FR2835014A1 - Element profile pour un equipement de forage rotatif et tige de forage comportant au moins un element profile - Google Patents
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Abstract
L'élément profilé comporte au moins une zone d'agitation et d'entraînement (3) dans laquelle l'élément profilé (2) comporte, sur sa surface externe, suivant des dispositioris sensiblement en forme d'hélices ayant pour axe l'axe de rotation (4) de la tige de forage (1), des parties en creux (5) et des parties en saillie (6) enroulées dans un sens tel qu'elles favorisent la circulation d'un fluide de forage dans le sens de la remontée dans un espace annulaire entre la tige de forage et la paroi d'un trou de forage, sous l'effet de la rotation de la tige de forage. L'angle d'inclinaison des hélices (5a, 6a) suivant lesquelles sont disposées les parties en creux (5) et les parties en saillie (6) de l'élément profilé (2) augmente dans le sens de circulation du fluide de forage, dans l'espace annulaire.
Description
tablier du volet au tube rotatif (3) par une vis dont la pointe pénètre
cet espace, L'invention concerne un élément profilé pour un équipement de forage rotatif. Dans le domaine de la recherche et de l'exploitation de gisements pétroliers, on utilise des trains de tiges de forage rotatifs constitués de tiges S et éventuellement d'autres éléments tubulaires qui sont assemblés bout à
bout, selon les besoins du forage.
De tels trains de tiges peuvent permettre en particulier de rénliser des forages déviés, c'est-à-dire des forages dont on peut faire varier l'inclinaison
par rapport à la verticale ou la direction en azimut, pendant le forage.
Dans le cas de forages déviés à grand déport comportant des tron çons horizontaux ou pratiquement horizontaux, les couples de frottement dus à la rotation de la garniture de forage peuvent atteindre des valeurs très élevées, au cours du forage. Les couples de frottement peuvent remettre en cause les équipements utilisés ou les objectifs du forage. En outre, la re montée des déblais produits par le forage est très souvent difficile, compte ten u de la séd imentation des débris produ its dans le trou de forage, en par ticulier dans la partie fortement Inclinée du trou de forage. Il siensuit un mauvais nettoyage du trou et une augmentation à la fois des coefficients de frottement des tiges du train de tiges à l'intérieur du trou de forage et des
surfaces de contact entre les tiges et les parois du trou.
Afin de diminuer le coefficient de frottement et la surface de contact entre le train de tiges et les parois du trou de forage et d'améliorer le net toyage du trou de forage et l'évacuation de débris dans le fluide de forage, on a proposé, dans la demande de brevet FR-97 03207, une tige de forage comportant au moins une zone d'appui ayant une partie centrale d'appui et deux troncons d'extrémité de part et d'autre de la zone centrale d'appui comportant sur leur surface externe au moins une rainure disposée suivant une hélice et dont la section transversale présente une partie en contre dépouille. La zone d'appui de la tige de forage qui présente un diamètre su périeur au diamètre des tronçons d'extrémité et qui peut venir en contact avec la paroi du trou de forage, assure une certaine réduction du frottement entre la tige de forage et la paroi du trou de forage. Les parties d'extrémité qui comportent des profils hydrauliques permettent d'activer la circulation du fluide de forage et de décoller les débris accrochés sur la paroi du trou de forage. On a proposé dans le FR-99 01391 un élément profilé pour un équi pement de forage rotatif présentant une forme globale de révolution et un axe dirigé suivant l'axe de rotation du forage et des parties en saillie et des parties en creux dans des directions radiales sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hélices ayant pour axe l'axe de rotation de l'équipement de forage dont les parties en saillie et les parties en creux présentent au moins une caractéristique géométrique et dimension nelle qui varie suivant la direction axiale de l'élément, sur une partie au
moins de la longueur de cet élément profilé.
De préférence, les parties en creux ou rainures disposées suivant des hélices de l'élément profilé présentent une section de passage transversale par un plan perpendiculaire à l'axe de la tige de forage décroissante dans la direction axiale et dans le sens de circulation du fluide de forage dans l'an
nulaire de forage.
De tels éléments profilés présentent des avantages certains, lorsqu'ils sont utilisés sur un train de tiges de forage utilisé dans le cas d'un forage directionnel mais, dans certains cas, il est apparu qu'il pouvait être souhaita ble d'améliorer encore l'effet d'agitation et d'entranement du fluide de forage
et des débris, dans l'annulaire de forage.
