FR2843164A1 - Stabiliseur pour une tige notamment de train de tiges de forage. - Google Patents
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Abstract
Il s'agit d'un stabilisateur (1), destiné à être enfilé sur une tige, notamment d'un train de tiges de forage. Il comporte au moins une partie élastique (4) susceptible de se déformer lorsque le stabilisateur (1) est maintenu dans une position initiale en compression contre un épaulement (5) de la tige, cette partie élastique (4) compensant un jeu susceptible d'apparaître ultérieurement entre le stabilisateur (1) et la tige.Application notamment au forage pétrolier.
Description
STABILISATEUR POUR UNE TIGE NOTAMMENT DE TRAIN DE TIGES
DE FORAGE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à un stabilisateur pour une tige notamment de train de tiges de forage. Elle trouve son application en particulier dans le domaine pétrolier. Les stabilisateurs sont des organes qui peuvent être placés autour des tiges d'un train de tiges de forage ou d'exploitation. Ils sont généralement utilisés pour contrôler l'orientation du forage en guidant le train de tiges et/ou l'outil de forage qui le termine et pour positionner un train de tiges dans le trou foré, par exemple lors de l'exploitation.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Un train de tiges de forage comporte généralement une succession de tiges creuses et se termine par un outil de forage comme par exemple un trépan. Parmi ces tiges, celles qui sont le plus près du trépan sont dites massestiges; elles sont généralement plus lourdes que les autres et appliquent sur le trépan un poids suffisant pour qu'il attaque la
formation géologique appelée dans la suite formation.
On utilise en général plusieurs stabilisateurs espacés sur les tiges de forage. Ces stabilisateurs sont de préférence localisés sur les massestiges. Ils portent sur la paroi du forage et
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servent de guidage pour positionner le train de tiges dans la formation. Les stabilisateurs ont généralement une forme de manchon dont le diamètre extérieur maximal est sensiblement égal à celui du forage. Ce manchon comporte des éléments qui font saillie vers la
formation pour assurer un contact avec la formation.
Des efforts considérables s'appliquent sur les stabilisateurs durant le forage ou pendant que l'on abaisse ou retire le train de tiges. Les stabilisateurs doivent être suffisamment robustes pour supporter ces efforts sans se déplacer ni se déformer par rapport à
la tige.
On connaît par la demande de brevet français FR-Al-2 493 908 un stabilisateur en forme de manchon fendu qui vient s'enfiler sur une tige de train de tiges. Des ensembles vis-écrou rapprochent les deux bords de la fente pour serrer le manchon autour de la tige. Le manchon porte extérieurement des lames hélicodales qui viennent en contact avec la paroi du forage et qui permettent une circulation des boues de forage. Bien souvent on réalise des mesures ou des diagraphies pendant le forage. Dans ce cas, le train de tiges est instrumenté, c'est à dire qu'une ou plusieurs tiges proches de l'outil de forage contiennent intérieurement un dispositif de mesure incluant par exemple un capteur, une source nucléaire, une ou plusieurs électrodes, etc. La tige instrumentée peut être un outil de LWD (abréviation anglo-saxonne pour Logging While Drilling soit diagraphie pendant le forage). L'outil de
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LWD mesure des propriétés physiques de la formation pendant le forage. Dans une variante, la tige instrumentée peut être un outil de MWD (abréviation anglo-saxonne pour Measurement While Drilling) qui mesure des caractéristiques du forage lui-même. Une même tige instrumentée peut réaliser les deux types de mesures. La tige peut alors être soumise à des contraintes. Elle peut être étirée longitudinalement ou bien subir un écrasement radial pouvant être d à un différentiel de pression. En effet, les tiges instrumentées possèdent un espace annulaire contenant le dispositif de mesure qui subit des différences de pression. L'effet de contrainte ci-dessus mentionné est de réduire la section de la tige. A cause de cette réduction de section et de l'allongement de la tige qui s'en suit, le stabilisateur ne sera plus serré sur la tige. Il va pouvoir se déplacer librement en translation et en rotation. De manière similaire, le stabilisateur et la tige peuvent, sous l'effet de la chaleur, se dilater différemment, ce qui peut faire apparaître un jeu transversal et longitudinal entre le
stabilisateur et la tige.
