FR2948145A1 - Tige de forage et train de tiges de forage correspondant - Google Patents

Abstract

Tige de forage d'une garniture 30 de forage, pour le forage d'un trou, la garniture de forage comprenant un train de tiges de forage 32 et un ensemble de fond de trou 31, ladite tige 1 comprenant une première extrémité 19 comprenant un filetage femelle et ayant une première inertie, une deuxième extrémité 10 comprenant un filetage mâle et ayant une deuxième inertie, une première zone intermédiaire 4 voisine de la première extrémité et ayant une troisième inertie, une deuxième zone intermédiaire 5 voisine de la deuxième extrémité et ayant une quatrième inertie, et une zone centrale 8 sensiblement tubulaire de diamètre extérieur inférieur au diamètre extérieur maximal d'au moins la première ou la deuxième extrémité et ayant une cinquième inertie, les troisième et quatrième inerties étant chacune inférieure aux première et deuxième inerties et la cinquième inertie étant inférieure aux troisième et quatrième inertie, caractérisé par le fait qu'elle comprend un boîtier 11 fixé à la tige sur une portion de la surface extérieure de celle-ci, au moins un capteur 15 de grandeur physique disposé dans le boîtier 11, et au moins un organe de transmission/stockage de données relié à une sortie du capteur, le boîtier 11 étant disposé à distance des première et deuxième extrémités 9, 10, le boîtier 11 étant monobloc avec la zone centrale 8 à distance des première et deuxième zones intermédiaires et possédant une inertie inférieure aux première et deuxième inerties.

Description

VMOG64.FRD 1 Tige de forage et train de tiges de forage correspondant

L'invention relève du domaine de la recherche et de l'exploitation de gisements pétroliers ou gaziers dans lesquels on utilise des trains de tiges de forage rotatifs constitués de composants tubulaires tels que des tiges de forage standard et éventuellement lourdes et d'autres éléments tubulaires, notamment des masse-tiges au niveau de l'ensemble de fond de trou, assemblés bout à bout, selon les besoins du forage.

L'invention concerne plus particulièrement un élément profilé pour un équipement de forage, rotatif ou non rotatif, tel qu'une tige ou une tige lourde, disposé dans le corps d'un train de tiges de forage. De telles garnitures peuvent permettre en particulier de réaliser des forages déviés, c'est-à-dire des forages dont on peut faire varier l'inclinaison par rapport à la verticale ou la direction en azimut, pendant le forage. Les forages déviés peuvent aujourd'hui atteindre des profondeurs de l'ordre de 2 à 6 km et des déplacements horizontaux de l'ordre de 2 à 14 km. Dans le cas de forages déviés de ce genre, comportant des tronçons pratiquement horizontaux, les couples de frottement dus à la rotation des trains de tiges dans le puits peuvent atteindre des valeurs très élevées au cours du forage. Les couples de frottement peuvent remettre en cause les équipements utilisés ou les objectifs du forage. En outre, la remontée de déblais produits par le forage est très souvent difficile, compte tenu de la sédimentation des débris produits dans le trou de forage, en particulier dans la partie fortement inclinée par rapport à la verticale, du trou de forage.

La sollicitation mécanique des composants tubulaires en est accrue. Pour mieux appréhender les évènements se produisant au fond du trou, les ensembles de fond de trou, à proximité du trépan peuvent être munis d'instruments de mesure. Toutefois, la connaissance de ce qui se passe dans le train de tiges, c'est-à-dire entre l'ensemble de fond de trou et la surface reste très incomplète, rendant l'optimisation de la construction de la garniture de forage et du processus de forage problématique. L'invention vient améliorer la situation.