Le but de l'invention est donc de proposer un élément profilé pour un équipement de forage rotatif présentant une forme globale de révolution et un axe dirigé suivant l'axe de rotation du forage et des parties en saillie et des parties en creux dans des directions radiales perpendiculaires à l'axe sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hé lice ayant pour axe l'axe de rotation de l'équipement de forage, de manière. à produire un effet d'agitation contrôlé et d'accélération de la remontée d'un fluide de forage et de déblais dans un espace annulaire entre l'élément profi lé et la paroi du trou de forage pendant la rotation de l'équipement de forage, cet élément profilé présentant des propriétés améliorées d'agitation du fluide de forage et de débris et d'entranement du fluide de forage dans l'annulaire
de forage.
Dans ce but, I'angle d'inclinaison des hélices suivant lesquelles sont disposées les parties en saillie et les parties en creux de l'élément profilé par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de forage, augmente dans le sens de circulation axiale du fluide de forage dans l'espace annulaire, c'est-à-dire du bas vers le haut, la circulation axiale du fluide de forage étant accélérée le long des parties en saillie et des parties en creux du fait du sens de rota
tion de la tige de forage.
L'invention concerne également d'autres caractéristiques de l'élément profilé qui, combinées à des parties en saillie et en creux d'inclinaison varia ble selon l'invention, permettent d'augmenter encore l'effet d'agitation et
d'entranement du fluide de forage et des débris dans l'annulaire de forage.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemples, en se référant aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation d'une tige de forage comportant des éléments profilés suivant
l 5 I'invention.
La figure 1 est une vue en élévation latérale d'une tige de forage comportant trois éléments profilés suivant l'invention, en position de travail
dans un trou de forage.
La figure 2 est une vue développée d'un élément profilé de la tige de
forage représentée sur la figure 1.
La figure 3 est une demi-vue en coupe axiale de l'élément profilé re
présenté sur la figure 2, sous forme développée.
La figure 4A est une vue en coupe transversale selon 4-4 de la figure 2, montrant une partie de la section de l'élément profilé suivant un premier
mode de rénlisation.
La figure 4B est une vue en coupe transversale selon 4-4 de la figure 2, montrant un second mode de rénlisation d'une partie de la section trans
versale de l'élément profilé.
La figure 5A est une vue en coupe transversale suivant 5A-5A de la
figure 2 montrant un premier mode de réalisation de la section transversale.
La figure 5B est une vue en coupe suivant 5B-5B de la figure 2 mon trant la section transversale d'une partie de l'élément profilé, suivant un se
cond mode de réalisation.
La figure 6 est une vue en élévation d'une tige de forage comportant
deux éléments profilés suivant un second mode de réalisation.
La figure 7 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle d'un
élément profilé de la tige représentée sur la figure 6.
La figure 8 est une vue en coupe transversale d'une tige de forage comportant un élément profilé suivant l'invention, en position de service
dans un trou de forage.
Sur la figure l, on voit une tige de forage désignée dans son ensem ble par le repère 1 qui comporte, dans trois zones espacées suivant la direc
tion axiale de la tige, trois éléments profilés 2 suivant l'invention.
La tige de forage com porte, de man ière habituel le. à l'un e de ses ex trémités (extrémité supérieure), un raccord femelle 1a et, à son extrémité inférieure, un raccord mâle 1b constitués par des parties filetées de forme tronconique permettant d'assembler entre elles des tiges successives 1 d'un
train de forage.
Sur la figure 2, on a représenté à plus grande échelle un tronçon de la
tige constituant un élément profilé 2, sous forme développée.
Le tronçon de tige constituant l'élément profilé 2 comporte principale ment une zone 3 s'étendant sur la majeure partie de la longueur du tronçon profilé destince à assurer une agitation d'un fluide de forage autour de la tige de forage 1, à l'intérieur du trou de forage, dans l'espace annulaire 10 entre ia surface extérieure de la tige de forage et la paroi du trou de forage repré
senté sur la figure 1.
Dans la zone 3, la surface extérieure de la tige de forage de forme générale cylindrique ayant pour axe l'axe de forage 4 de la tige de forage comporte des parties en creux 5 et des parties en saillie 6 s'étendant de manière continue suivant toute la longueur de la zone 3 d'agitation et de tur
bulence de l'élément profilé.
Les parties en creux 5 sont constituées sous la forme de gorges dont la section transversale peut présenter la forme représentée sur la figure 4A (premier mode de réalisation) ou sur la figure 4B (second mode de réalisa tion). s Les parties en saillie 6 présentent la forme de lames séparant deux
parties en creux ou gorges 5 successives.