Dans le cas de mesures nucléaires avec des rayons 7, au moins une source et au moins un détecteur se trouvent placés dans la tige. La paroi de la tige comporte une fenêtre transparente aux rayons y devant le détecteur et devant la source. Le stabilisateur inclut des zones transparentes qui doivent se positionner devant les fenêtres de la tige. Le manchon du stabilisateur doit être correctement orienté
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angulairement et longitudinalement par rapport au dispositif de mesure contenu dans la tige et il n'est
pas souhaitable qu'il se décale pendant le forage.
Le stabilisateur décrit dans la demande de brevet français FR-Al-2 493 908 n'est pas bien adapté pour répondre de tels besoins. Ce stabilisateur est seulement serré sur la tige. Dans un environnement défavorable il peut facilement perdre sa position initiale, rien ne permet de le caler longitudinalement
et/ou angulairement.
Pour éviter un déplacement en translation ou en rotation du stabilisateur par rapport à la tige, il a été proposé de réaliser des stabilisateurs faisant partie intégrante de la tige. On part d'une pièce tubulaire métallique à paroi épaisse, on usine à certains endroits des lames en saillie et à d'autres on la réduit au diamètre de la tige. De telles tiges équipées ont un cot prohibitif notamment à l'utilisation. D'une part, comme les forages n'ont pas tous le même diamètre, une tige intégrant un tel stabilisateur ne peut être utilisée que dans un forage avec un diamètre déterminé. D'autre part, l'usure au niveau du stabilisateur n'étant pas réparable, cela
impose de remplacer la totalité de la tige.
EXPOS DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier aux inconvénients sus mentionnés. Elle propose un stabilisateur à enfiler sur une tige notamment d'un train de tiges de forage, ce stabilisateur conservant une position prédéterminée par rapport à la tige
quelles que soient les conditions d'utilisation.
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Pour y parvenir, la présente invention est
un stabilisateur, destiné à être enfilé sur une tige.
susceptible de se déformer lorsque le stabilisateur est maintenu dans une position initiale en compression contre un épaulement de la tige. Cette partie élastique compense un jeu susceptible d'apparaître ultérieurement entre le stabilisateur et la tige. Le jeu peut être un
jeu longitudinal.
La coopération de la partie élastique avec l'épaulement assure, en position initiale, un blocage en rotation du stabilisateur par rapport à la tige, ce blocage en rotation étant conservé ultérieurement. La partie élastique est située à une extrémité du stabilisateur et est destinée à venir contre l'épaulement de la tige. Le stabilisateur comporte également une partie plus rigide que la partie
élastique, cette partie étant quasiment indéformable.
Selon un mode de réalisation, le stabilisateur a la forme d'un manchon, la partie élastique étant une portion tubulaire déformable du manchon, cette portion tubulaire étant déformable de manière réversible. La portion tubulaire déformable peut comporter le long de sa périphérie, une succession de parties en saillie orientées longitudinalement et séparées par des parties en creux. Ces parties en saillie sont destinées à coopérer avec des parties en saillie de l'épaulement, les parties en saillie de la portion tubulaire déformable possédant des flancs qui assurent un contact glissant et dégageant avec des flancs des parties en saillie de l'épaulement lors de
la mise en position initiale.
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Selon un mode de réalisation, pour assurer ce contact glissant et dégageant, les flancs des parties en saillie de la portion tubulaire déformable ont un profil sensiblement en hélice. En coupe transversale, les deux flancs d'une partie en saillie de la portion tubulaire déformable délimitent un angle au sommet qui est supérieur ou égal à un angle au sommet délimité par deux rayons de la portion tubulaire passant sensiblement au milieu de l'épaisseur des deux flancs. Les parties en saillie de la portion tubulaire déformable sont évasées depuis leur extrémité et présentent une symétrie longitudinale de manière à ne pas créer de rotation lors de la mise en position
initiale du stabilisateur.
La présente invention concerne également une tige, destinée à recevoir au moins un stabilisateur ainsi caractérisé, elle comporte un épaulement destiné à coopérer avec le stabilisateur. L'épaulement a une géométrie conjuguée à celle de la partie élastique du stabilisateur. La tige est destinée à recevoir des moyens externes qui contribuent à maintenir le stabilisateur en compression, elle comporte des moyens contribuant à maintenir le stabilisateur en compression contre l'épaulement, ces moyens étant destinés à
coopérer avec les moyens externes.
Les moyens contribuant à maintenir le stabilisateur en compression contre l'épaulement peuvent comporter au moins une zone pourvue d'un filetage mâle. Dans une variante, les moyens contribuant à maintenir le stabilisateur en compression contre l'épaulement peuvent comporter au moins un
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logement destiné à recevoir une pièce dont l'une des
faces est pourvue d'un filetage mâle.
