FR2642791A1 - Device for measuring drilling parameters - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de mesure de paramètres de forage. The present invention relates to a device for measuring drilling parameters.
ta stratigraphie précise des sols peut être déterminée par différents procédés. your precise soil stratigraphy can be determined by different methods.
L'un d'entre eux consiste à réaliser sur un même site quelques sondages carottés relativement coûteux, associés à un grand nombre de sondages destructifs par forage. Pendant la réalisation de ces derniers, un équipement électronique enregistre les paramètres du forage en fonction de la profondeur. One of them consists of carrying out a few relatively expensive core drilling on the same site, associated with a large number of destructive drilling holes. While these are being carried out, electronic equipment records the drilling parameters as a function of the depth.
Ces paramètres sont généralement la pression du fluide de forage servant à véhiculer le terrain désagrégé par l'outil, le couple de rotation et la force axiale exercée sur l'outil, sa vitesse de rotation et sa vitesse d'avancement, ainsi éventuellement que les chocs auxquels il est soumis. These parameters are generally the pressure of the drilling fluid used to convey the soil broken down by the tool, the torque and the axial force exerted on the tool, its speed of rotation and its speed of advance, as well as possibly the shocks to which it is subjected.
La vitesse d'avancement est directement déduite de la profondeur, mais les autres paramètres, à ivexception des chocs exercés sur l'outil, ne sont pas à ce jour mesurés directemement mais au travers des différentes interfaces hydrauliques de la machine de forage. En d'autres termes, ce ne sont pas les paramètres réels qui sont mesurés, mais leur valeur de commande. The forward speed is directly deduced from the depth, but the other parameters, with the exception of the shocks exerted on the tool, are not currently measured directly but through the various hydraulic interfaces of the drilling machine. In other words, it is not the actual parameters that are measured, but their control value.
Il en résulte des mesures largement dépendantes du type de machine utilisé d'une part, et surtout de son état d'entretien. This results in measurements largely dependent on the type of machine used on the one hand, and especially on its state of maintenance.
La présente invention vise à fournir un dispositif de mesure des parametres physiques réels en se dissociant des circuits hydrauliques de la machine. The present invention aims to provide a device for measuring real physical parameters by dissociating the hydraulic circuits of the machine.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure de paramètres de forage, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps d'épreuve monté à rotation dans un bottier et muni à ses deux extrémités axiales de moyens de liaison pour l'intercaler entre la tête de forage d'une machine de forage et un train de tiges de forage entraSné en rotation par ladite tête de forage, des capteurs montés sur ledit corps d'épreuve, et un collecteur tournant dont une partie est solidaire du corps d'épreuve et dont l'autre partie est solidaire du bottier, les sorties des capteurs étant reliées à la partie du collecteur solidaire du corps d'épreuve, et une prise montée sur le bottier étant reliée à la partie du collecteur solidaire de ce boîtier. To this end, the subject of the invention is a device for measuring drilling parameters, characterized in that it comprises a test body rotatably mounted in a case and provided at its two axial ends with connecting means for insert it between the drilling head of a drilling machine and a drill string driven in rotation by said drilling head, sensors mounted on said test body, and a rotating collector, a part of which is integral with the test body and the other part of which is secured to the boot, the sensor outputs being connected to the part of the collector secured to the test body, and a socket mounted on the boot being connected to the part of the collector secured to this housing.
Un tel dispositif permet par conséquent de s'affranchir des différentes imperfections des systèmes hydrauliques de la machine de forage. Such a device therefore makes it possible to overcome the various imperfections of the hydraulic systems of the drilling machine.
En outre, il peut être immédiatement -installé en bloc sur la tête de forage de n'importe quelle machine sans qu'il soit nécessaire d'adapter les circuits hydrauliques de cette dernière pour la mise en place de capteurs.In addition, it can be immediately installed in block on the drilling head of any machine without the need to adapt the hydraulic circuits of the latter for the installation of sensors.
La seule manoeuvre à effectuer consiste à brancher l'enregistreur sur la prise du dispositif.The only maneuver to be carried out is to connect the recorder to the socket on the device.
Les capteurs peuvent comprendre en particulier au moins une jauge de contrainte agencée pour mesurer la force axiale exercée sur le corps d'épreuve, et au moins une jauge de contrainte agencée pour mesurer le couple de torsion exercé sur ce corps d'épreuve. The sensors may in particular comprise at least one strain gauge arranged to measure the axial force exerted on the test body, and at least one strain gauge arranged to measure the torsional torque exerted on this test body.
Ils peuvent en outre comprendre au moins un accéléromètre agencé pour mesurer les chocs axiaux transmis au corps d'épreuve par l'outil de forage. They may also include at least one accelerometer arranged to measure the axial shocks transmitted to the test body by the drilling tool.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le corps d'épreuve comporte un conduit pour le passage d'un fluide de forage, une cavité radiale étant percée depuis l'extérieur dans le corps d'épreuve jusqu'au voisinage du conduit, au moins une jauge de contrainte étant montée au fond de la cavité pour mesurer la pression du fluide de forage. In a particular embodiment of the invention, the test body comprises a conduit for the passage of a drilling fluid, a radial cavity being drilled from the outside in the test body to the vicinity of the conduit , at least one strain gauge being mounted at the bottom of the cavity to measure the pressure of the drilling fluid.