Les gorges 5 et les lames 6 présentent un axe respectif 5a, 6a dispo sé suivant une hélice ayant pour axe l'axe 4 de la tige de forage enroulée dans un sens permettant de favoriser la remontée du fluide de forage dans l'annulaire 10, du fait du sens de la rotation de la tige de forage (flèche Q sur
la figure 2.
Seion l'invention, les hélices 5a et 6a présentent une inclinaison croissante dans le sens de circulation du fluide de forage dans l'annulaire de forage (flèche 7), c'est-à-dire dans le sens allant du bas vers le haut, dans la position de service de la tige de forage 1 à l'intérieur du trou de forage, par
rapport à un plan transversal perpendiculaire à l'axe 4 de la tige de forage.
Sur la figure 2, on a représenté la trace, sur le plan de la figure, d'un plan de section transversale 8 et la tangente aux hélices 5a et 6a d'une gorge 5 et d'une lame 6 de la zone d'agitation 3 de l'élément profilé. Les tangentes aux hélices 5a et 6a constituant les axes ou lignes médianes des gorges 5 et des lames 6 font avec le plan de trace 8, sur la figure 2, un angle cxy qui est l'angle d'inclinaison de l'hélice au niveau du plan de section trans versale de trace 8 ayant pour ordonnce (dans la direction de l'axe 4 de la
tige de forage) y.
Selon l'invention, cy est croissant avec y, les ordonnées des points de la tige de forage dans la direction de l'axe 4 étant croissantes de bas en haut, c'est-à-dire dans le sens 7 de circulation du fluide de forage dans l'an
nulaire 10.
En particulier, les angles d'inclinaison (Xe des hélices 5a et 6a à l'en trée de la zone 3 sont inférieurs aux angles d'inclinaison s des hélices à la
sortie de la zone 3 d'agitation et d'entranement de la tige de forage.
Comme il est visible sur la figure 4A, les gorges 5 peuvent présenter, en section transversale, une forme telle que décrite et revendiquée dans la demande de brevet franc,ais 97 03207, cette forme permettant de réaliser un écopage intense du fluide de forage dans l'annulaire 10 du trou de forage, du fait que la section de la gorge 5 présente en particulier une partie en contre-dépouille délimitée par une partie droite de la section faisant un angle p1 avec la direction perpendiculaire à l'axe 4 de la tige de forage, suivant l'arête externe de la section 5 disposée vers l'arrière de la gorge 5, en consi dérant le sens de rotation Q de la tige de forage autour de son axe de rota
tion 4 (figure 2).
s De plus, les gorges disposées suivant une hélice autour de la tige de forage assurent un entranement du fluide de forage et des débris de forage dans l'annulaire 10, vers le haut suivant la direction de la flèche 7, du fait de
la rotation de la tige de forage.
L'inclinaison croissante des hélices dans le sens allant du bas vers le haut produit un entranement à vitesse croissante du fluide de forage dans l'annulaire et un effet de balayage accru du trou de forage. On obtient de ce fait une modification du champ de vitesse à l'intérieur de l'annulaire 10, les vitesses étant modifiées en valeur absolue et en direction suivant la direction y de l'axe 4 de la tige de forage et de l'élément profilé 2. L'augmentation de I'inclinaison des hélices suivant la direction y peut être modulée en fonction
des conditions opératoires de la tige de forage.
De plus, les sections sy des gorges 5 sont décroissantes dans le sens de la flèche 7, c'est-à-dire dans le sens des ordonnées croissantes y. Les sections décroissantes sy des gorges 5 peuvent être obtenues, soit du fait que les gorges 5 ont une profondeur décroissante dans le sens des ordon nées croissantes y soit du fait qu'elles ont une largeur décroissante dans le sens des ordonnées croissantes, soit encore du fait qu'elles présentent une
profondeur et une largeur décroissantes.
Les parties en saillie 6 ou lames disposées chacune entre deux gor ges 5 successives ont, du fait de la section et de la largeur décroissante des gorges 5, une section et une largeur croissantes dans le sens des ordon nées croissantes y (ou de la circulation du fluide dans l'annulaire 10 repré
sentée par la flèche 7).
Comme il est visible sur la figure 4B, les gorges 5 peuvent présenter, en section transversale, une forme dissymétrique sans partie en contre dépouille, I'effet d'écopage et d'agitation du fluide de forage étant toutefois moins intense que dans le cas des gorges suivant le premier mode de réali
sation représenté sur la figure 4A, présentant une partie en contredépouille.
