FR2836179A1

FR2836179A1 - Elargisseur/stabilisateur extensible

Info

Publication number: FR2836179A1
Application number: FR0301965A
Authority: FR
Inventors: Charles H Dewey; Wei Xu
Original assignee: Smith International Inc
Current assignee: Smith International Inc
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: GB2417267B; GB0609714D0; GB2417267A; NO20090885L; US20030155155A1; CA2668911A1; CA2417318C; NO328343B1; GB2423547B; CA2668910A1; NO20030757D0; NO20090890L; CA2557923C; GB2423546B; GB0302983D0; GB2385344B; GB2385344A; GB0609717D0; FR2836179B1; CA2557923A1

Abstract

Un outil de forage (500) est décrit qui fonctionne comme un élargisseur, ou alternativement, comme un stabilisateur dans un trou de forage agrandi. Un mode de réalisation de l'outil (500) comprend un ou plusieurs bras mobile (s) (520) disposé (s) à l'intérieur d'un corps (510) traversé par un trou d'écoulement (508) en communication de fluide avec l'anneau de puits. L'outil (500) transite entre les positions repliée et déployée en réponse à une pression de fluide différentielle entre le trou d'écoulement (508) et l'anneau de puits. Dans un premier mode de réalisation, l'outil (500) se déplace automatiquement en réponse à une pression différentielle. Dans un second mode de réalisation, l'outil (500) doit être sélectivement actionné avant qu'il ne soit mobile. Lorsque l'outil se déploie, les bras (520) sont, de préférence, transférés axialement, vers le haut, tandis qu'ils se déploient simultanément radialement vers l'extérieur à partir du corps (510). Le diamètre de l'outil (500) déployé est réglable en surface sans changer de composants. Les bras (520) peuvent comporter des patins d'engagement (522, 524, 526) dans le trou de forage qui comprennent des organes coupants (700) ou des structures d'usure (800), ou les deux, en fonction de l'utilisation de l'outil (500).

Description

ladite glissière.

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ELARGISSEUR/STABILISATEUR EXTENSIBLE POUR TROU DE FORAGE

ARRIERE-P LAN DE L ' INVENTI ON

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte, de façon générale, à des élargisseurs utilisés pour agrandir un trou de forage audessous d'un rétrécissement afin d'obtenir un trou de forage qui soit plus large que l'étranglement. La présente invention se rapporte également, de façon générale, à des stabilisateurs utilisés pour commander la trajectoire d'un trépan pendant le processus de forage. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à tm outil extensible qui peut fonctionner comme un élargisseur ou qui peut, en variante, fonctionner comme un stabilisateur dans une partie alésée d'un trou de forage. De façon-'encore plus particulière, la présente invention se rapporte à un outil extensible comportant des bras qui se déploient

lorsqu'un piston est exposé à une circulation de fluide à travers le puits de forage.

Description de la technique concernée

Dans le forage des puits de pétrole et de gaz, des rames de tubage concentrique sont mises en place et cimentées dans le trou de forage lorsque le forage progresse vers des profondeurs croissantes. Chaque nouvelle rame de tubage est supportée à l'intérieur de la rame de tubage précédemment mise en place, limitant ainsi]a surface annulaire disponible pour l'opération de cimentation. De plus, lorsque des rames de tutage de diamètre de plus en plus petit sont suspendues, la section de passage destinée à la production du pétrole et du gaz est réduite. En conséquence, pour augmenter l'espace annulaire destiné à l'opération de cimentation, et afin d'augmenter la section de passage de production, il est souvent souhaitable d'agrandir le trou de forage au- de s sous de l'extrémité terminale du trou de forage tubé aup aravant. En agrandissant le trou de forage, une section annulaire plus grande est fournie pour installer et cimenter ultérieurement une rame de tubage plus grande que cela n'aurait été possible autrement. En conséquence, en agrandissant le trou de forage au-dessous du trou de forage déjà tubé, le bas de la formation peut être atteint avec un tubage de diamètre comparativement plus grand, fournissant, de ce fait, une section de passage

plus grande pour la production du pétrole et du gaz.

Divers procédés ont été envisagés pour faire passer un dispositif de forage

dans un trou de forage déjà tubé et agrandir le trou de forage au-dessous du tubage.

L'un de ces procédés consiste à utiliser wn élargisseur, lequel présente fondamentalement deux états de fonctionnement: un état fermé ou replié, dans lequel le diamètre de l'outil est suffisamment petit pour permettre à l'outil de passer à travers le trou de forage tubé déjà existant et un état ouvert ou partiellement déployé dans lequel un ou plusieurs organes coupants, situés sur ses extrémités, se déploient à partir du corps de l'outil. Dans cette dernière position, l'élargisseur agrandit le

diamètre du trou de forage lorsque l'outil tourne et descend dans le trou de forage.

Un aléseur de "type forage" est utilisé, de façon typique, avec un trépan pilote placé au-dessous ou en aval de l'élargisseur. Le trépan pilote peut creuser le trou de

forage en même temps que l'aléseur agrandit le trou de forage formé par le trépan.

Les élargi sseurs de ce typ e comportent des bras articul é s pré sent ant, fixés à eux, d es organes coupants coniques à rouleaux. La plupart des élargisseurs de l'art antérieur utilisent des bras de coupe à bascule qui pivotent au niveau d'une extrémité opposée à l'extrémité de coupe des bras de coupe, et les bras de coupe sont actionnés par des forces mécaniques ou hydrauliques agissant sur les bras afin de les déployer ou de les replier. On trouve des exemples typiques de ces types d'élargisseurs dans les Brevets des Etats-Unis 3 224 507:3 425 500 et 4 055 226. Dans certains concepts, ces bras pivotants ont tendance à se casser pendant le forage et doivent étre retirés ou "repéchés" hors du trou de sondage avant que l'opération de forage ne puisse se poursuivre. Le dispositif d'alésage conventionnel comporte, de façon typique, des évidements à fond plein d'organes coupants rotatifs formés dans le corps servant à loger les bras repliés et les organes coupants coniques à rouleaux lorsque l'outil se trouve dans un état fermé. Les évidements à fond plein constituent de grandes cavités dans le corps de l'aléseur souterrain, ce qui requiert le retrait du métal structural formant le corps, compromettant de ce fait la résistance et la capacité hydraulique de l'aléseur. En conséquence, ces élargisseurs de l'art antérieur ne peuvent pas creuser sous terre des formations rocheuses plus dures ou peuvent présenter des vitesses de pénétration réduites de façon inacceptable, et ils ne sont pas optimisés pour les vitesses de circulation de fluide requises. Les évidements à fond plein tendent également à se remplir de déLlais provenant de l'opération de forage, ce qui entrave le repli des bras. Si les bras ne se replient pas complètement, la rame de forage peut facilement se bloquer dans le trou de forage lorsqu'on tente de retirer la rame du trou

de forage.

Les élargisseurs conventionnels présentent plusieurs inconvénients, incluant des structures de coupe qui sont typiquement constituées de sections de trépans plutôt que d'être spécifiquement conçus pour la fonction d'élargissement. En conséquence, les structures de coupe de la plupart des élargisseurs ne creusent pas de façon fiable le trou de forage au diamètre souhaité. Un autre inconvénient est que le réglage du diamètre développé d'un élargisseur conventionnel requiert le remplacement des bras de coupe par des bras plus grands ou plus petits, ou le remplacement d'autres lO composants de l'outil d'alésage. Il peut méme étre nécessaire de remplacer l'élargisseur par un autre qui fournit un diamètre développé différent. Un autre inconvénient est que de nombreux aléseurs sont conçus pour se déployer de façon automatique lorsqu'un fluide de forage est pompé à travers la rame de forage et aucune indication n'est fournie en surface qui indique que l'aléseur se trouve dans la position de l 5 complète extension. Dans certaines applications, il peut étre souhaitable pour

l'opérateur de commander le moment o l' élargisseur se déploie.