L'épaulement de la tige est suffisamment
rigide de manière à être sensiblement indéformable.
Cette tige peut être une tige d'un train de tiges de forage. Cette tige peut être aussi bien une masse-tige. Elle peut instrumentée telle un outil de diagraphie pendant le forage et/ou un outil de mesure
pendant le forage.
La présente invention concerne également un ensemble formé d'au moins une tige ainsi caractérisée portant au moins un stabilisateur ainsi caractérisé. Il comporte de plus des moyens externes qui contribuent à maintenir le stabilisateur en compression contre
l'épaulement de la tige.
Les moyens externes peuvent prendre la forme d'une bague filetée intérieurement à visser sur
la tige.
Un premier espace est aménagé entre l'extrémité des parties en saillie de la partie tubulaire déformable et l'épaulement lorsque le stabilisateur est positionné contre l'épaulement sans compression. Un second espace inférieur au premier espace est aménagé entre l'extrémité des parties en saillie de la partie tubulaire déformable et l'épaulement lorsque le stabilisateur mis en position
initiale, est assujetti à une compression.
BR VE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à
la lecture de la description d'exemples de réalisation
donnés, à titre purement indicatif et nullement
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limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures lA, 1B, 1C montrent respectivement un stabilisateur selon l'invention, une tige de train de tiges de forage adaptée pour recevoir le stabilisateur selon l'invention et le stabilisateur monté sur la tige; la figure 2 montre partiellement le stabilisateur selon l'invention en compression contre l'épaulement de la tige; - les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F montrent respectivement une vue de dessus d'un stabilisateur selon l'invention, enfilé sur la tige et en contact contre l'épaulement et des coupes transversales à différents niveaux de ses éléments en saillie; - la figure 4 montre une variante des moyens de maintien en compression du stabilisateur selon l'invention lorsqu'il est enfilé sur la tige; - la figure 5 montre une variante de la partie élastique du stabilisateur; - la figure 6 montre un ensemble tigestabilisateur selon l'invention, la tige est de type outil de diagraphie pendant le forage et/ou outil de
mesure pendant le forage.
Les éléments identiques sont désignés par les mêmes caractères de référence. Les échelles ne sont
pas forcément respectées.
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EXPOS D TAILL DE MODES DE R ALISATION PARTICULIERS
On se réfère aux figures lA, 1B, 1C. La figure lA montre un stabilisateur 1 objet de l'invention, la figure 1B une tige 2 notamment de train de tiges de forage selon la présente invention, autour de laquelle vient se placer le stabilisateur 1 et la figure 1C le stabilisateur en place sur la tige. Cette tige 2, construite autour d'un axe (non représenté),
est préférentiellement une masse-tige.
Le stabilisateur inclut un corps qui porte sur la paroi du forage et sert de guidage pour positionner le train de tiges dans la formation. Le stabilisateur 1 peut prendre la forme d'un manchon construit autour d'un axe principal XX'. D'autres configurations sont toutefois possibles dans lesquelles
le stabilisateur ne serait pas cylindrique.
Le stabilisateur est destiné à être rapporté par enfilement autour de la tige 2. Dans l'exemple décrit, l'axe principal XX' du manchon est alors aligné avec celui de la tige 2. On pourrait envisager que le stabilisateur et la tige soient désaxés. Le stabilisateur serait alors excentré par
rapport à la tige.
Le stabilisateur est muni d'éléments 3 qui font saillie radialement vers l'extérieur du corps et qui sont destinés à porter sur la surface intérieure d'un forage. Ces éléments 3 ont été représentés comme des lames hélicodales mais d'autres configurations
sont possibles.
Le stabilisateur comporte au moins une
partie élastique 4 qui fait partie intégrante du corps.
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La partie élastique 4 se déforme lorsque le stabilisateur est maintenu dans une position initiale
en compression contre un épaulement 5 de la tige 2.
Cette déformation est réversible. Elle est destinée à compenser un jeu susceptible d'apparaître
ultérieurement entre le stabilisateur 1 et la tige 2.
La partie élastique prend la forme d'une portion tubulaire déformable 4, cette portion tubulaire
déformable 4 pouvant se déformer de manière réversible.
Comme cette portion tubulaire déformable 4 est en retrait par rapport aux éléments 3, elle n'entre pas en contact direct avec la surface interne du forage et ainsi ne risque pas de s'user. De la même manière, l'épaulement 5 de la tige 2 n'entre pas en contact
direct avec la surface interne du forage.