Une tige de forage est prévue pour être montée dans un train de tiges d'une garniture de forage, pour le forage d'un trou, en général avec circulation d'un fluide de forage autour de ladite tige et dans un sens allant d'un fond de trou de forage vers la surface. La garniture de forage comprend un train de tiges de forage et un ensemble de fond de trou. La tige comprend une première extrémité comprenant un filetage femelle et ayant une première inertie, une deuxième extrémité comprenant un filetage mâle et ayant une deuxième inertie, une première zone intermédiaire voisine de la première extrémité et ayant une troisième inertie, une deuxième zone intermédiaire voisine de la deuxième extrémité et ayant une quatrième inertie, et une zone centrale sensiblement tubulaire de diamètre extérieur inférieur au diamètre extérieur maximal d'au moins la première ou la deuxième extrémité et ayant une cinquième inertie. Les troisième et quatrième inerties sont chacune inférieure aux première et deuxième inerties et la cinquième inertie est inférieure aux troisième et quatrième inerties. La tige comprend un boîtier fixé à la tige sur une portion de la surface extérieure de celle-ci, au moins un capteur de grandeur physique disposé dans le boîtier, et au moins un organe de transmission/stockage de données relié à une sortie du capteur, le boîtier étant à distance des première et deuxième extrémités, le boîtier étant monobloc avec la zone centrale à distance des première et deuxième zones intermédiaires et possédant une inertie inférieure aux première et deuxième inerties.

Une garniture de forage peut comprendre un train de tiges, un ensemble de fond de trou et un trépan, l'ensemble de fond de trou étant connecté au trépan, le train de tiges étant disposé entre l'ensemble de fond de trou et un organe d'entraînement du train de tiges en surface, le train de tiges comprenant une pluralité de tiges décrites ci dessus. Lesdites tiges sont montées à des endroits choisis selon les indications d'un modèle de calcul du comportement mécanique des garnitures de forage. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une tige de forage instrumentée; - la figure 2 est une vue en coupe selon un plan radial de la tige de forage de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe selon un plan radial d'un autre mode de réalisation de la tige de forage de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe axiale d'une tige de forage instrumentée; - la figure 5 est une vue en coupe axiale d'une tige de forage instrumentée; - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'une tige de forage instrumentée; la figure 7 est une vue de détail en coupe axiale d'une tige de forage du type des figures 1 ou 4 à 6; la figure 8 est une vue partielle en élévation d'une tige à plusieurs boîtiers ; la figure 9 est une vue en coupe selon IX-IX de la figure 8 ; la figure 10 est une vue en coupe selon X-X de la figure 8; les figures 11 et 12 sont des vues schématiques de garnitures de forage comprenant des tiges instrumentées, disposées à deux profondeurs distinctes; la figure 13 est un schéma d'un procédé de détermination de la position optimale des tiges instrumentées dans un train de tiges; la figure 14 est un schéma d'un procédé d'étalonnage d'un modèle d'estimation des charges mécaniques dans un train de tiges; la figure 15 donne deux courbes de paramètres estimés à partir de mesures discrètes en fonction du rang des tiges; la figure 16 est un schéma d'un procédé d'étalonnage d'un modèle d'évaluation de 20 la performance mécanique d'un train de tiges; la figure 17 donne deux courbes de paramètres estimés à partir de mesures discrètes en fonction de la profondeur.