En conséquence, il serait avantageux de fournir un élargisseur qui soit plus solide que les élargisseurs de l'art antérieur, possédant une capacité hydraulique qui soit optimisée pour l'environnement de forage à débit élevé. Il serait également avantageux que cet aléseur présente plusieurs caractéristiques de conception, à savoir des structures de coupe conçues pour la fonction d'élargissement, des mécanismes pour régler le diamètre développé sans exiger des changements de composants, et la capacité de fournir une indication en surface lorsque l'élargisseur se trouve dans la position d'extension totale. En outre' en présence de pression hydraulique dans la rame de forage, il serait avantageux de fournir un élargisseur qui puisse se déployer sélectivement. Un autre procédé pour agrandir un trou de forage situé au-dessous d'une section de trou de forage déjà tubée consiste à utiliser un aléseur à lames derrière un trépan conventionnel. Dans un tel montage, un trépan pilote conventionnel est disposé à l'extrémité la plus basse du dispositif de forage, un aléseur à lames étant disposé à une certaine distance à l'arrière du trépan. L'aléseur à lames comprend, de façon générale, un corps tubulaire comportant une ou plusieurs lames ou "ailes" s'étendant longitudinalement, s'avançant de façon radiale vers l'extérieur à partir du corps tubulaire. Une fois que l'aléseur à lames a traversé toutes les parties tubées du trou de forage, le trépan pilote tourne autour de la ligne centrale de l'axe de forage pour creuser un trou de forage plus profond sur la partie centrale de la trajectoire souhaitée du trajet du puits, tandis que l'aléseur à lames excentré suit le trépan pilote

et s'engage dans la formation pour élargir le trou de forage pilote au diamètre souhaité.

Un autre procédé encore pour élargir le trou de forage au-dessous d'une section de trou de forage déjà tubée consiste à utiliser un trépan à deux centres, lequel est une structure de forage en une seule pièce qui fournit une combinaison d'un élargisseur et d'un trépan pilote. Le trépan pilote est disposé sur l'extrémité la plus basse du dispositif de forage et le foret de l'aléseur excentré est disposé légèrement au-dessus du trépan pilote. Une fois que le trépan à deux centres a traversé toutes les parties cuvelées du trou de forage, le trépan pilote tourne autour de la ligne centrale de l'axe de forage et creuse un trou de forage pilote sur la partie centrale de la trajectoire souhaitée du traiet du puits, tandis que le trépan de l'aléseur excentré suit le trépan pilote et s'engage dans la formation pour élargir le trou de forage pilote au diamètre souhaité. Le diamètre du trépan pilote est rendu aussi grand que possible à des fins de stabilité, tout en étant capable de traverser le trou de forage tubé. On peut trouver des exemples de trépans à deux centres dans les brevets des Etats-Unis 6 039 131 et 6 269 893. Comme cela est décrit ci-dessus, les aléseurs à lames et les trépans à deux centres comportent, chacun, des parties qui sont excentrées. Un certain nombre d'inconvénients est associé à ce concept. D'abord, avant que le forage ne puisse se poursuivre, du ciment et un équipement flotteur se trouvant au fond de la rame de cuvelage la plus basse doivent être retirés. Cependant, le diamètre de passage du dispositif de forage au niveau de la partie d'aléseur excentrée s'ajuste à peine à l'intérieur de la rame de cuvelage la plus basse. Par conséquent, un forage décentré est requis pour retirer le ciment et l'équipement flotteur afin d'assurer que les parties d'aléseur excentrées n'endommagent pas le cuvelage. En conséquence, il est souhaitable de fournir un élargisseur qui se replie lorsque le dispositif de forage se trouve dans le tutage et qui se déploie pour élargir le trou de forage déjà creusé au

diamètre souhaité, au-dessous du tubage.

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De plus, en raison des problèmes de tendance directionnelle, ces parties excentrces de l'élargisseur présentent des difficultés pour aléser de façon fiable le trou de forage au diamètre souhaité. Par rapport à un trépan à deux centres, le foret de l'élargisseur excentré tend à entraîner le trépan pilote à osciller et à se décaler du centre d'une façon indésirable, poussant ainsi le trépan pilote à l'écart de la trajectoire préférée du tracé de forage du puits. Un problème semblable est expérimenté avec les aléseurs à lames' qui alèsent seulement le trou de forage au diamètre souhaité si le trépan pilote reste au centre du trou de forage pendant un forage. En conséquence, il est souhaitable de fournir un élargisseur qui reste disposé de facon concentrique dans le trou de fora_e tout en alésant le trou de forage creusé auparavant au diamètre souhaité. Dans les opérations de forage, il est classique dutiliser un outil connu sous le nom de "stabilisateur". Dans les trous de forage standard, des stabilisateurs traditionnels sont placés dans le dispositif de forage derrière le trépan pour contrôler la trajectoire du trépan lorsque le forage progresse. Les stabilisateurs traditionnels commandent le forage suivant une direction souhaitée. que la direction se présente le

long d'un trou de forage rectiligne ou d'un trou de forage dévié.

Dans un ensemble de forage rotatif conventionnel, un trépan peut être fixé sur un stabilisatetr inférieur, qui est disposé à 1,5 m (5 pieds) environ au-dessus du trépan. De façon typique. le stabilisateur inférieur est un stabilisateur à lame fixe qui comprend une pluralité de lames concentriques s'étendant radialement vers l'extérieur

et espacées de façon azimutale autour de la périphérie de l'enceinte du stabilisateur.

Les bords extérieurs des lames sont adaptés pour être au contact de la paroi du trou de forage tubé existant, de façon à définir le diamètre maximal de stabilisateur qui traversera le tubage. Une pluralité de colliers de forage s'étend entre le stabilisateur inférieur et les autres stabilisateurs de l'ensemble de forage. Un stabilisateur supérieur est placé, de façon typique, dans la rarne de forage, à 9,1 m-18,3 m (30-60 pieds) environ au-dessus du stabilisateur inférieur. I1 pourra également y avoir des stabilisateurs supplémentaires au-dessus du stabilisateur supérieur. Le stabilisateur supérieur peut étre, soit un stabilisateur à lame fixe, soit, plus récemment, un stabilisateur à larne réglable qui permet aux lames de se replier dans le logement lorsque le dispositif de forage passe à travers le cuvelage et de se déployer ensuite

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. dans le trou de forage inférieur. Un type de stabilisateur réglable concentrique est fabriqué par Andergauge U.S.A., Inc., Spring, Texas et est décrit dans le brevet des Etats-Unis N 4 848 490. Un autre type de stabilisateur réglable concentrique est fabri qué par H al liburton, Houston, Texas et est décrit dans le s brevets des Etats-Unis 5318137, 5318138;et5332048. En fonctionnement, si seul le stabilisateur inférieur a été fourni, un dispositif de type "à point d'appui de levier" sera présent parce que le stabilisateur inférieur agit comme un point d'appui de levier ou comme tm point pivot pour le trépan. En effet, lorsque le forage progresse dans un trou de forage dévié, par exemple, le poids des masses-tiges placées derrière le stabilisateur inférieur force le stabilisateur à s'appuyer contre le côté inférteur du trou de forage, de façon à crcer un point d'appui ou un point pivot pour le trépan. ISn conséquence, le trépan tend à étre relevé vers le haut suivant un angle, à savoir l'angle de formation. Pour cela, un second stabilisateur est prévu pour supprimer l'effet de point d'appui. En effet, lorsque le trépan crée un angle en raison de l'effet d'appui créé par le stabilisateur inférieur, le stabilisateur supérieur engage le côté inférieur du trou de forage, entranant de ce fait l'axe longitudinal du trépan à pivoter vers le bas de fa,con à diminuer langle. Un changement radial des lames du stabilisateur supérieur peut commander le pivotement du trépan sur le stabilisateur inférieur, foun1issant ainsi tm système bidimensionnel fondé orientable sur la base de la gravité en vue de contrôler à volonté l'angle de formation ou de

descente du trou de forage creusé.

Lorsqu'un élargisseur ou un aléseur à lames fonctionne à l'arrière d'un trépan conventionnel pour aléser le trou de forage, cet outil fournit le même effet de point d'appui au trépan que le stabilisateur inférieur dans un trou de forage standard. De la même manière lorsqu'on alèse un trou de forage avec un trépan à deux centres, le foret d' alé seur excentré fournit le méme effet de point d' appui que le stabilisateur inférieur dans un trou de forage standard. En conséquence, dans un dispositif de forage utilisant un élargisseur, un aléseur à lames ou un trépan à deux centres, un stabilisateur inférieur n'est pas typiquement fourni. Cependant, pour décaler l'effet de point dappui communiqué au trépan, il sera avantageux de fournir un stabilisateur supérieur capable de contrôler l'inclinaison du dispositif de forage dans la section

alésée du trou de forage.