Des moyens de compression 6 (figure 1B) coopèrent avec le stabilisateur 1 pour le maintenir, une fois qu'il est enfilé sur la tige 2, en compression contre l'épaulement 5 de la tige 2. Ces moyens de compression 6 peuvent être par exemple de type visécrou. La tige 2 comporte une partie de ces moyens de compression, par exemple la partie vis. Une autre partie 61 des moyens de compression est externe à la tige 2. Cette autre partie peut prendre la forme d'une
bague filetée intérieurement 61.
Pour mettre en place le stabilisateur 1, on l'enfile sur la tige 2 de manière à ce qu'il vienne, à une extrémité, en contact avec l'épaulement 5, on enfile également la bague 61 filetée intérieurement et on la visse en direction de l'autre extrémité du stabilisateur 1. On applique sur les moyens de
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compression 6 un couple prédéterminé, ce couple se traduit par une force F qui provoque la déformation de la partie élastique 4. Il est préférable que les moyens de compression soient ensuite bloqués pour ne pas se desserrer, la bague filetée 61 pouvant être verrouillée
par un dispositif approprié.
Cette déformation réversible de la partie élastique 4 est telle qu'elle va absorber un changement mécanique relatif entre la tige et le stabilisateur susceptible d'apparaître ultérieurement. Elle empêche l'apparition d'un jeu entre le stabilisateur 1 et la
tige 2.
Par exemple, si à cause du différentiel de pression, la tige s'allonge plus que le stabilisateur, la déformation initiale de la partie élastique 4 se réduit mais le stabilisateur continue à être maintenu en compression contre l'épaulement de la tige. Le stabilisateur 1 ne devient pas libre sur la tige 2, il ne peut se déplacer en translation à cause du contact permanent existant entre le stabilisateur 1 et l'épaulement 5. Aucun jeu longitudinal, au moins, n'apparaîtra. On a vu que la tige 2 comportait des moyens contribuant à maintenir le stabilisateur 1 en compression contre l'épaulement 5. Sur les figures 1, ces moyens 63 sont formés d'au moins un logement destiné à accueillir une pièce 64 en secteur cylindrique pourvue sur l'une de ses faces d'un filetage mâle. Lorsque la pièce 64 est dans le logement 63, on peut rapporter autour de la tige 2 la bague filetée intérieurement 61 et en la vissant, on
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maintient en compression le stabilisateur 1 contre
l'épaulement 5 de la tige 2.
Sur la figure 1B, deux pièces 64 sont à rapporter chacune dans un logement 63 de la tige 2, elles sont diamétralement opposées. Le fait que le pas de vis mâle soit amovible permet de le changer
facilement s'il est endommagé.
Les moyens de la tige 2 contribuant à maintenir le stabilisateur 1 en compression pourraient être une zone 60 de la tige 2 pourvue d'un filetage mâle comme illustrée la figure 4. La zone 60 pourvue du filetage mâle occupe tout le périmètre de la tige 2,
mais il serait possible que cela ne soit pas le cas.
Lorsque le train de tiges est dans le forage, à cause notamment des variations de pression et/ou de température et/ou des chocs, même si un jeu longitudinal apparaît entre la tige 2 et le stabilisateur 1, ce jeu est absorbé par la partie élastique 4 et le stabilisateur 1 reste en appui contre l'épaulement 5 de la tige 2. Le reste du stabilisateur est rigide, il ne se déforme pas ou quasiment pas lors de sa mise en place, ni ultérieurement. De la même manière l'épaulement 5 est rigide, il ne se déforme pas ou quasiment pas lorsque le stabilisateur 1 est mis en
place en compression, ni ultérieurement.
La partie élastique 4 en coopérant avec l'épaulement 5, assure, en plus, un blocage angulaire du stabilisateur 1 par rapport à la tige 2. Ce blocage permet que le stabilisateur 1 et la tige 2 conservent
une même position angulaire relative en fonctionnement.
Cette structure est avantageuse si le forage est
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rotatif. De plus, pour des tiges 2 instrumentées, ce mode de réalisation évite l'apparition d'un quelconque décalage angulaire entre la tige et le stabilisateur sous peine de rendre les mesures impossibles ou faussées. Sur les figures lB une fenêtre 20 a été représentée sur la tige 2 et sur les figures lA, 1C une zone transparente 10 a été représentée sur le
stabilisateur au niveau d'un élément 3 en saillie.