Les dessins contiennent des éléments de caractère certain. Ils pourront donc 25 non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. Lors du creusement d'un puits, un mât de forage est disposé à terre ou sur une plateforme en mer pour forer un trou dans les couches du sol. Une garniture de forage est suspendue dans le trou et comprend un outil de forage tel qu'un trépan à son 30 extrémité inférieure. La garniture de forage peut être entraînée en rotation dans son ensemble par un mécanisme d'entraînement, actionné par des moyens non représentés, par exemple hydrauliques. Le mécanisme d'entraînement peut alors comprendre une tige d'entraînement à l'extrémité supérieure de la garniture de forage. Un fluide ou boue de forage est stocké dans un réservoir. Une pompe à boue envoie du fluide de forage à l'intérieur de la garniture de forage par l'orifice central de la tête d'injection, forçant le fluide de forage à s'écouler vers le bas à travers la garniture de forage. Le fluide de forage sort ensuite de la garniture de forage par des canaux du trépan puis remonte dans l'espace de forme générale annulaire formé entre l'extérieur de la garniture de forage et la paroi du trou. Le fluide de forage lubrifie l'outil de forage et emmène les déblais de creusement dégagés par le trépan du fond du trou jusqu'à la surface. Le fluide de forage 10 est ensuite filtré pour pouvoir être réutilisé. L'ensemble de fond de trou peut comprendre des masse-tiges de forage, assurant de par leur masse l'appui du trépan contre le fond du trou. L'ensemble de fond de trou peut également comprendre des composants (MWD, LWD, subs ...) munis de capteurs de mesure, par exemple de pression, de température, de contrainte, 15 d'inclinaison, de résistivité, etc. Des signaux provenant des capteurs peuvent être remontés en surface par un système de télémétrie câblée. Une pluralité de coupleurs électro-magnétiques peut être interconnectée à l'intérieur de la garniture de forage pour former un lien de communication. On peut se référer aux brevets US 6 670 880 ou US 6 641 434 par exemple. Les deux extrémités d'un composant de forage sont équipées de 20 coupleurs de communication. Les deux coupleurs du composant sont reliés par un câble, sensiblement sur la longueur du composant. Ayant mené des recherches sur le comportement mécanique des tiges de forage, comme par exemple l'endommagement par fatigue des tiges de forage, le flambage des tiges de forage dans les trajectoires très déviés, les contacts frottant entre 25 les tubages et les tiges de forage, les phénomènes vibratoires, etc., la demanderesse s'est rendue compte qu'une surveillance précise de paramètres physiques le long du train de tiges permet de valider des modélisations physiques, notamment mécaniques et hydrauliques. Il en résulte une amélioration du déroulement du forage d'un point de vue des performances techniques, de la sécurité opérationnelle et du coût. Il en résulte ainsi 30 une plus grande capacité à forer en profondeur et à grande distance horizontale de la trajectoire de forage. Lors du forage de puits très déviés (forte inclinaison), les frottements engendrés entre les tiges de forage et la paroi du trou sont très importants, engendrant une compression dans les tiges de forage. Cette compression est à l'origine de phénomènes de flambage qui peuvent alors causer le coincement de l'ensemble du train de tige de forage dans le puits, voire entraîner une rupture des tiges de forage. Le flambage des tiges de forage associé à la rotation de ces dernières entraînent en effet des phénomènes de fatigue. Dans les deux cas il s'en suit des pertes de productivité dans le forage, voire l'impossibilité d'arriver au réservoir pétrolifère. Les techniques actuelles ne fournissent pas de données physiques au niveau du train de tiges. La Demanderesse a mis au point un dispositif visant à améliorer la connaissance de l'état du train de tiges et/ou de son environnement. De nombreux paramètres ont une influence sur les contraintes subies par le train de tiges, notamment la pression de la boue à l'intérieur et à l'extérieur des tiges, la température, le frottement des tiges contre les parois du puits, le couple de rotation exercé, la déformation des tiges, les vibrations etc. La durée de manoeuvre (remontée complète de la garniture de forage puis descente à nouveau de celle-ci) au cours du creusement du trou peut être diminué, ce qui s'avère particulièrement intéressant en terme de réduction de la durée de l'étape de creusement, d'où une économie importante. On rappellera à cet égard que la remontée complète de la garniture de forage suivie de sa descente à nouveau est une opération longue de l'ordre d'une demi-journée à une journée de travail selon la profondeur du trou. La réduction de la durée de creusement est donc un facteur important de productivité. La demanderesse a également constaté un meilleur contrôle de la remontée des déblais de forage, une meilleure marge de sécurité en sur traction et en sur torsion, un bon maintien de l'intégrité mécanique des connections filetées, une diminution de l'usure par abrasion de la paroi interne du puits de forage, et une diminution des risques de coincement de la garniture de forage lors d'une manoeuvre de remontée. Dans le train de tiges, une tige de forage peut comprendre des éléments filetés et un tube, soudés bout à bout. La soudure du tube à l'élément peut être effectuée par friction. Ledit élément peut être usiné à partir d'une pièce courte de fort diamètre, tandis que le tube peut être de diamètre plus faible, d'où une très forte réduction de la masse de métal à usiner et de la quantité de déchets à l'usinage. Ledit élément peut présenter une longueur de l'ordre de 0,2 à 1,5 mètres. La garniture de forage peut également comprendre outre des tiges, des tiges lourdes, des masses tiges, des stabilisateurs, etc. Au moins une tige de forage comprend un boîtier équipé de capteurs de mesure. Le boîtier peut être équipé d'au moins un capteur de température, un capteur de déformations (ou jauge de contraintes), un capteur de pression, un accéléromètre, un magnétomètre, etc. La jauge de contraintes est capable de mesurer les diverses composantes du tenseur de déformations et de contraintes (tensions et cisaillements) et par là de déterminer les contraintes axiales, circonférentielles, de torsion ou de flexion et les déformations, notamment le flambage. L'accéléromètre permet, s'il est orienté dans un plan normal à l'axe de la tige, de mesurer une accélération latérale et les vibrations subies par la tige. L'accéléromètre permet, s'il est orienté dans l'axe de la tige, de mesurer une accélération axiale et l'inclinaison de la tige. Le magnétomètre (capteur de direction et d'intensité du champ magnétique) permet de connaître l'orientation angulaire de la tige instrumentée vis-à-vis du champ magnétique terrestre et la vitesse de rotation de la tige.