En particulier, il sera avantageux de fournir un stabilisateur supérieur qui engage la paroi du trou de forage élargi afin de maintenir la ligne centrale du trépan pilote au centre du trou de forage. Lorsqu'elles sont utilisées avec un élargisseur excentré qui tend à forcer le trépan pilote à se décaler du centre, les lames de stabilisateur engageront, de prétérence, le côté opposé du trou de forage élargi pour

contrer cette force et maintenir le trépan pilote au centre.

BREF RESUME DES MODES PREFERES DE REALISATION

Les modes prétérés de réalisation de la présente invention caractérisent un outil extensible de fond de puits qui peut 8tre utilisé comme un élargisseur pour l0 agrandir le diamètre d'un trou de forage au-dessous d'un rétrécissement ou, en variante, qui peut être utilisé comme un stabilisateur pour contrôler les tendances directionnelles d'un dispositif de forage dans un trou de forage élargi Suivant un premier mode préDéré de réalisation, l'outil extensible comprend un corps traversé par un trou d'écoulement en communication de fluide avec l'anneau du puits de forage. L'outil alterne entre une position repliée et une position déployée en réponse à une pression de fluide différentielle. De façon plus spéciflque, l'outil est rappelé vers une position repliée et se déploie en réponse à une pression de fluide différentielle entre le trou d'écoulement et l'anneau du puits de forage. Dans la position déployée, la section de passage entre le trou d'écoulement et l'anneau du puits est plus grande que lorsque l'outil se trouve en position repliée. L'outil peut se déployer automatiquement en réponse à une pression de fluide différentielle ou peut être fabriqué de telle sorte qu'il doive être actionné sélectivement avant de se déployer

en réponse à la pression de fluide différentielle.

Suivant un mode préféré de réalisation, l'outil extensible comprend, de plus, au moins un évidement axial formé dans le corps et au moins un bras mobile. Le nombre d'évidements correspond au nombre de bras mobiles de façon que chaque bras soit logé dans un évidement correspondant lorsque l'outil est replié. De prétérence, l'outil comprend trois de ces bras qui sont rappelés vers une position repliée par un ressort. Lorsque l'outil se déploie, les bras subissent une translation axiale vers le haut, tout en se déployant simultanément de façon radiale vers l'extérieur hors du corps. De prétérence, les bras sont déplacés vers le haut par un piston et déployés vers l'extérieur le long de canaux inclinés dans le corps. Le diamètre déployé de l'outil est

réglable en surface sans requérir un changement de composants.

Les bras comprennent des patins d'engagement du trou de forage qui comportent des structures de coupe ou des structures dusure, ou les deux, selon que l'outil sera utilisé pour, à la fois, un rétro-alésage et un élargissement, pour un élargissement seulement, une stabilisation seulement ou à la fois pour un élargissement et une stabilisation. L'outil extensible comprend, de plus, des buses amovibles conçues pour diriger en continu le fiuide de refroidissement et de

nettoyage vers les structures coupantes placées sur les bras.

Ainsi, la présente invention comprend une combinaison de caractéristiques et

d'avantages qui lui permet de résoudre différents problèmes des dispositifs antérieurs.

Les différentes caractéristiques décrites ci-dessus, de méme que d'autres caractéristiques, seront facilement apparentes aux spécialistes de la technique à la

lecture de la description détaillée suivante des modes prétérés de réalisation de

l'invention, et en faisant rétérence aux dessins annexés.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Pour une description plus détaillée du mode préféré de réalisation de la

présente invention, rétérence sera faite maintenant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique, en coupe transversale, d'un exemple de dispositif de forage qui utilise un mode de réalisation de l'invention et qui comprend un trépan conventionnel creusant un trou de forage à l'intérieur d'une formation géologique, un élargisseur agrandissant le trou de forage au-dessus du trépan, et un stabilisateur placé au-dessus de l'aléseur contrôlant les tendances directionnelles du dispositif de forage dans le trou de forage alésé; La figure 2 est une vue schématique, en coupe transversale, d'un autre exemple de dispositif de forage qui utilise un mode de réalisation de l'invention et qui comprend un trépan conventionnel creusant un trou de forage à l'intérieur d'une formation géologique, un aléseur à lames élargissant le trou de forage au-dessus du trépan, et un stabilisateur au-dessus de l'aléseur à lames contrôlant les tendances directionnelles du dispositif de forage dans le trou de forage élargi; La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'encore un autre exemple de dispositif de forage qui utilise un mode de réalisation de l'invention et qui comprend un trépan à deux centres creusant et agrandissant un trou de forage à l'intérieur d'une formation et un stabilisateur placé au-dessus du trépan à deux centres contrôlant les tendances directionnelles du dispositif de forage dans le trou de forage alésé; La figure 4 est une vue en élévation et en coupe transversale d'un mode de réalisation de l'outil extensible de la présente invention, représentant les bras mobiles en position repliée; La figure 5 est une vue en élévation et en coupe transversale de l'outil extensible de la figure 4, représentant les bras mobiles en position déployée; La figure 6 est une vue en perspective d'une "base" de bras de l'outil extensible de la figure 4; La figure 7 est une vue de dessus d'un exemple de bras destiné à l'outil extensible de la figure 4 comportant un patin d'usure et des structures de coupe servant à un rétro-alésage et à un élargissement; La figure 8 est une vue latérale en élévation du bras de la figure 7; La figure 9 est une vue en perspective du bras de la figure 7; La figure 10 est une vue en perspective de la bague de commande de l'outil extensible de la figure 4; La figure 11 est une vue en élévation et en coupe transversale d'un autre mode de réalisation de l'outil extensible de la présente invention, représentant les bras mobiles en position repliée; et La figure 12 est une vue en élévation et en coupe transversale de l'autre mode

de réalisation de la figure 11, représentant les bras mobiles en position déployée.

DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES PREFERES DE REALISATION

La présente invention se rapporte à des procédés et à un dispositif d'élargissement servant à agrandir un trou de forage au-dessous d'un rétrécissement, tel qu'un tubage. En variante, la présente invention se rapporte à des procédés et à un dispositif servant à stabiliser un appareil de forage et à contrôler ainsi les tendances directionnelles du dispositif de forage à l'intérieur d'un trou de forage agrandi La présente invention est susceptible d'étre réalisé sous différentes formes. Sont représentés dans les dessins et seront décrits ici en détail l es modes spécifi qu es de

réalisation de la présente invention, étant entendu que la description doit étre

considérée comme un exemple des princip e s de l' invention et non envisagée comme

limitant l'invention au mode illustré et décrit ici.

En particulier, différents modes de réalisation de la présente invention fournissent un certain nombre de constructions différentes et de procédés de fonctionnement différents. Chacun des différents rnodes de réalisation de la présente invention peut être utilisé pour agrandir un trou de forage ou pour fournir une

stabilisation dans un trou de forage déjà agrandi, ou dans un trou de forage qui est.

simultanément, en cours d'élargissement. Les modes préférés de réalisation de l'outil extensible de la présente invention peuvent étre utilisés comme un élargisseur ou comme un stabilisateur placé à l'arrière d'un trépan à deux centres, ou comme un stabilisateur derrière un aléseur à lames ou un élargisseur placé à la suite d'un trépan conventionnel. Les modes de réalisation de la présente invention fournissent également une pluralité de procédés à utiliser dans un dispositif de forage. Il faut reconna^tre totalement que les différents enseignements des modes de réalisation décrits ici peuvent être utilisés séparément ou dans une combinaison quelconque

appropriée pour produire les résultats souhaités.

On appréciera que l'outil extensible décrit en liaison avec les figures qui suivent peut être utilisé dans de nombreux dispositifs de forage différents. Les exemples de systèmes suivants fournissent seulement quelques uns des ensembles représentatifs dans lesquels la présente invention peut être utilisée, mais ceux-ci ne devront pas être considérés comme les seuls ensembles. En particulier, les modes prétérés de réalisation de l'outil extensible de la présente invention peuvent être utilisés dans tout dispositif requérant un élargisseur extensible et/ou un stabilisateur à utiliser dans le contrôle des tendances directionnelles d'un dispositif de forage dans un

trou de forage agrandi.