Les gorges selon le second mode de réalisation, dont l'usinage est plus fa cile, permettent cependant d'obtenir un effet d'écopage et d'agitation satis
faisant, du fait de la présence des lames 6 entre deux gorges successives 5.
Comme dans le cas du premier mode de réalisation, les gorges 5 peuvent présenter une section, une profondeur eVou une largeur décroissantes dans le sens 7 de circulation du fluide dans l'annulaire 10 (sens des ordonnées y croissantes), les lames 6 ayant corrélativement une section et une largeur croissantes. Comme il est visible sur la figure 2, I'élément profilé 2 comporte, en amont de la zone 3 d'agitation et d'entranement, en considérant le sens de circulation 7 du fluide de forage, successivement, une zone d'agitation pré alable 9, une zone de précharge hydraulique 11 et une zone de turJulence 13. Comme il est visible sur la figure 3, la zone de précharge 11 est constituée par une partie de la tige de forage ayant un diamètre 1>r sensiblement supérieur au diamètre maximal de la tige de forage 1 dans la zone d'agitation 3. La zone 11 peut être délimitée, sur la surface extérieure de la tige de forage, par une surface torique, comme représenté en particulier sur les figures 1 et 3, le diamètre maximal 1r étant alors le
diamètre de la partie médiane de la zone 11 de forme torique.
Le raccordement de la zone de précharge 11 de la tige de forage avec la zone d'agitation 3 est réalisé par l'intermédiaire de la zone 13 ou zone de turdulence dans laquelle la tige de forage présente un diamètre dé croissant, suivant une surface courbe dont la section est représentée sur la
figure 3.
La zone de précharge 11 se raccorde à la partie courante de la tige de forage, en-dessous de l'élément profilé 2, par l'intermédiaire de la zone 9 d'agitation prénlable dont le diamètre est croissant dans le sens des ordon nées y croissantes (ou sens de circulation 1 du fluide de forage dans l'annu laire 10) et dont la section longitudinale courbe est sensiblement analogue à la section longitudinale de la zone de turbulence 13, comme il est visible sur la figure 3. L'inclinaison de la partie courbe de la zone d'agitation préalable 9 par rapport à une direction parallèle à l'axe 4 de la tige de forage, au niveau de son raccordement avec la zone de précharge 11, est inférieure à l'incli naison de la partie courbe de raccordement de la zone de turbulence 11
avec la zone d'appui (angle p2 < p3) (sur la figure 3).
De part et d'autre de l'élément profilé 2, la partie courante de la tige de forage présente un diamètre nominal DN L'élément profilé 2 se raccorde également à ia partie courante de la tige de forage 1 à diamètre nominal ()DN, à son extrémité aval, par une zone d'appui 14 au niveau de laquelle la tige présente un diamètre u maximal sensiblement supérieur ou égal au diamètre <>r de la zone de précharge
amont 11 (qui peut, dans certains cas, être également une zone d'appui).
Les diamètres r et u sont sensiblement supérieurs au diamètre nominal DN de la partie courante de la tige de forage, ies zones de pré charge 11 et d'appui 14 constituant dex zones en saillie radiale, dans les
parties d'extrémité amont et aval, respectivement, de l'élément profilé 2.
Dans la zone d'agitation préalable 9 et dans la zone de précharge 11, I'élément profilé 2 comporte des parties en creux ou en saillie 16 espacoes l'une de l'autre suivant la direction circonférentieile de la tige de forage et disposées chacune suivant une hélice 16a dont l'inclinaison par rapport à un plan transversal de la tige de forage est croissante dans le sens des ordon nées croissantes y, de la même manière que les hélices 5a et 6a des gorges
et parties en saillie 5 et 6 de la zone d'agitation 3.
Lorsque les parties 16 sont des parties en creux dans la direction ra diale et constituent des gorges, leur section, leur profondeur eVou leur lar geur peuvent être constantes ou décroissantes dans le sens des ordonnées croissantes y. Lorsque les parties 16 sont des parties en saillie, leur section eVou leur largeur peuvent être constantes ou croissantes dans le sens des ordonnées croissantes y. Leur hauteur peut être décroissante dans le sens
des ordonnées y croissantes.
On obtient ainsi un effet d'entranement accru du fluide de forage
dans la zone d'agitation initiale 9 et dans la zone de précharge 11.