La paroi de fond de la cavité fait ainsi office de membrane, les déformations de cette membrane permettant de mesurer la pression dans le conduit. The bottom wall of the cavity thus acts as a membrane, the deformations of this membrane making it possible to measure the pressure in the duct.
De préférence, des amplificateurs sont montés sur le corps d'épreuve entre les sorties des capteurs et la partie du collecteur solidaire de ce corps d'épreuve. Preferably, amplifiers are mounted on the test body between the outputs of the sensors and the part of the collector secured to this test body.
Ainsi, les signaux transmis au niveau du collecteur tournant ont un niveau suffisamment élevé pour les rendre à peu près insensibles aux perturbations introduites par le collecteur. Thus, the signals transmitted at the level of the rotating collector have a sufficiently high level to make them almost insensitive to the disturbances introduced by the collector.
Afin de mesurer la vitesse de rotation, on peut prévoir en outre un capteur à courant de Foucault monté sur le boîtier en vis-à-vis d'une couronne cannelée solidaire du corps d'épreuve. In order to measure the speed of rotation, it is also possible to provide an eddy current sensor mounted on the housing opposite a fluted crown secured to the test body.
On décrira maintenant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels
- la figure I est une vue d'ensemble d'une machine de forage équipée du dispositif selon l'invention, et
- la figure 2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle de ce dispositif.A particular embodiment of the invention will now be described by way of nonlimiting example with reference to the appended schematic drawings in which
FIG. I is an overall view of a drilling machine equipped with the device according to the invention, and
- Figure 2 is an axial sectional view on a larger scale of this device.
La machine I de la figure I comporte une tête de forage 2 assurant de fanon connue l'entratnement en rotation du train de tiges 3 et l'injection du fluide de forage dans ces tiges. Un outil de forage 4 est monté à la partie inférieure du train de tiges 3. The machine I of FIG. I comprises a drilling head 2 ensuring, with known dewlap, the rotational drive of the drill string 3 and the injection of the drilling fluid into these rods. A drilling tool 4 is mounted on the lower part of the drill string 3.
La tête de forage 2 est reliée à un dispositif de mesure de la profondeur du forage et de la vitesse d'avance par un câble 5 passant sur une poulie de renvoi 6. The drilling head 2 is connected to a device for measuring the depth of the drilling and the speed of advance by a cable 5 passing over a return pulley 6.
Entre la tête de forage 2 et le train de tiges 3, est intercalé un dispositif de mesure 7 relié par un câble non représenté à un appareil enregistreur de paramètres 8. Between the drilling head 2 and the drill string 3, there is interposed a measuring device 7 connected by a cable not shown to a parameter recording device 8.
Le dispositif 7 sera maintenant décrit -en référence à la figure 2. The device 7 will now be described with reference to FIG. 2.
Ce dispositif comprend tout d'abord un corps d'épreuve cylindrique 9 comportant à sa partie supérieure un filetage femelle 10 permettant sa liaison à la tête de forage 2, éventuellement par l'intermédiaire d'un tronçon de tube intermédiaire 11 (figure I), et à sa partie inférieure un filetage mâle 12 permettant sa liaison à la tige supérieure du train de tiges 3. This device firstly comprises a cylindrical test body 9 comprising at its upper part a female thread 10 allowing its connection to the drilling head 2, possibly via a section of intermediate tube 11 (FIG. I) , and at its lower part a male thread 12 allowing its connection to the upper rod of the drill string 3.
Le corps d'épreuve 9 comporte également un conduit axial 13 pour le passage du fluide de forage de la tête de forage 2 au train de tiges 3. The test body 9 also comprises an axial duct 13 for the passage of the drilling fluid from the drilling head 2 to the drill string 3.
Ce corps d'épreuve est monté par l'intermédiaire de roulements à billes 14 dans un bottier 15 qui peut être immobilisé en rotation par tout moyen convenable par rapport à la machine de forage 1. This test body is mounted by means of ball bearings 14 in a case 15 which can be immobilized in rotation by any suitable means with respect to the drilling machine 1.
Un collecteur tournant 16 est monté entre le corps d'épreuve 9 et le bottier 15, sa partie extérieure 17a étant rendue solidaire du bottier 15 par des vis 18 et sa partie intérieure 17b étant fixée au corps d'épreuve 9 pour tourner avec celui-ci,
La partie 17a du collecteur tournant 16 est reliée par des conducteurs 19 à une prise étanche 20 permettant de relier le dispositif 7 à l'enregistreur de paramètres 8.A rotary collector 16 is mounted between the test body 9 and the case 15, its external part 17a being made integral with the case 15 by screws 18 and its internal part 17b being fixed to the test body 9 to rotate with it. this,
The part 17a of the rotary collector 16 is connected by conductors 19 to a sealed socket 20 allowing the device 7 to be connected to the parameter recorder 8.