Les figures 1 à 3 représentent différents exemples de dispositifs de forage dans lesquels les modes préférés de réalisation de la présente invention peuvent être utilisés. En se rapportant de façon initiale à la figure 1, une coupe d'un dispositif de forage globalement désigné par 100 est représentée opérant un forage dans le bas

d'une formation 10 avec un trépan conventionnel 110 suivi d'un élargisseur 120.

Séparé de l'élargisseur 120 par une ou plusieurs masses-tiges 130 se trouve un stabilisateur 150 qui commande les tendances directionnelles du dispositif de forage dans le trou de forage élargi 25. Cette section du dispositif de forage 100 est représentée au niveau du fond de la formation 10 creusant un trou de forage 20 avec un trépan conventionnel 110, tandis que les bras de coupe de l'élargisseur 125 ouvrent simultanément par-dessus un trou de forage d'un diamètre supérieur 25. Le dispositif de forage 100 agit au-dessous des parties tubées du puits. Comme cela est décrit précédemment, I'élargisseur 120 tend à fournir un point d'appui de levier ou un effet pivot au trépan 110, de sorte qu'il requiert un stabilisateur pour éliminer cet effet. Dans le mode préféré de réalisation du dispositif de forage , différents modes de réalisation de l'outil extensible de la présente invention sont fournis dans les positions, à la fois, de l'élargisseur 120 et du stabilisateur 150. Dans le mode de réalisation qui a le plus de prétérence, le stabilisateur 150 devra également comporter, de prétérence, des structures de coupe pour assurer que le trou de forage plus grand 25 soit agrandi au diamètre correct. Cependant, un élargisseur conventionnel quelconque peut, en variante, étre utilisé avec un mode de réalisation de la présente invention fourni dans la position du stabilisateur 150 dans le dispositif de forage 100. De plus, un mode de réalisation de la présente invention peut 8tre utilisé dans la position de l'élargisseur 120 et un stabilisateur conventionnel peut être utilisé

dans la position du stabilisateur 150.

En se rapportant maintenant à la figure 2, dans laquelle les mêmes numéros représentent des composants analogues, un dispositif de forage 200 est représenté, placé à l'intérieur de la formation 10, au-dessous des sections tubées du puits. Le dispositif de forage 200 creuse un trou de forage 20 en utilisant un trépan classique suivi d'un aléseur à lames 220. L'aléseur à lames 220 peut être séparé du trépan par une ou plusieurs masse(s)-tige(s) 130, mais, de prétérence, l'aléseur à lames 220 est directement raccordé au-dessus du trépan 110. En amont de l'aléseur à lames 220, séparé par une ou plusieurs masse(s)-tige(s) 130, se trouve unstabilisateur 150 qui contrôle les tendances directionnelles du dispcsitif de forage 200 dans le trou de forage élargi 25. Le trépan 110 est représenté au fond de la formation 10 creusant un trou de forage 20, tandis que le composant à lame 225 de l'aléseur à lame 220 ouvre simultanément par-dessus un trou de forage d'un diamètre supérieur 25. Dans le dispositif prétéré 200, un mode prétéré de réalisation de la présente invention sera placé dans la position du stabilisateur 150. Dans le dispositif qui a le plus de prétérence 200, le stabilisateur 150 comportera également des structures de coupe afin

d'assurer que le trou de forage plus large 25 soit agrandi au diamètre correct.

En se rapportant à la figure 3, dans laquelle des numéros semblables représentent des composants identiques, un dispositif de forage 300 est de nouveau représenté, disposé à l'intérieur de la formation 10> au- dessous des sections tubées du puits. Le dispositif de forage 300 utilise un trépan à deux centres 320 qui comporte un trépan pilote 310 et un trépan élargisseur excentré 325. Lorsque le trépan pilote 310 creuse le trou de forage 20, le trépan élargisseur excentré 325 ouvre au-dessus un trou de forage de plus grand diamètre. Le trépan bi-centré 320 est séparé par une ou plusieurs masse(s)-tige(s) 130 d'un stabilisateur 150 conçu pour contrôler les tendances directionnelles du trépan bi-centré 320 dans le trou de forage alésé 25. De nouveau, la fonction du stabilisateur 150 est de supprimer le point d'appui de levier ou l'effet pivot engendré par le trépan de l'aléseur excentré 325 pour assurer que le trépan pilote 310 reste centré lorsqu'il creuse le trou de forage 20. Dans le mode prétéré de réalisation du dispositif de forage 300, un mode de réalisation de l'outil extensible de la présente invention pourra le placer dans la position du stabilisateur 150. Dans le dispositif qui a le plus de préférence 300, le stabilisateur 150 comportera également des organes de coupe pour assurer que le trou de forage plus grand 25 est

élargi au diamètre correct.

En se rapportant maintenant aux figures 4 et S. un mode de réalisation de l'outil extensible de la présente invention, globalement désigné en 500, est représenté dans un état replié à la figure 4 et dans un état déployé à la figure 5. L'outil extensible 500 comprend un corps d'outil généralement cylindrique 510 présentant à travers lui un trou d'écoulement 508. Le corps d'outil 510 comprend des parties de raccordement supérieure 514 et inférieure 512 pour raccorder l'outil 500 à un dispositif de forage. Dans le centre axial, approximativement,du corps de l'outil 510, un ou plusieurs évidements à fond plein 516 sont formés dans le corps 510 et placés de façon azimutale sur la périphérie du corps 510. L'évidement ou les évidements 516 s'adapte(nt) au déplacement axial de plusieurs composants de l'outil 500 qui se déplacent vers le haut ou vers le bas à l'intérieur des évidements à fond plein 516, incluant un ou plusieurs bras d'outil mobile(s), non pivotant(s) 520. Chaque évidement 516 loge un bras mobile 520 en position repliée. Le mode préDéré de réalisation de l'outil extensible comporte trois bras mobiles 520 disposés à l'intérieur de trois évidements à fond plein 516. Dans la discussion qui suit, on peut faire rétérence au ou aux évidements 516 et au ou aux bras 520 sous une forme plurielle, c'est à dire évidements 516 et bras 520. Néanmoins, on soulignera que le champ de la présente invention comprend également un seul évidement 516 et un seul bras 520. Les évidements 516 comportent, de plus, des gorges inclinées 518 qui fournissent un mécanisme de commande pour]es bras de l'outil mobile 520 se déplaçant vers le haut et vers le bas dans la position déployée de la figure 5. Un ressort de rappel 540 est utilisé, de prétérence, pour rappeler les bras 520 vers la position repliée de la figure 4. Le ressort de rappel 540 est disposé dans une cavité pour ressort 545 et recouvert d'un élément de maintien de ressort 550. L'élément de maintien de ressort 550 est bloqué en position par un couvercle supérieur 555. Une bague d'arrêt 544 est prévue à 1'extrémité inférieure du ressort 540 pour maintenir le

ressort 540 en place.

Au-dessous des bras mobiles 520, une bague de commande 570 est fournie qui comprend une ou plusieurs buse(s) 575. Un piston d'actionnement 530 qui définit une cavité de piston 535, engage la bague de commande 570. Un bloc de bague de commande 572 raccorde le piston 530 à la bague de commande 570 par 1'intermédiaire d'un boulon 574. Le piston 530 est adapté pour se déplacer axialement dans les évidements à fond plein 516. Un capuchon inférieur 580 fournit une butée inférieure pour le déplacement axial du piston 530. Un mandrin interne 560 est le composant situé le plus à l'intérieur de l'outil 500, et il engage par coulissement un dispositif d'arrét inférieur 590 en 592. Le dispositif d'arrét inférieur 590 comprend des orifices 595 qui permettent au fluide de forage de s'écouler à partir du trou d'écoulement 508

dans la chambre de piston 535 pour actionner le piston 530.