Dans un mode de réalisation, le train de tige comprend au moins une tige selon la demande de brevet FR 2 851 608 et/ou une tige selon la demande de brevet français n° 0800942 auxquelles le lecteur est invité à se reporter. Les composants de la garniture de forage sont réalisés sous forme tubulaire et sont reliés entre eux bout à bout, de manière que leurs canaux centraux se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre et constituent un espace central continu de circulation d'un fluide de forage de haut en bas entre la surface depuis laquelle on réalise le forage jusqu'au fond du trou où travaille l'outil de forage. Le fluide ou boue de forage remonte ensuite dans un espace annulaire délimité entre la paroi du trou de forage et la surface extérieure de la garniture de forage.

Le fluide de forage, au cours de sa remontée à l'extérieure de la tige de forage, entraîne des débris des formations géologiques traversés par l'outil de forage vers la surface depuis laquelle on réalise le forage. La garniture de forage est conçue de manière à faciliter la circulation ascendante du fluide de forage dans l'espace annulaire entre la garniture et la paroi du puits. On cherche à entraîner les débris de forage de manière efficace et à produire un balayage de la paroi du trou de forage et les surfaces d'appui de la garniture pour faciliter la progression de la garniture de forage à l'intérieur du trou.

Les caractéristiques d'une garniture de forage contribuent aux propriétés fondamentales de qualité, de performance et de sécurité du processus général de forage que ce soit pendant les phases de creusement proprement dites ou pendant les phases de manoeuvre entre le fond et la surface. Les évolutions de la recherche des hydrocarbures exigent la réalisation de profils de trajectoire de plus en plus complexe et dans des conditions géologiques de plus en plus extrêmes. On recherche actuellement des hydrocarbures à des profondeurs couramment supérieures à quatre kilomètres et à des distances à l'horizontale par rapport à l'installation fixe pouvant dépasser une dizaine de kilomètres.

La demanderesse s'est rendue compte que les caractéristiques notamment géologiques, mécaniques et hydrauliques dans la région du train de tiges étaient mal connues. L'ensemble de fond de trou peut être équipé de capteurs pour fournir des données relatives aux évènements se produisant au fond du trou. Le document US 2005/0279532 décrit le principe d'une garniture de forage à capteurs distribués.

Toutefois, la disposition précise d'un capteur et d'une tige de forage reste ignorée. Le document WO 2005/086691 mentionne un capteur monté en extrémité de tige dans une zone très épaisse et, par ailleurs, un capteur logé dans un élément de couverture. La zone très épaisse, de forte inertie et donc peu sensible à la flexion et à la torsion, ne permet pas une détection précise des efforts correspondants. L' élément de couverture s'avère fragile tant hors du trou de forage que dedans. Or, la constitution d'une tige de forage doit répondre à des exigences élevées et souvent contradictoires d'épaisseur, de rigidité en traction, en flambage et en torsion, de résistance à la fatigue, à la pression intérieure et à la pression extérieure, de démontabilité (dévissage), d'étanchéité des connections, de diamètre extérieur, de perte de charge hydraulique tant à l'intérieur qu'à l'extérieur, de mise en mouvement des boues côté extérieur, de faible frottement sur les parois du puits, de résistance à des composés chimiques agressifs tel que H2S, de transmission de données, etc. A ceci, s'ajoute le fait de disposer au moins un capteur, à la fois protégé mécaniquement, hydrauliquement et chimiquement et exposé au phénomène pour la mesure de laquelle ledit capteur est conçu. La Demanderesse a mis au point une tige de forage améliorée munie d'au moins un capteur permettant, entre autres, de mesurer le comportement en flambage de la tige et des tiges environnantes. On appelle modèle de calcul le modèle de calcul du comportement mécanique des garnitures de forage. Comme on peut le voir sur la figure 1, la tige 1 présente une forme générale de révolution autour d'un axe 2 qui constitue sensiblement l'axe du forage, lorsque la tige 1 d'un train de tiges de forage est en position de service à l'intérieur d'un trou de forage réalisé par un outil tel qu'un trépan disposé à l'extrémité de la garniture de forage. L'axe 2 est l'axe de rotation du train de tiges. La tige 1 présente une forme tubulaire, un canal 3 de forme sensiblement cylindrique de révolution étant ménagé dans la partie centrale de la tige 1.