Cette zone transparente 10 sera sensiblement en vis à vis avec la fenêtre 20 lorsque le stabilisateur est mis en place sur la tige 2. On cherche à l'y maintenir pendant le forage pour que les mesures ou diagraphies puissent être réalisées efficacement. Il est possible de surdimensionner la zone transparente 10 pour qu'elle reste en vis à vis de la fenêtre 20 quelles que soient
les conditions.
Dans le mode de réalisation des figures 1, la partie élastique 4 prend la forme d'une portion tubulaire déformable 4 qui se trouve à une extrémité du stabilisateur 1. Cette portion vient en appui contre l'épaulement 5 de la tige 2. La portion tubulaire 4 est formée le long de sa périphérie d'une succession de parties en saillie orientées longitudinalement 41 séparées par des parties en creux 42. Ces parties en saillie 41 peuvent prendre la forme de créneaux ou toute forme dérivée telles que des dents qui sont plus pointues que les créneaux ou des ondulations qui sont moins pointues que les créneaux par exemple. La forme de ces parties en saillie 41 est adaptée pour obtenir
la déformation réversible.
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Les parties en saillie de la portion tubulaire déformables sont évasées depuis leur extrémité. De plus, il est préférable qu'elles soient symétriques par rapport à l'axe XX' afin d'éviter de créer une rotation, lors d'un éventuel déplacement en translation de la portion tubulaire déformable 4 par rapport à la tige 2, notamment lors de l'application de la force F qui est appliquée dans la phase initiale
pendant la compression.
L'épaulement 5 de la tige 2 possède une forme géométrique conjuguée par rapport à celle de la portion tubulaire déformable 4 avec une succession de parties en saillie 51 séparées par des parties en creux 52 (figure 1B). Les parties en saillie 51 de
l'épaulement sont indéformables ou quasi indéformables.
Sur les figures lA, 1C, on a représenté les parties en saillie 41 du stabilisateur 1 sous forme de crénelures. Lorsque l'on enfile le stabilisateur 1 sur la tige 2, on le pousse contre l'épaulement 5, les parties en saillie 41 de la partie tubulaire déformable s'engagent entre les parties en saillie 51 conjuguées de l'épaulement 5 (figure 3B). Les flancs 43 des crénelures 41 de la portion tubulaire déformable 4 viennent en contact contre les flancs 53 des parties en saillie 51 de l'épaulement 5. A ce stade, un premier espace J sépare les extrémités des parties en saillie 41 de la portion déformable 4, de l'épaulement 5 et
plus particulièrement du fond des parties en creux 52.
Ce premier espace J est visible sur la figure 3A.
Sensiblement le même espace est aménagé entre l'extrémité des parties en saillie 51 de l'épaulement 5
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et la portion tubulaire déformable 4 et plus
particulièrement le fond des parties en creux 42.
Lorsque, grâce aux moyens de compression 6, on déforme la portion tubulaire déformable 4 pour la placer en position initiale, il y a un second espace Jl entre les extrémités des parties en saillie 41 de la portion déformable 4 et l'épaulement 5 (figure 2). Le second espace Ji est inférieur au premier espace J mais il est préférable qu'ils aient le même signe, c'est à dire qu'il ne se produise pas de chevauchement entre
les parties en saillie 41 et l'épaulement 5.
Sensiblement le même second espace JI subsiste entre l'extrémité des parties en saillie 51 de l'épaulement 5
et la portion tubulaire déformable 4.
Sur la figure 2, le stabilisateur 1 est représenté monté sur la tige 2, la portion tubulaire déformable 4 est déformée, on voit que ses parties en saillie 41 se sont ouvertes en corolle, elles se sont soulevées légèrement par rapport aux parties en saillie
51 de l'épaulement 5. Mais le second espace Jl existe.
Lorsque, sous l'effet de la température et/ou de la pression qui règnent dans la formation, la tige 2 s'allonge plus que le stabilisateur, les parties en saillie 41 vont se resserrer, mais il subsiste toujours un espace entre les extrémités de parties en saillie de la portion déformable et l'épaulement. Les flancs 43 des crénelures 41 de la portion tubulaire déformable 4 restent en contact contre les flancs 53
des parties en saillie 51 de l'épaulement 5.
Pour que la déformation de la portion tubulaire déformable 4 puisse se faire lorsque les
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moyens de compression 6 sont activés, des surfaces venant en contact à la fois de l'épaulement 5 et de la portion tubulaire déformable 4 glissent l'une par
rapport à l'autre selon une trajectoire dégageante.