En outre, la présence de la surface courbe des zones 9 et 11 qui pré sente un diamètre croissant dans le sens d'écoulement du fluide produit un décollement des filets de fluide de la tige de forage, ces filets de fluide étant ensuite renvoyés suivant un écoulement turbulent, à partir de la zone de précharge 11, dans la zone de turbulence 13 o le fluide de forage constitue des tourbillons favorables pour assurer un mélange et un entranement des débris de forage par le fluide de forage qui est ensuite repris par la zone d'entranement et d'agitation principale 3. Sur la figure 5A, on a représenté la section transversale de gorges 16 disposées suivant des hélices et constituant des parties en creux de la zone d'agitation préalable 9 et de la zone de précharge 11, dans un premier mode de rénlisation. Les gorges 16 présentent généralement une profondeur et une largeur et donc une section constantes dans le sens de circulation du fluide 7 ou sens des ordonnées croissantes y. Toutefois, la largeur eVou la profondeur et donc la section des gorges 16 peuvent être également dé croissantes dans le sens des ordonnées croissantes. Les gorges 16 sont obtenues par usinage de la surface extérieure de la tige de forage, au ni veau de la surface courbe de raccordement de la partie courante de la tige
de forage avec la zone d'appui torique 11.
Sur la figure 5B, on a représenté, selon un second mode de rénlisa tion, des parties en saillie 16 constituant des nervures suivant des hélices autour de l'axe de la tige de forage. L'inclinaison des hélices suivant lesquel les sont disposoes les nervures 16 est croissante dans la direction des or données croissantes. De plus, la largeur des nervures 16 peut être décrois sante et /ou leur hauteur décroissante suivant la direction des ordonnées y croissantes, de sorte que la section transversale des zones en creux 17 en tre deux parties en saillie 16 est décroissante dans le sens des ordonnées y croissantes. On obtient ainsi des circulations transversales de fluide de fo
rage qui accroissent la turbulence et l'agitation.
La zone de précharge 11 permet de réaliser une déflection du fluide de forage vers l'extérie u r, ce q u i favo ri se la rem ontée des d ébl a is d a ns l 'an nulaire 10. De plus, la zone de précharge 11 permet, comme la zone 9, de
créer une pré-agitation du fluide de forage et des déblais avant la zone 3.
Le fluide de forage est également porté en pression (précharge) dans
la zone 11.
Une seconde zone de charge 11', analogue à la zone 11 qui a été décrite plus haut, peut être située en aval de la zone d'appui 14 (dans le sens de circulation 7 du fluide dans l'annulaire 10), afin de renforcer l'effet de remontée des déblais. Cette zone supplémentaire constitue une zone de post-charge pour le dispositif. Pour cela, on prévoit, en aval de la partie en saillie radiale 14 du dis positif de forage, une seconde partie en saillie radiale constituant des zones analogues aux zones 9 d'agitation et 11 de précharge situées en amont du dispositif. Sur les figures 2 et 3, on a également représenté une buse 18 qui est introduite et fixée dans la paroi de la tige de forage 1 de forme tubulaire,
dans la zone d'agitation et d'entranement 3.
La buse 18 peut être placée par exemple dans le fond et dans la par tie médiane d'une gorge 6 de la zone d'agitation et d'entranement 3. La buse 18 présente un premier conduit, ou canal d'entrée 18a, dans une direc tion sensiblement radiale de la tige de forage, débouchant dans l'espace : interne de la tige de forage 1 tubulaire et un second conduit 18b, ou canal de sortie, communiquant avec le canal d'entrée 1 8a ayant une direction sen siblement axiale ou légèrement inclinée vers l'extérieur de la tige de forage 1, du bas vers le haut. Le canal de sortie 18b débouche dans l'annulaire 10 à l'extérieur de la tige de forage sur une partie d'extrémité supérieure de la
buse 18 dirigée vers le haut.
Le fluide de forage circulant de haut en bas dans l'espace interne de la tige de forage 1 annulaire (flèche 7') présente une pression sensiblement supérieure à la pression du fluide de forage circulant de bas en haut dans l'annulaire de forage 10 à l'extérieur de la tige de forage (flèche 7). De ce fait, du fluide de forage est entrané à l'intérieur du canai d'entrée 18a de la buse 18 puis éjecté par le canal de sortie 18b vers le haut à l'intérieur de la gorge 5 dans laquelle est fixée la buse 18. On accrot ainsi la vitesse de cir culation et l'agitation du fluide, en utilisant une ou plusieurs buses disposées de préférence à l'intérieur d'une ou de plusieurs gorges 5 d'agitation et d'en
tranement de la zone 3 de l'élément profilé 2 de la tige de forage.