Le corps d'épreuve 9 forme par ailleurs une couronne cannelée 21 en vis-à-vis d'un capteur à courant de Foucault 22 dont la sortie est elle-même reliée à la prise 20. Les impulsions provoquées au passage de chaque cannelure devant le capteur 22 permettent de connaitre la vitesse de rotation de l'outil. The test body 9 also forms a fluted crown 21 facing an eddy current sensor 22, the output of which is itself connected to the socket 20. The impulses caused by the passage of each flute in front the sensor 22 makes it possible to know the speed of rotation of the tool.
Des jauges de contrainte 23 à trame pelliculaire sont montées en ponts complets (soit 4 jauges par pont) et réparties sur la périphérie du corps d'épreuve. Strain gauges 23 with a film frame are mounted in complete bridges (ie 4 gauges per bridge) and distributed over the periphery of the test body.
Ces jauges 23 sont disposées de manière à mesurer la compression axiale exercée sur le corps d'épreuve 9. These gauges 23 are arranged so as to measure the axial compression exerted on the test body 9.
Les jauges 23 sont reliées à la partie 17b du collecteur tournant 16 par l'intermédiaire d'un amplificateur 24 fixé au corps d'épreuve, et d'un conducteur 25. The gauges 23 are connected to the part 17b of the rotary collector 16 via an amplifier 24 fixed to the test body, and a conductor 25.
De la même manière, des jauges de contrainte 26 sont montées sur le corps d'épreuve 9 de manière à mesurer le couple de torsion exercé sur ce corps et sont reliées à la partie 17b du collecteur tournant par l'intermédiaire d'un amplificateur 27 fixé au corps d'éprew e et d'un conducteur 28. Similarly, strain gauges 26 are mounted on the test body 9 so as to measure the torsional torque exerted on this body and are connected to the part 17b of the rotating collector via an amplifier 27 attached to the body of a crew member and a driver 28.
Par ailleurs, une cavité 29 est percée radialement dans le corps d'épreuve 9 jusqu'au voisinage du conduit 13 de manière à ne laisser qu'une faible quantité de matière formant une membrane 30 entre le fond de la cavité et le conduit. Furthermore, a cavity 29 is drilled radially in the test body 9 to the vicinity of the conduit 13 so as to leave only a small amount of material forming a membrane 30 between the bottom of the cavity and the conduit.
Un pont de jauge 31 est monté sur cette membrane 30 à l'intérieur de la cavité et est relié à la partie 17b du collecteur tournant par l'intermédiaire d'un amplificateur 32 monté dans la cavité et d'un conducteur 33. A gauge bridge 31 is mounted on this membrane 30 inside the cavity and is connected to the part 17b of the rotating collector via an amplifier 32 mounted in the cavity and a conductor 33.
Enfin, un accéléromêtre 34 est monté sur le corps d'épreuve 9, sa sortie étant reliée à la partie 17b du collecteur tournant par l'intermédiaire de conducteurs 35. Finally, an accelerometer 34 is mounted on the test body 9, its output being connected to the part 17b of the rotating collector via conductors 35.
Lorsque la tête de forage 2 entrasse le train de tiges 3 par l'intermédiaire du corps d'épreuve 9, les jauges 23 mesurent la force verticale exercée sur ce train de tiges et les jauges- 26 mesurent le couple exercé. Ces mesures, amplifiées par les amplificateurs 24 et 27, sont transmises à l'enregistreur 8 par l'intermédiaire du collecteur tournant 16 et de la prise 20. When the drilling head 2 passes through the drill string 3 via the test body 9, the gauges 23 measure the vertical force exerted on this drill string and the gauges 26 measure the torque exerted. These measurements, amplified by amplifiers 24 and 27, are transmitted to the recorder 8 via the rotary collector 16 and the socket 20.
De même, les jauges 31 mesurent, du fait de la déformation de la membrane 30, la pression du fluide de forage traversant le conduit 13, cette mesure étant amplifiée par l'amplificateur 32 et transmise à l'enregistreur 8 par l'intermédiaire également du collecteur tournant 16 et de la prise 20. Likewise, the gauges 31 measure, due to the deformation of the membrane 30, the pressure of the drilling fluid passing through the conduit 13, this measurement being amplified by the amplifier 32 and transmitted to the recorder 8 also through of the rotary manifold 16 and of the socket 20.
Il en est de même de la mesure d'accélération effectuée par l'accéléromètre 34, cette mesure caractérisant les chocs transmis en réaction par le terrain à l'outil 4 lors du forage. The same applies to the acceleration measurement carried out by the accelerometer 34, this measurement characterizing the shocks transmitted in reaction by the ground to the tool 4 during drilling.
Diverses variantes et modifications peuvent bien entendu être apportées à la description qui précède sans sortir pour autant du cadre ni de l'esprit de l'invention. Various variants and modifications can of course be made to the above description without departing from the scope or the spirit of the invention.
Claims (7)
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