Un raccord fileté est fourni en 556 entre le capuchon supérieur 555 et le mandrin inférieur 560 et en 558 entre le capuchon supérieur 555 et le corps 510. Le capuchon supérieur 555 engage de façon étanche le corps 510 en 505 et engage de façon étanche le mandrin interne 560 en 562 et 564. Une fente de serrage 554 est prévue entre le capuchon supérieur 555 et le dispositif de maintien de ressort 550, laquelle fournit l'espace pour une clef à insérer afin de régler la position du dispositif de maintien de ressort 550 dans le corps 510. Le dispositif de maintien de ressort 550 se raccorde en 551 par des vis au corps 510. Vers l'extrémité inférieure du dispositif de maintien de ressort 550, un alésage 552 est prévu à travers lequel une barre peut 8tre placée pour empécher une rotation du dispositif de maintien de ressort 550 pendant le montage. A des fins de sécurité, un couvercle de ressort 542 est fixé par boulon en 546 à la bague de butée 544.Le couvercle de ressort 542 empêche le

personnel de se blesser gravement pendant le montage et les essais de l'outil 500.

Les bras mobiles 520 comportent des patins 522, 524 et 526 avec des structures 700, 800 qui s'engagent dans le trou de forage lorsque les bras 520 sont déployés vers l'extérieur à la position déployée de l'outil 500 représentée dans la figure 5. Au-dessous des bras 520, le piston 530 engage de façon étanche le mandrin interne 560 en 566, et engage hermétiquement le corps 510 en 534. Le capuchon inférieur 580 est connecté par vissage au corps et au dispositif d'arrét inférieur 590 en 582, 584, respectivement. Un engagement étanche est également fourni en 586 entre le capuchon inférieur 580 et le corps 510. Le capuchon inférieur 580 fournit une butée

au piston 530 pour commander le diamètre de 1'outil replié 500.

Plusieurs composants sont fournis pour le montage plutôt qu'à des fins fonctionnelles. Par exemple, la bague de commande 570 est couplée au piston 530 et, ensuite, le bloc de bague de commande 572 est connecté par boulon en 574 pour empêcher la bague de commande 570 et le piston 530 d'opérer une translation axiale l'un par rapport à l'autre. Le bloc de bague de commande 572 fournit, par conséquent,

un raccordement de blocage entre la bague de commande 570 et le piston 530.

La figure 5 illustre l'outil 500 avec les bras mobiles 520 dans la position de

déploiement maximal, s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du corps 510.

Une fois que l'outil 500 est dans le trou de forage, il peut se déployer seulement vers une position. En conséquence, I'outil 500 présente deux positions opérationnelles - à savoir une position repliée, telle que représentée dans la figure 4, ou une position déployée, telle représentée dans la figure 5. Cependant, le dispositif de maintien de ressort 550, qui est un manchon fileté, peut étre réglé en surface pour limiter le déploiement de diamètre total des bras 520. Le dispositif de maintien de ressort 550 comprime le ressort de déviation 540 lorsque 1'outil 500 est replié et la position du dispositif de maintien de ressort 550 détermine la quantité de déploiement des bras 520. Le dispositif d'arrét de ressort 550 est réglé par une clef dans la fente de serrage 554 qui fait tourner le dispositif de maintien de ressort S50 de façon axiale vers le bas ou vers le haut par rapport au corps 510 au niveau du filetage 551. Le capuchon supérieur 555 est également un composant fileté qui bloque le dispositif de maintien de ressort 550 une fois qu'il a été positionné. En conséquence, un avantage du présent outil est la capacité de régler en surface le diamètre de déploiement de 1'outil 500. A la différence des outils d'élargissement classiques ce réglage peut étre réalisé sans

remplacer un seul composant de l'outil 500.

A la position déployée représentée dans la figure 5, les bras 520, soit élargiront le trou de forage, soit stabiliseront le dispositif de forage, selon la manière dont les patins 522, 524 et 526 seront configurés. Dans la configuration des figures 5, des organes de coupe 700 placés sur les patins 526 élargiront le trou de forage. Des plots d'usure 800 sur les patins 522 et 524 fourniront une protection de gabarit lorsque l'alésage progresse. Une force hydraulique entrame les bras 520 à se déployer vers l'extérieur à la position représentée dans la figure 5 en raison de la différence de

pression du fluide de forage entre le trou d'écoulement 508 et 1'anneau 22.

Le fluide de forage circule le long de la trajectoire 605, à travers les orifices 595 dans le dispositif d'arrét inférieur 590, le long de la trajectoire 610 dans la chambre de piston 535. La pression différentielle entre le fluide du trou d'écoulement 508 et le fluide de 1'anneau du trou de forage 22 entourant l'outil 500 entrame le piston 530 à se déplacer de façon axiale vers le haut de la position représentée dans la figure 4 à la position représentée dans la figure 5. Une petite quantité de flux peut se déplacer à travers la chambre de piston 535 et à travers les buses 575 vers 1'anneau 22 lorsque l'outil 500 commence à se déployer. Lorsque le piston 530 se déplace de façon axiale vers le haut dans les évidements à fond plein 516, le piston 530 engage la bague de commande 570, entranant de ce fait la bague de commande 570 à se déplacer axialement vers le haut contre les bras mobiles 520. Les bras 520 se déplaceront de façon axiale vers le haut dans les évidements à fond plein 516 et également radialement vers l'extérieur lorsque les bras 520 se déplaceront dans les gorges 518 disposées dans le corps 510. Dans la position déployée, le flux se poursuit le long des trajectoires 605,610 et en dehors dans la bague 22 à travers les buses 575. Parce que les buses 575 font partie de la bague de commande 570, elles se déplacent axialement avec les bras 520. En conséquence, ces buses 575 sont positionnées de façon optimale pour fournir en continu nettoyage et retroidissement aux structures coupantes 700 disposées sur la surface 526 lorsque le fluide sort vers l'anneau 22 le

long de la trajectoire d'écoulement 620.

L'outil élargisseur 500 d'un premier mode de réalisation de la présente invention résout les problèmes posés par les trépans bi-centrés et les aléseurs à lames parce qu'il est conçu pour rester disposé concentriquement dans le trou de forage. En particulier, l'outil 500 de la présente invention comprend, de préDérence, trois bras extensibles 520 placés séparément sur la périphérie à la même position axiale sur l'outil S10. Dans le mode prétéré de réalisation, l'espacement périphérique entre eux sera de 120 . Ce concept à trois bras fournit un outil d'élargissement de gabarit

maximal 500 qui reste toujours placé au centre du trou de forage.

Une autre caractéristique des modes préDérés de réalisation de la présente invention est la capacité de l'outil 500 à fournir une indication hydraulique à la surface, informant ainsi l'opérateur que l'outil se trouve dans la position repliée

présentée dans la figure 4 ou dans la position déployée présentée dans la fgure 5.

En effet, dans la position repliée, la section d'écoulement à l'intérieur de la chambre de piston 535 est plus petite que la section d'écoulement à l'intérieur de la chambre de piston 535 lorsque l'outil se trouve dans la position déployée représentée en fgure 5. En conséquence, dans la position déployée, la section d'écoulement de la chambre 535 est plus grande, fournissant une section d'écoulement plus grande entre le trou d'écoulement 508 et l'anneau de puits 22. En réponse, la pression à la surface diminuera en comparaison à la pression au niveau de la surface lorsque l'outil 500 est

replié. Cette diminution de pression indique que l'outil 500 est déployé.

Les figures 6 à 10 fournissent plus de détails en ce qui concerne les bras mobiles 520 et la bague de commande 570 des figures 4 et 5. La figure 6 représente un bras "vierge" 520 sans organes de coupe ni structures de stabilisation fixés aux patins 522, 524 et 526. Le bras 520 est représenté dans une vue isométrique qui représente une surface de dessus 521, une surface de dessous 527 une surface de devant 665 une surface arrière 660 et une surface latérale 528. La surface de dessus 521 et la surface de dessous 527 sont, de préDérence, inclinées, comme cela est décrit avec plus de détails ci-dessous. Le bras 520 comprend, de prétérence, deux patins supérieurs 522, un patin médian et deux patins inférieurs 526 disposés sur la surface frontale 665 du bras 520. Le bras 520 comporte également des prolongements 650 disposés le long de chaque côté 528 du bras 520. Les prolongements 650 s'étendent, de préférence, vers le haut suivant un angle formé à partir du dessous 527 du bras 520 vers les patins 522, 524 et 526. Les extensions 650 s'avancent vers l'extérieur à partir du bras 520 pour s'ajuster à 1'intérieur des gorges correspondantes 518 dans l'évidement à fond plein 516 du corps de l'outil 510, comme montré dans]es figures 4 et 5. L'interconnexion entre les prolongements de bras 650 et les gorges du corps 518 augmente 1'aire de la surface de contact entre les bras mobiles 520 et le corps d'outil 510, fournissant ainsi un outil extensible plus robuste 500 en comparaison aux outils de 1'art antérieur. Le bras 520 illustré en figure 6 est une version de base, soit d'un bras coupant d'élargisseur, soit d'un bras de stabilisateur. En modifiant les structures disposées sur les patins 522, 524 et 526, I'outil 500 est transformé d'élargisseur en stabilisateur ou

vice-versa, ou devient une combinaison élargisseur/stabilisateur.