Sur la figure 6, on a représenté une tige de forage désignée de ma nière générale par le repère 1 qui comporte deux éléments profilés doubles suivant l'invention et suivant une variante de réalisation désignés par le re
père 2'.
s Comme il est visible sur ia figure 7, I'élément proflié 2' de la tige de forage 1 est réalisé sous forme double et comporte successivement, du bas vers le haut, une première zone d'agitation et d'entranement 3'a, une pre mière zone d'appui et d'activation mécanique 13'a, une seconde zone d'acti vation et d'entranement 3'b et une seconde zone d'appui et d'activation mé
canique 1 3'b.
Les zones d'activation et d'entranement 3'a et 3'b sont réalisées sui vant l'invention, c'est-à-dire qu'elles comportent des gorges 5' séparces par des lames 6' disposées suivant des hélices dont l'angle avec un plan trans versal perpendiculaire à l'axe 4 de la tige de forage est croissant dans le sens de circulation 7 du fluide de forage dans un annulaire de forage 10 à l'extérieur de la tige 1. Les largeurs et/ou les profondeurs et donc les sec tions transversales des gorges 5' peuvent être décroissantes dans le sens
de circulation 7 du fluide de forage dans l'annulaire 10, de manière à accro-
tre la turbulence et à produire un effet de palier fluide.
De plus, les zones d'agitation 3'a et 3'b sont également réalisées sous la forme de zones de déflection selon la demande de brevet français 01 05752, la surface extérieure de la tige de forage au niveau des zones d'agi tation et d'entranement 3'a et 3'b inclinée par rapport à l'axe 4 de la tige de forage présentant une ligne méridienne dans un plan axial qui s'éloigne de I'axe 4 de l'élément profilé 2 et de la tige de forage 1, dans le sens de circu lation 7 d u flu ide de forage dans l'ann u laire, c'est-à-dire dans le sens al lant de bas en haut dans la position de service de la tige de forage à l'intérieur
d'un trou de forage.
On obtient ainsi un effet d'agitation accru par le fait qu'on ajoute une composante de direction radiale à la vitesse du fluide de forage entrané par les gorges 5' et les parties en saillie 6' des zones d'agitation et d'entrane
ment 3'a et 3'b.
On a figuré sous la forme d'une flèche circulaire Q le sens de rotation de la tige de forage en service dans un trou de forage. On a représenté, de part et d'autre de l'élément profilé 2', du côté amont et du côté aval, la partie courante de la tige de forage de diamètre DN L'é l ément p rofi lé 3' prése nte, dans les zones d 'a ppu i et d 'activation mécanique 13'a et 13'b, un diamètre maximal sensiblement supérieur au diamètre ()DN Dans les zones 13'a et 13'b, la surface extérieure de l'élément profilé est usinée pour présenter deux parties successives de diamètre
maximal séparées par une partie centrale de plus faible diamètre.
Les deux parties de diamètre maximal des zones d'appui et d'activa tion mécanique 13'a et 13'b sont usinées de manière à présenter au moins une gorge hélicodale continue ayant un angle d'inclinaison faible, généra lement inférieur à 30 par rapport aux plans transversaux de la tige de fo rage perpendiculaires à l'axe 4, de sorte que les deux parties des zones d'appui et d'activation mécanique 13'a et 13'b de part et d'autre de la zone centrale sans rainure hélicodale ont une forme analogue à un élément fileté dont les filets successifs ont des formes sensiblement hélicodales. On ob tient ainsi un effet d'entranement du fluide dans la zone d'appui, lors de la rotation de la tige de forage suivant la flèche Q (effet de vis d'Archimède) et un effet de palier fluide au niveau des appuis de la tige de forage par l'inter
médiaire des zones d'appui 13'a et 13'b.
Sur la figure 8, on a représenté la section d'un élément profilé 2 d'une tige de forage 1, au niveau d'une zone d'agitation telle que la zone d'agita tion 3 dans laquelle l'élément profilé 2 comporte des gorges 5 dissymétri ques et pouvant présenter une partie en contre-dépouille assurant un parfait écopage du fluide de forage dans l'annulaire 10 à l'intérieur du trou de fo rage 20, lors de la rotation de la tige de forage dans la direction de la flèche Q. Dans l'annulaire 10, le fluide de forage entrane des débris 19 produits par le forage à l'intérieur et le long des gorges 5 de la zone d'agitation et d'entranement 3 de l'élément profiié. Lors de sa rotation à l'intérieur du trou de forage 20, la tige de forage 1 s'approche du bord du trou de forage, de sorte que l'annulaire 10 présente une largeur variable dans la direction cir
conférentielle de la tige de forage.