Les composants de la garniture de forage, notamment les tiges du train de tiges de forage, sont réalisés sous forme tubulaire et sont reliés entre eux bout à bout, de manière que leurs canaux centraux 3 se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre et constituent un espace central continu de circulation d'un fluide de forage de haut en bas, entre la surface depuis laquelle on réalise le forage jusqu'au fond du trou de forage où travaille l'outil de forage. Le fluide ou boue de forage remonte ensuite dans un espace annulaire délimité entre la paroi du trou de forage et la surface extérieure du train de tiges. Une garniture de forage peut comprendre des tiges, des tiges lourdes, des masses-tiges, des stabilisateurs ou encore des raccords. Le terme de tige de forage ou encore tige ici employé désigne, sauf mention contraire, aussi bien les tiges de forage que les tiges lourdes ( heavy weight drill pipe en langue anglaise) généralement situées entre le train de tiges de forage et l'ensemble du fond de trou ( bottom hole assembly en langue anglaise). Les tiges sont assemblées bout à bout par vissage en un train de tiges qui constitue une partie importante de la longueur de la garniture de forage. La demanderesse s'est rendu compte que les grandeurs physiques le long du train de tiges de forage, c'est-à-dire entre la surface et l'ensemble de fond de trou, présentaient une grande importance. Il importe de les mesurer et d'exploiter ces mesures. En effet, le train de tiges frotte en rotation et en translation contre la paroi du trou foré. Le frottement provoque une usure lente mais néanmoins significative des composants du train de tiges et une usure relativement rapide des parois du trou foré ou du tubage déjà mis en place pouvant remettre en cause l'intégrité mécanique du tubage et donc entraîner un problème de stabilité des parois du puits. Le frottement entre les tiges de forage et les parois du trou foré peut quant à lui entraîner des coincements de tige (keyseat) préjudiciable pour l'opération de forage. L'invention permet une réduction de ces risques. La tige 1 peut être réalisée en acier à haute résistance mécanique, sous forme monobloc d'origine ou obtenue par tronçons puis soudés ensemble. Plus particulièrement, la tige profilée 1 peut comprendre deux tronçons profilés d'extrémités 6 et 7 relativement courts (longueur inférieure à 1 mètre, par exemple voisine de 0,50 m) formant connecteurs d'assemblage de tiges dits tool joints , deux zones intermédiaires 4, 5 de longueur inférieure à 1 mètre, par exemple voisine de 0,50 m et un tronçon central 8 tubulaire de longueur pouvant dépasser dix mètres, soudés ensemble. Le tronçon central 8 peut présenter un diamètre extérieur sensiblement plus faible que les tronçons d'extrémités (par exemple respectivement 149,2 mm et 184,2 mm) et un diamètre intérieur sensiblement plus grand que les tronçons d'extrémité (par exemple respectivement 120,7 et 111,1 mm). De la sorte l'inertie (ou moment quadratique) des tronçons d'extrémité 6, 7 par rapport à l'axe de la tige 1 peut être beaucoup plus grande (par exemple 3 à 6 fois plus grande) que celle du tronçon central 8. La fabrication du tronçon central 8 long à part des tronçons d'extrémités 6, 7 courts permet de réduire significativement la quantité de déchets, notamment de copeaux à l'usinage. On obtient de la sorte un rendement matière considérablement plus élevé. Le tronçon central 8 peut se présenter sous la forme de la partie centrale d'un tube d'alésage sensiblement constant et de diamètre extérieur sensiblement constant (diamètre nominal de la tige de forage), avec une surépaisseur aux extrémités vers les tronçons 6 et 7 obtenue par diminution du diamètre intérieur ( internai upset en langue anglaise) pour faciliter le raccordement par soudure auxdits tronçons 6 et 7. Les zones intermédiaires 4 et 5 comprennent ces extrémités surépaissies et raccordent les tronçons 6 et 7 au tronçon central 8. Les zones intermédiaires ont des inerties par rapport à l'axe de la tige 1 inférieures aux inerties des tronçons 6 et 7 et supérieures à l'inertie du tronçon central 8. De façon générale, la description qui suit est donnée de l'extrémité libre du tronçon 6 à l'extrémité libre du tronçon 7. Le tronçon 6 (ou tool joint femelle) comprend une portion de connexion femelle 9 de surface extérieure annulaire cylindrique comportant un alésage pourvu d'un filetage femelle 9a en vue de la connexion à un filetage mâle d'une autre tige 1. La portion de connexion 9 peut être selon la spécification API 7 ou selon le brevet US6153840 ou US7210710 auxquels le lecteur est invité à se reporter. La portion de connexion 9 constitue l'extrémité libre du tronçon d'extrémité 6. Le tronçon 7 (tool-joint mâle) comprend une portion de connexion mâle 10 de surface extérieure annulaire cylindrique comportant un filetage mâle 10a en vue de la connexion à un filetage femelle d'une autre tige 1. Le filetage mâle l0a est en concordance de forme avec le filetage femelle d'une autre tige. La portion de connexion 10 constitue l'extrémité libre du tronçon d'extrémité 7. Dans le mode réalisation de la figure 1, la tige 1 comprend un boîtier 11 disposé autour du tronçon central 8 sensiblement à mi distance entre les tronçons 6 et 7.