En se rapportant maintenant aux figures 7, 8 et 9, un exemple de bras 520 est représenté qui comprend deux ensembles de structures coupantes 700, 710. La figure 7 illustre le bras 520 à partir d'une perspective de dessus. La figure 8 fournit une vue en élévation latérale et la figure 9 représente une perspective isométrique. La surface de dessus 521 et la surface de dessous 527 du bras 520 sont, de préDérence, inclinées dans la même direction comme représenté au mieux dans la figure 7. Ces surfaces 521, 527 sont conçues pour empêcher le bras 520 de vibrer lorsque les patins 522, 524 et 526 engagent le trou de forage. En effet, lorsque les patins 522, 524 et 526 engagent le trou de forage, les bras 520 sont maintenus en compression par le piston 530. La surface de dessus inclinée 521 et la surface de dessous inclinée 527 dévient les bras 520 vers le côté arrière des évidements à fond plein 516 pour

réduire la vibration.

Dans la vue de dessus de la figure 7, les patins 522 comportent des structures coupantes 710 telles que le bras 520 fournit des capacités de rétro-alésage. Le rétro alésage consiste à tirer l'outil 500 vers le haut dans le trou de forage tout en l'élargissant. Le patin 524 est. de prétérence, couvert de plots d'usure 800 qui fournissent une fonction de stabilisation et une fonction de protection de gabarit. Les patins 526 comprennent des structures de coupe 700 pour élargir. Dans la vue latérale de la figure 8, les extensions 650 qui s'ajustent à 1'intérieur des gorges 518 du corps 510 sont représentées s'étendant vers le haut de façon inclinée le long du côté 528 à partir de la surface arrière 660 du bras 520 vers les patins 522, 524 et 526. La figure 9

représente le méme bras 520 en vue isométrique.

Pour passer du bras 52O, représenté dans les figures 7, 8 et 9, d'un bras de rétro-alésage et d'élargissement en un simple bras d'élargissement, les structures coupantes de rétro-alésage 710 seront remplacées par des plots d'usure, tels que les plots 800. Cette configuration aboutira au bras d'élargissement 520 représenté dans les figures 4 et 5. Modifier l'outil 500 pour passer d'un élargisseur à un stabilisateur requiert simplement de fournir des structures de stabilisation sur l'ensemble des patins 522, 524 et 526. En tant que stabilisateur, les surfaces 522, 524 et 526 seront

recouvertes d'une pluralité dense de plots d'usure 800 sans aucune structure coupante.

Le matériau prétéré pour les plots d'usure 800 est le carture de tungstène ou le diamant qui fournissent de bonnes capacités contre l'usure. Dans un autre mode de réalisation, les patins 522, 524 et 526 peuvent être recouverts d'un matériau durci

appelé soudage dur TCI 300H.

En conséquence, les patins 522, 524, 526 comprendront une diversité de

structures et de configurations qui utilisent une diversité de matériaux différents.

Lorsque l'outil est utilisé pour une fonction d'élargissement, une diversité de structures de coupe différentes 700 pourront être fournies sur les surfaces 526, selon les caractéristiques de la formation géologique. De préférence, les structures de coupe 700, 710 servant, respectivement, à élargir et à rétro-aléser sont spécialement conçues pour la fonction particulière de coupe. Avec plus de préférence,_les structures coupantes 700, 710 comportent les organes de coupe décrits et revendiqués dans la demande de brevet co-pendante des Etats-Unis Série N 09/924 961, déposée le 8 août 2001, intitulée "Advanced Expandable Reaming Tool", cédé à Smith International, Inc. En se rapportant maintenant à la figure 10, des avantages supplémentaires des modes prétérés de réalisation de la présente invention sont fournis par la buse ou

plusieurs buses 575 disposée(s) dans la bague de commande 570.

L'é]argisseur/stabilisateur des modes préférés de réalisation de la présente invention comprend, de préférence, trois bras mobiles 520 espacés l'un de l'autre sur la périphérie à la méme position axiale le long du corps de l'outil 510. Dans le mode prétéré de réalisation, les trois bras mobiles 520 sont espacés de 120 sur la circonférence. Cet agencement du bras 520 est préféré pour centrer 1'outil 500 dans le trou de forage. La bague de commande 570 se déplace avec les bras 520 et comportent, de prétérence, trois parties en extension 576 distantes de 120 sur la circonférence, des buses inclinées 575 les traversant qui sont conçues pour diriger le fluide de forage vers les structures de coupe 700 de 1'élargisseur au niveau des surfaces 526. Les trous de (passage) 578 dans les parties déployées 576 adjacentes aux buses 575 reçoivent des boulons 574 pour raccorder la bague de commande 570 au bloc d'anneau de commande 572 et au piston 530 Une ouverture 571 est disposée à travers le centre de bague de commande 570 pour permettre un raccordement au piston 530. Parce que la bague de commande 570 st raccordée au piston 530, elle se déplace avec le piston 530 pour pousser les bras mobiles 520 de façon axiale vers le haut et vers l'extérieur le long des gorges 518 vers la position déployée. En conséquence, parce que la bague de commande 570 se déplace avec les bras 520, les buses 575 fournissent de façon continue du fluide de forage aux structures de coupe 700 sur les surfaces de l'élargisseur 526. Les buses 575 sont placées de façon optimale pour se déplacer avec et suivre les structures de coupe 700 et assurent ainsi que les

organes de coupe 700 soient toujours correctement nettoyés et refroidis.

Les figures 11 et 12 illustrent un second mode de réalisation de la présente invention, désignée globalement en 900, dans les positions repliée et déployée, respectivement. Beaucoup des composants de l'outil 900 sont les mêmes que les composants du mode de réalisation 500, et ces composants conservent les mêmes numéros de réDérence. Il existe, cependant, plusieurs différences. Le mandrin intérieur 560 de l'outil du premier mode de réalisation 500 est remplacé par un dispositif poussoir 910, comprenant, de préDérence, un mandrin interne supérieur 912, un mandrin interne médian 914, et un mandrin interne inférieur 916. Le mandrin interne inférieur 916 comprend des orifices 920 qui doivent être alignés avec les orifices 595 du dispositif d'arrét inférieur 590 avant que le fluide ne puisse entrer dans la chambre de piston 535 pour actionner le piston 530. Comme cela est représenté dans la figure 11, le fluide circule à travers le trou d'écoulement 508 de l'outil 900, le long du parcours 605 indiqué par les fièches. Parce que les orifices 920 du mandrin interne inférieur 916 ne s'alignent pas avec les orifices 595 du dispositif d'arrêt inférieur 590, le fluide continue de circuler sur le trajet 605, au-delà des orifices 595 et descendre à

travers l'outil 900.

L'outil 900 est actionné sélectivement par l'intermédiaire d'un actionneur (non représenté), qui aligne les orifices 920 avec les orifices 595 pour permettre à 1'outil extensible de passer de la position repliée représentée dans la figure 11 à la position déployée représentée à la figure 12. Au-dessous du mandrin interne inférieur 916, un ressort inférieur 930 est disposé dans une chambre de ressort inférieur 935 et maintenu dans le corps 510 par un dispositif d'arrêt de ressort inférieur 950. Le dispositif d'arrêt de ressort inférieur 950 se raccorde par vissage en 952 au dispositif d'arrét inférieur 590. Le ressort 930 rappelle le dispositif poussoir 910 vers le haut de telle sorte que le poussoir 910 doit être forcé vers le bas par un actionneur pour surmonter la force du ressort inférieur 930. En déplaçant le poussoir 910 vers le bas, les orifices 920 disposés autour de la circonférence du mandrin interne inférieur 16 s'alignent avec les orifices 595 du dispositif d'arrêt inférieur 590 qui conduisent dans la chambre de

piston 535.