Sur la figure 8, on a représenté la coupe transversale de la tige de forage vue depuis le bas du forage, la circulation du fluide de foragedans l'annulaire de forage provoquant l'entranement des débris 9 se produisant dans une direction perpendiculaire au plan de coupe de la figure 8 et vers I'arrière du plan de la figure 8. La réalisation de la zone d'agitation et d'entranement 3 de l'élément profilé de la tige de forage suivant l'invention permet d'assurer un écopage et un entranement vers le haut du fluide de forage et des débris 19, de telle manière que la recirculation du fluide de forage et des débris dans l'annu laire 10 se produise de manière préférentielle, dans la zone 21 d'éloigne ment maximal de la surface extérieure de la tige de forage de la paroi du trou de forage 20 et non dans les zones 22 o l'annulaire de forage 10 ne présente pas u ne largeur maxi male. Les dispositions su ivant l'invention permettent ainsi en effet d'obtenir une répartition idéale des vitesses d'en
tranement vertical dans l'annulaire 10 autour de la tige de forage.
De même, la zone de précharge 11 permet de créer un gradient de vitesse et donc de pression dans l'écoulement du fluide de forage dans l'an nulaire 10, de manière à diriger l'écoulement préférentiellement vers la zone 21. L'élément profilé suivant l'invention permet donc d'optimiser l'agitation et l'entranement du fluide de forage et des débris de forage à l'intérieur de l'annulaire, en particulier dans le cas de forages déviés présentant des par
ties pratiquement horizontales.
L'invention ne se limite pas strictement aux modes de rénlisation qui
ont été décrits.
On peut imaginer certaines variantes de rénlisation des éléments pro filés combinant plusieurs zones d'agitation, de charge eVou précharge et d'entranement et plusieurs zones d'appui et d'activation mécanique telles
que celles qui ont été décrites.
L'invention s'applique à tout élément d'un train de tiges de forage et en particulier aux éléments de trains de tiges de forage utilisés pour le fo
rage directionnel.
Claims (9)
1.- Elément profilé pour un équipement de forage rotatif tel qu'une tige de forage (1) présentant une forme globale de révolution et un axe dirigé suivant l'axe de rotation (4) du forage et des parties en saillie (6, 6') et des parties en creux (5, 5') dans des directions radiales perpendiculaires à l'axe (4) sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hélices (5a, 6a) ayant pour axe l'axe de l'élément profilé (2), de manière à produire un effet d'agitation contrôlé et d'accélération de la remontée d'un fluide de forage et de déblais, dans un espace annulaire (10) entre l'élément profilé (2) de l'équipement de forage (1) et la paroi d'un trou de forage (20), pendant la rotation de l'équipement de forage (1), caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison (oy) des hélices (5a, 6a) suivant lesquelles sont dispo sées les parties en saillie (6, 6') et les-parties en creux (5, 5') de l'élément profilé (2), par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'élément profilé (2), augmente dans le sens de circulation axiale (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10) , c'est-à-dire du bas vers le haut dans la position de service de l'équipement de forage (1), la circulation axiale du fluide de fo rage étant accélérée le long des parties en saillie et des parties en creux, du
fait du sens de rotation de la tige de forage.
2.- Elément profilé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les parties en creux (5, 5') de l'élément profilé (2) constituées par des gorges (5, 5') présentent l'une au moins d'une largeur dans une direction circonférentielle de l'élément profilé (2) et d'une profondeur dans une direc tion radiale perpendiculaire à l'axe de l'élément profilé (2) et donc une sec tion transversale dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'élément profilé (2), décroissantes dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'es
pace annulaire (10).
3.- Elément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caractérisé par le fait qu'il comporte, de part et d'autre, dans la direction axiale, d'une zone d'agitation et d'entranement (3) dans laquelle l'élément profilé (2) présente des parties en saillie (6) et des parties en creux (5) dis posées suivant des hélices (5a, 6a), une zone de précharge (11) dans la quelle la tige de forage (1) présente une partie en saillie radiale vers l'exté rieur et une zone d'appui (14) dans laquelle la tige de forage (1) présente également une partie en sail lie radiale vers l'extérieu r et un d iamètre maxi mal supérieur au diamètre maximal de l'élément profilé dans la zone d'agita tion et d'entraînement (3) et au diamètre nominal (qDN) de la tige de forage (1) dans des parties courantes disposées de part et d'autre dans la direction
axiale de l'élément profilé (2).