Pour cela, les parties en saillie 41, 51 à la fois de la portion tubulaire déformable 4 et de l'épaulement 5 ont des flancs 43,53 présentant un profil sensiblement
en hélice.
La figure 3A montre de manière agrandie, en vue de dessus, la portion tubulaire déformable 4 d'un stabilisateur 1 selon l'invention alors qu'il est enfilé sur une tige 2 juste en contact contre l'épaulement 5 mais pas encore déformée. Les figures 3B, 3C, 3D sont des coupes transversales de la portion tubulaire déformable 4, ces coupes étant réalisées au niveau des repères A, B, C quelconques. Les sections des parties en saillie 41 décroissent plus on se
rapproche de l'extrémité du stabilisateur.
Les deux flancs 43 d'une même partie en saillie 41 de la portion tubulaire déformable 4 délimitent un angle au sommet X, sensiblement constant pour une même partie en saillie, qui est supérieur ou égal à l'angle au sommet 8 délimité par deux rayons R passant sensiblement au milieu de l'épaisseur e des deux flancs 43. Sur la figure 3E, l'angle X est supérieur à l'angle 8. Lorsque l'angle 8 est égal à l'angle X comme sur la figure 3F, cela implique que les flancs 43 sont formés d'une succession d'éléments de surface orientés radialement. Les mêmes remarques s'appliquent aux parties en saillie de l'épaulement puisqu'elles ont une géométrie conjuguée de celle de la
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portion tubulaire déformable 4. Plus l'angle X est important, plus la déformation des parties en saillie se produit rapidement lorsqu'on met le stabilisateur en compression contre l'épaulement, toutes choses restant égales par ailleurs. L'angle 8 détermine le nombre de parties en saillie 41 le long de la portion tubulaire déformable 4. On s'arrange de préférence pour que toutes les parties en saillie 41 et que les parties en creux 42
qui les séparent soient égales.
La partie élastique 4 a deux fonctions dans le mode de réalisation des figures 3, elle empêche l'apparition d'un jeu longitudinal entre le stabilisateur 1 et la tige 2 et bloque en rotation le stabilisateur 1 par rapport à la tige 2. Elle empêche à la fois un déplacement en translation et un déplacement
en rotation du stabilisateur 1 par rapport à la tige 2.
Dans ce mode de réalisation, avec un ensemble d'une tige et d'au moins un stabilisateur comparable à celui des figures 3A à 3D, la portion tubulaire déformable 4 du stabilisateur 1 comporte six parties en saillie. La longueur L des parties en saillie 41 est de l'ordre de 50 millimètres (figure 3A). Le diamètre intérieur Dl du stabilisateur 1 est de l'ordre de 175 millimètres (figure 3C), le diamètre extérieur D2 du stabilisateur 1 (figure 3C), au niveau de la portion tubulaire déformable, est de l'ordre de millimètres. L'épaisseur e (figure 3C) des parties
en saillie est de l'ordre de 12 millimètres.
L'épaisseur des parties en saillie de l'épaulement est
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égale ou supérieure à celle de parties en saillie de la
portion tubulaire déformable.
L'angle X a été choisi égal à l'angle b, ce dernier valant environ 30 . L'angle au sommet 5 d'une partie en saillie est de l'ordre de 400(figure 3A). L'angle ax est de l'ordre de 200 (figure 3A). Cet angle cc détermine le pas de l'hélice qui génère la surface des flancs des parties en saillie de la portion tubulaire. Le pas p d'une valeur d'environ 1700 millimètres est donné par: P = r x D2 x tga Le stabilisateur et la tige ont été réalisés tous les deux en acier inoxydable dont le module d'Young Y vaut environ 200.109 Fa et le
coefficient de dilatation thermique 16x10-6 /OC.
Un tel stabilisateur 1 peut être réalisé dans un autre matériau métallique que l'acier inoxydable. Il en est de même pour la tige 2. Il n'est pas nécessaire que le stabilisateur et la tige soient réalisés dans le même matériau. Ils peuvent avoir des coefficients de dilatation thermique différents puisque la partie élastique compense un jeu susceptible d'apparaître lors de l'utilisation. Il est préférable toutefois que les matériaux de la tige et du manchon
aient des propriétés mécaniques approchantes.
Lorsque le stabilisateur est arrivé en contre l'épaulement avec F nulle le premier espace J valait 1,3 millimètres. Après l'application d'une force F d'environ 70 tonnes, le stabilisateur a parcouru une course d'environ 0,9 millimètre. En position initiale,
le second espace Jl valait environ 0, 4 millimètre.