La figure 12 présente l'outil 900 dans une position déployée. Dans cette position, le fluide de forage s'écoule à travers le trou de passage 508, le long du chemin 605. Cependant, parce que le poussoir 910 a été actionné vers le bas contre la force du ressort inférieur 930 par un actionneur, les orifices 920 du mandrin interne inférieur 916 sont maintenant alignés avec les orifices 595 dans le dispositif d'arrêt inférieur 590. En conséquence, lorsque le fluide de forage progresse vers le bas le long du chemin d'écoulement 605 à travers le trou de passage 508 pour atteindre les orifices 920, il s'écoulera à travers les orifices 920, 595 et dans la chambre de piston

535, comme illustré par les flèches d'écoulement 610.

En raison de la pression différentielle entre le trou d'écoulement 508 et l'anneau de puits 22 entourant l'outil 900, le fluide circulant le long du parcours 610 actionnera le piston 530 vers le haut contre la force du ressort 540. Le piston 530 poussera la bague de commande 570, laquelle poussera les bras 520 axialement vers le haut et vers le bas lorsque les extensions 650 sur les bras 520 se déplacent le long des gorges 518 formées dans le corps 510. Une fois que le fluide s'écoule à travers les buses 575 dans la bague de commande 570, il sorl: en formant un angle le long de la trajectoire 620 pour refroidir et nettoyer les structures de coupe 700 disposées sur les }

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surfaces 526 qui élargissent le trou de forage. En conséquence, le second mode de réalisation de l'invention 900 des figures 11 et 12 peut être actionné sélectivement. En effet, en engageant la surface supérieure 975 du poussoir 910 avec un actionneur, l'outil 900 peut être actionné sélectivement au gré de l'opérateur pour aligner les orifices 920 et 595. L'actionneur préféré est le commutateur de flux décrit et revendiqué dans le brevet des Etats-Unis N 6 289 999 intitulé "Fluid Flow Control Devices and Methods for Selective Actuation of Valves and Hydraulic Drilling Tools". En se rapportant de nouveau aux figures 11 et 12, de façon typique un espacement est prévu entre l'extrémité supérieure 975 du poussoir 910 et l'actionneur lorsque loutil est en position repliée. La longue-ur de l'espacement doit étre maintenue .. pour assurer que l'action ne se produise seulement que lorsqu'il est souhaité qu'elle se produise. En conséquence, le mandrin interne supérieur 912 peut comporter une partie de bague de réglage 918, qui est juste une bague d'espacement qui exécute tous les écarts dans la zone entre le mandrin interne supérieur 912 et le mandrin interne médian 914 de telle sorte que la dimension d'espacement approprié puisse étre maintenue. Comme le spécialiste de la teclmique l'appréciera aisément, tout mécanisme d'actionnement peut étre utilisé pour actionner sélectivement l'outil 900 des figures 11 et 12. Cependant, le commutateur de flux prétéré fournit l'avantage des indications hydrauliques supplémentaires à la surface, en plus des indications de pression fournies par la section découlement accrue dans la chambre de piston 535 lorsque l'outil 900 est dans la position déployée de la figure 12. En effet, le commutateur dé flux préféré comprend un générateur d'impulsions en liaison montante capable de fournir une information de position et d'état à la surface par télémétrie à impulsions à travers la boue. En conséquence, le mode préféré de réalisation comporte l'outil 900 des figures I1 et 12, et avec plus de prétérence, comprend l'outil 900 en combinaison avec le

commutateur de flux référencé.

En fonctionnement, un outil extensible 500 ou 900 est descendu dans le tuhage dans la position repliée représentée dans les figures 4 et 11, respectivement. Le premier mode de réalisation de l'outil 500 se déploiera alors automatiquement lorsque le fluide de forage s'écoulera par le trou d'écoulement 508 et le second mode :) -.

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de réalisation de l'outil 900 pourra se déployer seuiement aprés mise en action sélective de l'outil 900. Que la caractéristique de mise en action sélective soit présente ou non, les outils 500, 900 se déploient en raison d'une pression différentielle entre le trou d'écoulement 508 et 1'anneau du puits de forage 22 agissant sur le piston 530. La pression différentielle peut se situer dans la plage de 5,5 106 Pa à 10,4.106 Pa (800 à 1500 psi). En conséquence, une pression différentielle s'exerçant sur le piston 530 entrainera le ou les bras 520 de 1'outil à se déplacer d'une position repliée à une

position déployée contre la force du ressort de rappel 540.

Avant que le dispositif de forage ne soit descendu dans le trou de forage, la fonction de la présente invention, soit sous la forme d'un élargisseur, soit d'un stabilisateur, sera déterminée. En faisant de nouveau rétérence à la figure 1, un exemple sera d'utiliser l'un ou l'autre mode de iéalisation de l'outil 500, 900 dans la position d'élargisseur 120 et deprétérence d'utiliser le second mode de réalisation de l'outil 900 dans la position du stabilisateur l SO. A titre d'autre exemple, se rapportant aux figures 2 et 3, si un aléseur à lames 220 ou un trépan bi-centré 320 est utilisé au lieu d'un élargisseur 19O, le second mode de réalisation de l'outil 900 sera, de prétérence, utilisé dans la position de stabilisateur 150. Sous la forme d'un élargisseur, les modes prétërés de réalisation de la présente invention peuvent élargir un trou de forage au diamètre souhaité. Sous la forme d'un stabilisateur, les modes prétérés de réalisation de la présente invention foumissent un contrôle directionnel du dispositif

100. 200, 300 à 1'intérieur du trou de forage élargi 25.

En résumé, les différents modes de réalisation de l'outil extensible de la présente invention peuvent être utilisés comme un élargisseur pour agrandir un trou de iorage au-dessous d'un rétrécissement à un diamètre supérieur. En variante, les différents modes de réalisation de 1'outil extensible peuvent être utilisés pour stabiliser un système de forage dans un trou de forage élargi auparavant, ou dans un trou de forage qui est en cours d'alésage tandis que le forage se poursuit. Les différents modes de réalisation de la présente invention résolvent les problèmes de l'art antérieur et incluent d'autres caractéristiques et avantages. En effet, les modes de réalisation de la présente invention sont plus résistants et présentent une capacité hydraulique plus élevée que les élargisseurs de l'art antérieur. Les modes prétérés de réalisation de l'outil fournissent également des indications de pression au niveau de la surface concernant l'état de l'outil, replié ou déployé. L'outil comprend, de préDérence, un nouvel assemblage pour déplacer les bras à la position déployée. Un autre avantage encore des modes prétérés de réalisation est que l'óutil peut étre utilisé en liaison avec d'autres dispositifs conventionnels tels qu'un aléseur à lames ou un trépan bi-centré pour assurer qu'ils fonctionnent correctement. Les modes préférés de réalisation de l'outil comprennent, de plus, une ou plusieurs buse(s) placée(s) de façon optimale et déplaçable(s) pour nettoyer et refroidir les structures de coupe. Enfin, les modes préférés de réalisation de la présente invention permettent de régler les diamètres

déployés sans changements de composant.

Alors que les modes préférés de réalisation de cette invention ont été présentés et décrits, leurs modifications peuvent être exécutées par un spécialiste de la technique sans sortir de l'esprit ou des enseignements de cette invention. Les modes de réalisation décrits ici représentent seulement des exemples et ne sont pas limitatifs. De nombreuses variantes et modifications du système et du dispositif sont possibles et se trouvent dans le champ de l'invention. En conséquence, le champ de protection n'est pas limité aux modes de réalisation décrits ici, mais est seulement limité par les

revendications qui suivent, dont le domaine inclura tous les équivalents du sujet des

revendications.