4.- Elément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caractérisé par le fait qu'il comporte une seconde zone de charge (11') ou zone de post-charge analogue à la zone de précharge (11) située en aval de la zone d'appui (14), dans le sens de circulation du fluide de forage dans
l'espace annulaire (10).
5.- Elément profilé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4,
caractérisé par le fait qu'il comporte, da part et d'autre de la zone de pré charge (11) disposoe vers l'amont de la zone d'agitation et d'entraînement (3), dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annu laire (10), une zone d'agitation et d'entraînement préalable (9) située vers - I'amont et une zone de turbulence (13) située vers l'aval dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), la surface extérieure de l'élément profilé présentant un diamètre croissant dans le sens de circulation du fluide de forage dans la zone d'agitation et d'entraînement préalable (9) et un diamètre décroissant dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), dans la zone de turbulence (1 3) 6.- Elément profilé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la zone d'agitation et d'entraînement préalable (9) et dans la zone de précharge (11), I'une au moins d'une pluralité d'éléments en creux et d'éléments en saillie (16) espacés dans la direction circonférentielle de l'élément profilé, disposés suivant des hélices (16a) ayant pour axe l'axe (4) de l'élément profilé (2), dont l'angle d'inclinaison par rapport à un plan transversal perpendiculaire à l'axe (4) de l'élément profilé (2) est croissant dans le sens de circulation (7) d u flu ide de forage dans l'espace an nu laire (1 o) 7.- Elément profilé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la zone d'agitation et d'entranement préalable (9) et dans la zone de précharge (11), des parties en creux (16) constituées par des gorges usinées suivant les hélices (16a) sur la surface extérieure de I'élément profilé (2) de la tige de forage (1). 8.- Elément profilé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la zone d'agitation et d'entranement préalable (9), des parties en saillie (16) constituées par des nervures disposées suivant des hélices (16a) entre lesquelles la surface extérieure de l'élément profilé de la
tige de forage (1) est usinée pour constituer des parties en creux (17).
9.- Elément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé par le fait qu'il comporte, au moins dans une zone d'agitation et d'entrarnement (3) comportant des parties en creux (5) et des parties en sail lie (6) disposées suivant des hélices (5a, 6a), au moins une buse (18) tra versant une paroi tubulaire de l'élément profilé (2) d'une tige de forage (1) entre un espace central interne de circulation du fluide de forage dans la tige de forage et l'espace annulaire (10) extérieur à l'élément profilé (2) de la tige de forage (1) comportant un canal d'entrée (18a) de direction sensiblement radiale perpendiculaire à l'axe (4) de l'élément profilé (2) de la tige de forage débouchant dans l'espace interne de l'élément profilé de la tige de forage (1) et un canal de sortie (18b) communiquant avec le canal d'entrée (18a) et débouchant à l'extérieur de l'élément profilé de la tige de forage, dirigé dans une direction sensiblement parallèle à l'axe (4) de l'élément profilé (2) dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10),
c'est-à-dire vers le haut dans la position de service de la tige de forage (1).
10.- Elément profilé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une zone d'agitation et d'entraînement (3'a, 3'b) comportant des parties en creux (5') et des parties en saillie (6') suivant des hélices ayant pour axe l'axe (4) de l'élément profilé (2) et, dans le prolonge ment axial de l'au moins une zone d'agitation et d'entranement (3'a, 3'b), au moins une zone d'appui et d'activation mécanique (13'a, 13'b) dans laquelle la tige de forage présente un diamètre maximal et comporte, sur sa surface
externe, au moins une rainure hélicodale.
11.- Elément profilé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'au moins une zone d'appui et d'activation mécanique (13'a, 13'b) com porte, dans la direction de l'axe (4) de l'élément profilé (2') de la tige de fo rage (1)' une première partie de diamètre maximal de la tige de forage (1) usinée sur sa surface extérleure suivant au moins une rainure hélicodale sensiblement continue analogue à un filetage, une zone médiane ayant un diamètre inférieur au diamètre maximal de la tige de forage, sans rainure hélicodale et une seconde partie à diamètre maximal de la tige de forage (1) usinée sur sa surface extérieure pour présenter au moins une rainure
hélicodale sensiblement continue.
12.- Equipement de forage tel qu'une tige de forage (1) comportant au
moins un élément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 à
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