SP 21257 CS
Les contraintes géométriques qui permettent au stabilisateur de rester encompression contre l'épaulement en étant bloqué en rotation quels que soient les changements mécaniques intervenant entre le stabilisateur et la tige s'expriment par D = 2Cc avec X > O On considère que l'angle cc est positif si les parties en saillie sont plus étroites à leur
extrémité qu'à leur base.
X > ô
Ji > 0 On considère que le second espace Jl est positif s'il est de même signe que le premier espace J. Les autres paramètres pourront varier de façon à satisfaire à des contraintes spécifiques, notamment e, L, X, D permettent d'ajuster le couple à appliquer. Pour obtenir une course J-Jl déterminée avec une force F déterminée, J, X, 5, Y seront ajustés. Pour obtenir une force F déterminée, x, X, e, Y ainsi que la rugosité des flancs en contact et le coefficient de frottement relatif entre les matériaux de l'épaulement
et de la portion tubulaire déformable seront ajustés.
On pourrait envisager que l'extrémité du stabilisateur 1 venant en compression contre l'épaulement 5 soit usiné en hélice de manière à former la partie élastique 4, celle-ci serait telle un ressort boudin. L'épaulement 5 de la tige 2 aurait alors des
flancs radiaux servant d'appui à la partie élastique 4.
La déformation que présenterait la partie élastique 4 lors de la mise en place du stabilisateur 1 correspondrait à la compression du ressort. Cette
SP 21257 CS
variante est schématisée sur la figure 5.
L'inconvénient de ce mode de réalisation est qu'un calage angulaire précis du stabilisateur 1 ne peut être
garanti aussi bien au montage qu'en utilisation.
La figure 6 montre un ensemble formé d'une tige 2 et d'un stabilisateur 1 selon l'invention en place dans un forage 9. Un outil de forage (non représenté) serait solidaire de la partie basse de l'ensemble. Une autre tige (non représentée) serait solidaire de la partie haute de l'ensemble. En remontant vers la surface, on trouve successivement, les moyens de compression 6, le stabilisateur enfilé sur la tige 2, avec sa partie élastique 4 à l'extrémité opposée à celle qui coopère avec les moyens de compression 6, l'épaulement de la tige 5. Au-dessus du stabilisateur 1, la tige 2 loge au moins un dispositif de mesure 21 matérialisé par une succession d'anneaux, ces anneaux pouvant représenter une succession d'électrodes ou de capteurs par exemple. Une telle tige
2 instrumentée peut être de type LWD et/ou MWD.
Un stabilisateur tel qu'il vient d'être décrit est suffisamment robuste pour supporter sans dommage les conditions difficiles rencontrées lors du forage. Dans le mode de réalisation des figures 1, il se positionne avec précision par rapport à la tige aussi bien longitudinalement qu'angulairement et
conserve cette position lors du forage.
Sa réalisation est aisée et son cot abordable. La réalisation des parties en saillie de la portion tubulaire déformable peut se faire facilement par un usinage au tour et fraise. Il en est de même
SP 21257 CS
pour les parties en saillie de l'épaulement de la tige.
De plus, il est facile et rapide de mettre en place le stabilisateur et de le remplacer en cas d'usure ou de
changement de dimensions du trou de forage.
Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été représentés et décrits de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention notamment au niveau
de la partie élastique.
SP 21257 CS
Claims (24)
1. Stabilisateur (1) destiné à être enfilé sur une tige (2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une partie élastique (4) susceptible de se déformer lorsque le stabilisateur (1) est maintenu dans une position initiale en compression contre un épaulement (5) de la tige (2), cette partie élastique (4) compensant un jeu susceptible d'apparaître ultérieurement entre le stabilisateur (1) et la tige (2).
2. Stabilisateur selon la revendication 1,
caractérisé en ce que le jeu est longitudinal.
3. Stabilisateur selon l'une des
revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie
élastique (4) en coopérant avec l'épaulement (5) assure, en position initiale, un blocage en rotation du stabilisateur (1) par rapport à la tige (2), ce blocage
en rotation étant conservé ultérieurement.
4. Stabilisateur selon l'une des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie
élastique (4) est située à une extrémité du stabilisateur et est destinée à venir contre
l'épaulement (5) de la tige (2).
5. Stabilisateur selon l'une des
revendications 1 à 4, caractérisé -en ce qu'il comporte
SP 21257 CS
également une partie plus rigide que la partie élastique (4), cette partie étant quasiment indéformable.