Claims

REVENDICATIONS

1. Outil de forage extensible (500) à utiliser dans un dispositif de forage situé à l'intérieur d'un puits, conprenant: un corps tubulaire (510) comportant une pluralité de gorges inclinces (518) et un trou d'écoulement (508) axial le traversant; et au moins un bras mobile (520); dans lequel ledit (lesdits) bras mobile(s) (520) passent le long de ladite pluralité de gorges inclinées (518) d'une position repliée à une position déployée en réponse à une

pression différentielle entre ledit trou d'écoulement (508) axial et ledit puits de forage.

2. Outil selon la revendication 1 comprenant, de plus, des moyens pour régler ladite

position déployée.

3. Outil selon la revendication 1 comprenant, de plus, au moins une buse (575) qui se

déplace avec ledit (lesdits) bras nobile(s) (520).

4. Outil selon la revendication 1 comprenant, de plus, un ressort (540) servant à

rappeler au moins un dit bras mobile (520) à ladite position repliée.

5. Outil selon la revendication 1 dans lequel ledit cops d'outil comprend, de plus, au moins un évidement axial (516) pour stocker ledit (lesdits) bras mobile(s) (520) dars

ladite position repliée.

6. Outil selon la revendication 1 dans lequel ledit (lesdits) bras mobile(s) (520) comporte(ent) une pluralité de prolongements (650) correspondant à et s'engageant

dans ladite pluralité de gorges (518).

7. Outil selon la revendication 1 dans lequel ledit (lesdits) bras mobile(s) (52û) comporte(nt) trois bras mobiles (520) espacés l'un de l'autre sur la périphéie dudit

corps d'objet (510).

8. Outil selon la revendication 1 dans lequel ledit (lesdits) bras n1obile(s) présentent

(520) des surfaces inclinces (521, 527) pour un raccordement audit corps (510).

9. Outil selon la revendication 1 comprenant, de plus, un piston (530) qui fait passer ledit (lesdits) bras mobile(s) (520) axialement vers le l1aut de ladite position replice à ladite position déployée

10. Outil selon la revendication 1 dans lequel ledit (lesdits) bras mobile(s) (520)

engage(nt) ledit puits de forage dans ladite position déployée.

11. Outil selon la revendication 10 dans lequel ledit (lesdits) bras nobile(s) (520) comporte(nt) au moins un ensemble d'organes coupants (700, 710) pour élargir ledit

puits de forage dans ladite position déployée.

12. Outil selon la revendication 10 dans lequel un dit bras mobile au moins comporte une structure d'usure (800) pour stabiliser ledit dispositif de forage à 1'intérieur dudit puits.

13. Outil selon la revendication 1 comprenant, de plus, une chambre (535) en

communication de flwide avec ledit trou d'écoulement et ledit trou de forage.

14. Outil selon la revendication 13 dans lequel ladite chambre (535) s'agrandit lorsque un dit bras mobile (520) au moins passe de ladite position replice à ladite position déployée.

15. Outil selon la revendication 13 comprenant, de plus, un élément interne traversé par des orifices (595) qui permettent une communication de fluide entre ladite

chambre (535) et ledit trou d'écoulement (508).

16. Outil selon la revendication 15 comprenant, de plus, des moyens pour ourrir et

fermer sélectivement lesdits orifices (595).

17. Outil selon la revendication 15 comprenant, de plus, un poussoir à rappel (910) pour fermer lesdits orifices (595), empêchant ainsi ledit (lesdits) bras mobiles (520) de passer de ladite position repliée à ladite position déployée en réponse à ladite

pression différentielle.

18. Outil selon la revendication 17 comportant, de plus, un actionneur servant à

aligner ledit poussoir (910) pour ouvrir]esdits oriÈces (595).

19. Outil de forage extensible (500) à utiliser dans un dispositif de forage positionné à l'intérieur d'un puits présentant un trou de forage d'un diamètre initia] et un trou de forage d'un diamèhe agrandi, comprenant un COlpS (510); et au moins un bras mobile non pivotant (520); dans lequel ledit (lesdits) bras (520) est (sont) mobile(s) entre une première position définissant un diamètre replié 4ui est inférieur audit diamètre initial du trou de forage et une seconde position définissant un diamètre déployé approximativement

égal audit diamètre du trou de forage élargi.

20. Outil selon la revendication 19 dans lequel ledit (lesdits) bras comporte(nt) (520), de plus, des organes coupants (700, 710) pour élargir ledit diamètre initial du trou de

forage afin de produire ledit diamètre de trou de forage élargi.

21. Outil selon la revendication 19 dans lequel ledit (lesdits) bras (520) comporte(nt), de plus, des structures d'usure (800) servant à stabiliser ledit dispositif de forage à

l'intérieur dudit b ou de forage à diamètre agrandi.

22. Outil selon la revendication 19 dans lequel ledit (lesdits) bras (520) est (sont) mobile(s) entre ladite première position et ladite seconde position en réponse à une

pression de fluide différentielle.

23. Outil selon la revendication 22 dans lequel ledit (lesdits) bras (520) est (sont) automatiquement mobile(s) de ladite première position à ladite seconde position

chaque fois que ladite pression différentielle se produit.

24. Outil selon la revendication 22, ledit outil étant actionnable sélectivement pour pennettre audit (aux dits) bras (520) d'être mobile(s) de ladite première position à

ladite seconde position chaque fois que ladite pression différentielle se produit.

25. Procédé d'élargissement d'un puits de forage pour fonner un trou de forage élargi et contrôler les tendances directionnelles d'un dispositif de forage à l'intérieur d'un trou de forage agrandi, consistant à: utiliser un trépan (110) pour forer le puits; disposer un premier outil extensible (500) comportant au moins un bras (520) configuré pour aléser directement au-dessus du trépan conventiomel; utiliser le premier outil extensible (500) pour forrner le trou de forage agrandi; disposer un second outil extensible (500) comportant au moins un bras (520) configuré pour stabiliser au-dessus dudit premier outil extensible (500); et utiliser le second outil extensible (500) pour contrôler les tendances directionnelles du dispositif de forage à l'intérieur du trou de forage agrandi; dans lequel le premier outil extensible (50û) et le second outil extensible (500)

opèrent tous deux d'une position replice à une position déployée.

26. Procédé selon la revendication 25 consistant, de plus, à fournir une indication en surface correspondant à la position du premier outil extensible (500) et à la position du

second outil extensible (500).

27. Procédé selon la revendication 25 dans lequel le premier outil extensible (500) et le second outil extensible (500) présentent le méme concept sauf en ce qui concerne la

configuration des bras respectifs (520).

28. Procédé selon la revendication 27 dans lequel le premier outil extensible (500) et le second outil extensible (500) passent tous deux automatiquement de la position

replice à la position déployée en réponse à une pression différentielle.

29. Procédé selon la revendication 27 dans lequel chacm des premier et second outils extensibles (500) doit être aligné sélectivement pour pennettre un passage de l'état

replié à l'état déployé en réponse à une pression différentielle.

30. Procédé selon la revendication 25 dans lequel]e premier outil extensible (500) passe automatiquement de la position repliée à la position déployée et le second outil extensible (500) doit se trouver sélectivement aligné pour permettre un passage de la

position replice à la position déployée.

31. Procédé selon la revendication 25 dans lequel le premier outil extensible (500) doit être sélectivement aligné pour permettre le passage de la position replice à la position déployée et le second outil extensible (500) passe automatiquement de la position

repliée à la position déployée.

32. Outil de forage extensible (500) à utiliser dans un dispositif de forage, comprenant: un corps comprenant (510) une pluralité de gorges inclinées (518); au moins un bras non pivotant (520), mobile, qui passe le long desdites gorges inclinées (5 l 8) d'une position repliée à une position déployée; et au noins une buse mobile (575) qui se déplace afn de rester adjacente audit (aux

dits) bras mobile(s) (520).

33. Outil selon la revendication 32 comprenant, de plus, des noyens pour régler

ladite position déployée.

34. Outil selon la revendication 32 comprenant, de plus, une pluralité de

prolongements (tS50) qui engagent lesdites gorges inclinées.

35. Outil selon la revendication 32 comprenant, de plus, des noyens pour enpécher le passage dudit (desdits) bras mobile(s) (520) de ladite position replice à ladite position déployée.

36. Outil scion la revendication 32 dans lequel ledit outil (500) possède une capacité