Le boîtier 11 présente une forme extérieure sensiblement annulaire. Le boîtier 11 présente ici une surface extérieure cylindrique de révolution 1l a concentrique avec le tronçon central 8 se raccordant à la surface extérieure du tronçon central 8 par une surface sensiblement tronconique amont 1lb et une surface sensiblement tronconique aval 11c formant un profil en long limitant les pertes de charge à l'écoulement du fluide de forage chargé en débris de forage autour de la tige (dans l'annulaire entre la paroi du trou et la tige). L'angle de la génératrice de ces surfaces tronconiques 1 lb, l 1 c peut ainsi être inférieur ou égal à 30°. Les surfaces sensiblement tronconiques amont 1 lb et aval 11c présentent des congés de raccordement aux surfaces cylindriques adjacentes (rayon de ces congés préférablement supérieur à 10 mm).

Le boîtier 11 peut comprendre un corps 12 et un ou plusieurs couvercles 13. Le corps 12 est préférentiellement monobloc avec le tronçon central 8, par exemple venu de forgeage ( external upset en langue anglaise) ou d'usinage, de manière notamment que le corps 12 soit soumis aux mêmes contraintes que le tronçon central 8. Le corps 12 et le couvercle 13 délimitent un logement 14, ici de forme sensiblement parallélépipédique. Le boîtier 1l possède un diamètre extérieur inférieur au diamètre maximal de la tige de façon à être protégé de l'abrasion par les parois du trou et une longueur la plus courte possible, inférieure à 200 mm, par exemple de l'ordre de 150 mm, pour perturber a minima les caractéristiques hydrauliques du tronçon central 8 et les sollicitations subies par celui-ci. Le diamètre extérieur du boîtier 11 est avantageusement choisi pour que l'inertie du boîtier 11 par rapport à l'axe ne soit pas trop supérieure à celle du tronçon central voisin, par exemple comprise entre 100% et 200%, et préférablement entre 130 et 180%, de l'inertie du tronçon central. Il est également préférable que l'inertie par rapport à l'axe du boîtier 11 soit inférieure ou égale à celle des zones intermédiaires 4 et 5. Le couvercle 13 peut se présenter sous la forme d'une plaque à surface extérieure bombée convexe en coupe transversale, cf. figure 2, en concordance de forme avec la surface extérieure du corps 12, et à surface intérieure plane ou concave. Le couvercle 13 peut obturer de façon étanche aux liquides le logement 14, y compris aux fortes pressions de service rencontrées lors d'un forage d'hydrocarbures ou géothermique, au moyen par exemple d'un joint d'étanchéité périphérique en matériau synthétique du genre élastomère. La fixation du couvercle 13 peut être assurée par des vis. Le rebord du couvercle 13 en contact avec le corps 12 peut être muni d'au moins un bourrelet ou rainure formant une chicane améliorant l'étanchéité. La tige 1 comprend au moins un capteur 15 disposé dans le logement 14, par exemple comme ici vissé dans un trou borgne taraudé percé dans le fond du logement 14 et faisant partie du logement. Avantageusement, ledit trou borgne a une profondeur telle que l'épaisseur de matière sous ledit trou borgne (entre le fond du trou borgne et l'alésage 3) soit au moins égale à celle de la partie courante du tronçon central 8 pour ne pas affecter l'intégrité mécanique de la tige. Le capteur 15 peut, en variante, être fixé au corps 12 par tout autre moyen, par exemple par collage sur une portion plane du fond du logement 14 (l'épaisseur de matière est alors à considérer entre ladite portion plane et l'alésage 3). La tige 1 peut comprendre une source d'énergie électrique 16 disposée dans le logement 14. La source d'énergie électrique 16 ou alimentation peut comprendre une pile ou une batterie, par exemple disposée dans un logement cylindrique de révolution 17. Ledit logement cylindrique de révolution 17 peut être obturé par un bouchon fileté 18 distinct du couvercle 13 et coopérant avec un filetage femelle ménagé dans la paroi du corps 12. Un câble d'alimentation 19 relie la source d'énergie électrique 16 et le capteur 15. Le logement 14 peut également comprendre une électronique de traitement des signaux issus du capteur 15, notamment pour numériser lesdits signaux. Une mémoire 20 peut être disposée dans le logement 14, reliée au capteur 15 et configurée pour enregistrer des données en provenance du capteur 15. La mémoire 20 peut faire partie d'une carte mémoire. Alternativement ou en plus de la mémoire 20, la tige 1 peut être