6. Stabilisateur selon l'une des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il a la
forme d'un manchon, la partie élastique (4) étant une portion tubulaire déformable du manchon, cette portion
tubulaire étant déformable de manière réversible.
7. Stabilisateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la portion tubulaire déformable (4) comporte, le long de sa périphérie, une succession de parties en saillie (41) orientées longitudinalement
et séparées par des parties en creux (42).
8. Stabilisateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parties en saillie (41) sont destinées à coopérer avec des parties en saillie (51) de l'épaulement (5), les parties en saillie (41) de la portion tubulaire déformable (4) possédant des flancs (43) qui assurent un contact glissant et dégageant avec des flancs (53) des parties en saillie (51) de
l'épaulement (5) lors de la mise en position initiale.
9. Stabilisateur selon l'une des
revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les flancs
(43) des parties en saillie (41) de la portion tubulaire déformable (4) ont un profil sensiblement en
hélice.
SP 21257 CS
10. Stabilisateur selon l'une des
revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, en coupe
transversale, les deux flancs (43) d'une partie en saillie (41) de la portion tubulaire déformable (4) délimitent un angle au sommet (X) qui est supérieur ou égal à un angle au sommet (8) délimité par deux rayons (R) de la portion tubulaire passant sensiblement au
milieu de l'épaisseur (e) des deux flancs (43).
11. Stabilisateur selon l'une des
revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les
parties en saillie (41) de la portion tubulaire déformable (4) sont évasées depuis leur extrémité et
présentent une symétrie longitudinale.
12. Tige (2) destinée à recevoir au moins
un stabilisateur (4) selon l'une des revendications 1 à
11, caractérisée en ce qu'elle comporte un épaulement
(5) destiné à coopérer avec le stabilisateur.
13. Tige selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'épaulement (5) a une géométrie
conjuguée à celle de la partie élastique (4).
14. Tige selon l'une des revendications 12
ou 13, destinée à recevoir des moyens externes (61) qui contribuent à maintenir le stabilisateur (1) en compression, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (60) contribuant à maintenir le stabilisateur (1) en compression contre l'épaulement (5), ces moyens (60) étant destinés à coopérer avec les moyens externes (61)
15. Tige selon la revendication 14, caractérisée en ce que les moyens contribuant à maintenir le stabilisateur (1) en compression contre l'épaulement (5) comportent au moins une zone (60)
pourvue d'un filetage mâle.
16. Tige selon la revendication 14, caractérisée en ce que les moyens contribuant à maintenir le stabilisateur (1) en compression contre l'épaulement (5) comportent au moins un logement (63) destiné à recevoir une pièce (64) dont l'une des faces
est pourvue d'un filetage mâle.
17. Tige selon l'une des revendications 12
à 16, caractérisée en ce que l'épaulement (5) est suffisamment rigide de manière à être sensiblement
indéformable.
18. Tige selon l'une des revendications 12
à 17, caractérisée en ce qu'il s'agit d'une tige d'un
train de tiges de forage.
19. Tige selon la revendication 18,
caractérisée en ce qu'il s'agit d'une masse-tige.
20. Tige selon l'une des revendications 12
à 19, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un outil de
diagraphie pendant un forage.
SP 21257 CS
21. Tige selon l'une des revendications 12
à 20, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un outil de
mesure pendant un forage.
22. Ensemble formé d'au moins une tige (2)
selon l'une des revendications 12 à 21, la tige (2)
portant au moins un stabilisateur (1) selon l'une des
revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte
de plus des moyens externes (61) qui contribuent à maintenir le stabilisateur (1) en compression contre
l'épaulement (5) de la tige (2).
23. Ensemble selon la revendication 22, caractérisée en ce que les moyens externes (61) prennent la forme d'une bague filetée intérieurement à
visser sur la tige (2).
24. Ensemble selon l'une des revendications
22 ou 23, caractérisé en ce qu'un premier espace (J) est aménagé entre l'extrémité des parties en saillie (41) de la partie tubulaire déformable (4) et l'épaulement (5) lorsque le stabilisateur est positionné contre l'épaulement (5) sans compression, un second espace (Jl) est aménagé entre l'extrémité des parties en saillie (41) de la partie tubulaire déformable (4) et l'épaulement (5) lorsque le stabilisateur (1) est mis en position initiale, le second espace (Jl) étant inférieur au premier espace (J).
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