaire du fluide de forage placé dans un sondage, ce système étant destiné à transmettre des impulsions de données d'une première extrémité d'un train de tiges à l'autre par application d'impulsions de pression à un fluide de forage qui descend dans le train de tiges, qui s'écoule dans
l'organe de forage et qui remonte dans l'anneau délimité-
entre le train de tiges et la paroi du sondage, l'appareil étant manoeuvré sur le trajet de circulation du fluide de forage afin qu'il module le courant de fluide de forage et crée ainsi des impulsions détectables de pression dans le fluide de forage, ledit appareil-étant caractérisé en ce qu'il comprend: - un boîtier (27) placé dans le train de tiges (11) et destiné à permettre la circulation du fluide de forage autour de lui, le boîtier ayant un passage destiné à permettre une communication sélective entre le train de tiges et l'anneau du sondage, un dispositif d'obturation à action transversale (30) monté dans le bottier transversalement audit passage et comprenant un siège (46, 47) et un obturateur rotatif
(60) ayant des orifices alignés qui y sont formés, l'ori-
fice de l'obturateur étant mobile en arc-de cercle vers une position d'alignement axial sur le siège et à partir de cette position, un dispositif de manoeuvre (28, 29) destiné à être couplé à l'obturateur afin qu'il déplace en rotation l'orifice de l'obturateur en arc de cercle par rapport
au siège et ouvre ledit passage avec création d'une impul-
sion de pression, et le dispositif de manoeuvre comprend un premier électro-aimant (28) et un dispositif à came (202) qui lui est couplé afin que les forces axiales non linéaires de l'électro-aimant soient transformées en une force
-35 sensiblement linéaire de rotation de l'obturateur.
11. Appareil selon la revendication 10, caracté-
risé en ce qu'il comprend en outre un dispositif (52) destiné à repousser constamment l'obturateur (60) contre
le siège.
12. Appareil selon la revendication 10, caracté-
rise en ce que le dispositif de manoeuvre comporte en outre un second électro-aimant (29) couplé au premier, le premier électro-aimant (28) étant fixé au boîtier afin
qu'il assure unerotation par rapport à celui-ci.
13. Appareil selon la revendication 10, caracté-
risé en ce que le dispositif à came (202) comporte une rampe ayant une pente variable déterminée par une fonction complémentaire de la fonction qui représente la variation de la force de l'électro-aimant en fonction de la position linéaire de l'arbre, la force axiale non linéaire de
l'arbre de l'électro-aimant étant transformee en un mouve-
ment linéaire de rotation.
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