munie d'une liaison de communication à distance afin que les opérateurs puissent disposer des données en provenance du capteur 15 en temps réel, ou en très léger différé selon le débit de la liaison. La liaison de communication à distance peut être filaire dans la tige 1, par exemple par un câble de communication 21, et électromagnétique entre deux tiges. On peut se reporter au document US 6 670 880, US 6 641 434, US 6 516 506 ou encore US 2005/115717 pour le couplage de communication entre deux tiges voisines. D'autres types de couplage peuvent également être utilisés (contact direct, par antenne ...). Le capteur 15 peut être un capteur de température, par exemple dans une gamme pouvant aller jusqu'à 350°C. Le capteur 15 peut être associé à un filtre non représenté pour transmettre des données de température au-delà d'un seuil préréglé. Le capteur 15 peut être un capteur de direction et d'intensité du champ magnétique. Le magnétomètre permet alors de connaître l'orientation angulaire de la tige instrumentée vis-à-vis du champ magnétique terrestre. Il peut également permettre de mesurer la vitesse de rotation effective de la tige et par ce moyen de détecter des problèmes de vibration de torsion ( stick slip ). Le capteur 15 peut être un capteur de pression, par exemple dans une gamme pouvant aller jusqu'à une valeur comprise entre 35*106 Pa (sensiblement 5100 psi) et 25*107 Pa (sensiblement 36300 psi). Le capteur de pression peut présenter un organe débouchant dans le canal 3 pour mesurer une pression interne. Le capteur de pression peut présenter un organe débouchant à l'extérieur du boîtier 11 pour mesurer une pression externe dans l'annulaire entre paroi du trou foré et tige de forage. Deux capteurs de pression peuvent être disposés dans le logement 14. Ils permettent notamment alors de mesurer les pertes de charge du fluide de forage et de détecter, en cas de fortes pertes de charge, un phénomène de collage entre la tige et la paroi de puits et le début d'un tel phénomène. Le capteur 15 peut être un capteur d'accélération (accéléromètre), par exemple dans la gamme de 0 à 100 ms-2. Le capteur d'accélération peut détecter des accélérations de fréquence élevée par exemple jusqu'à 1000 Hz. La mesure des accélérations par des accéléromètres disposés axialement, tangentiellement et latéralement) permet de mesurer les vibrations axiales, de torsion et latérales. Un accéléromètre axial permet en outre une mesure indirecte de l'inclinaison et un accéléromètre tangentiel une mesure indirecte de la vitesse de rotation de la tige. Il est donc intéressant d'installer des capteurs 15 pour mesurer les accélérations dans ces diverses directions. Le capteur 15 peut être un capteur de déformations (ou jauge de contraintes), permettant de mesurer des composantes géométriques de torsion, flexion, tension, compression, allongement, cisaillement, etc. et par là de mesurer des composantes du tenseur de contrainte, notamment de tension et cisaillement, et de déterminer les contraintes axiales, circonférentielles, de torsion ou de flexion et les déformations, notamment le flambage. Dans une variante non représentée du mode réalisation de la figure 1, la tige 1 est semblable au mode de réalisation précédent à ceci près que le boîtier 11 est disposé décalé par rapport au milieu de la tige 1 (plan situé à mi-distance entre les zones intermédiaires 4 et 5), par exemple à une distance pouvant aller jusqu'à de l'ordre de 3 mètres par rapport au milieu mais préférentiellement jusqu'à une distance de l'ordre de 1 mètre dudit milieu.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le boîtier 11 est semblable à celui du mode de réalisation illustré sur la figure 2 à ceci près que le couvercle 13 se présente sous la forme d'au moins un bouchon muni d'un filetage mâle sur sa surface extérieure prévu pour coopérer avec un filetage femelle correspondant ménagé dans le corps 12. Le couvercle 13 peut être muni d'un élément d'entraînement, par exemple sous la forme d'un trou borgne à six pans permettant le vissage ou le dévissage du couvercle 13 au moyen d'une clef mâle appropriée. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'une structure particulièrement simple et d'un bouchon robuste. Ce mode de réalisation du boîtier 11 est compatible avec les différents positionnements possibles du boîtier 11, le long de la tige 1. Le couvercle peut comprendre une pluralité de bouchons.

Le mode de réalisation illustré sur la figure 4 est semblable à celui de la figure 1 à ceci près qu'un boîtier supplémentaire 41 est en contact avec (ou intégré dans) le tronçon d'extrémité 7. Le boîtier supplémentaire 41 présente un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur du tronçon d'extrémité 7. Le boîtier supplémentaire 41 recouvre partiellement le tronçon d'extrémité 7 du côté opposé à la portion de connexion 10. Le boîtier supplémentaire 41 présente une surface extérieure 41a cylindrique de révolution ou légèrement bombée se raccordant à la surface extérieure du tronçon d'extrémité 7 par une surface de guidage sensiblement tronconique 41b à génératrice rectiligne ou bombée convexe et se raccordant à la surface extérieure de la zone intermédiaire 5 par une surface de guidage sensiblement tronconique 41c de longueur et/ou de pente supérieure à la précédente mais de forme sensiblement similaire. La surface extérieure 41a possède un diamètre qui est le diamètre maximal de la tige et est apte à venir en appui contre la paroi du trou foré ou des tubes de cuvelage garnissant la partie supérieure de celui-ci. La surface extérieure 41a comporte avantageusement un revêtement anti-abrasion, de dureté supérieure à la dureté des autres surfaces extérieures de la tige. Une telle surface extérieure et de telles surfaces de guidage peuvent être réalisées conformément aux indications des documents FR2851608 et FR n°0800942 précités. L'une et/ou l'autre des surfaces de guidage 41b, 41c peuvent notamment comprendre des rainures hélicoïdales aptes à écoper les débris et à les éjecter de la zone de contact entre la surface 41a et la paroi du trou ou du tube de cuvelage. Le boîtier supplémentaire 41 comprend un alésage étagé avec une portion de petit diamètre en contact avec la surface extérieure du tronçon central 8, une portion de grand diamètre en contact avec la surface extérieure du tronçon d'extrémité 7 et une surface tronconique de raccordement. La structure interne du boîtier supplémentaire 41 peut être du type illustré sur la figure 2 ou sur la figure 4. Le boîtier supplémentaire 41 peut notamment abriter une alimentation et/ou une électronique pour le boîtier 11, ce qui peut permettre de réduire la taille dudit boîtier 11 et donc son inertie par rapport à l'axe. Un passage de câbles peut être prévu entre le boîtier 11 et le boîtier supplémentaire 41. Le tronçon d'extrémité opposée 6 peut également présenter un diamètre extérieur et un profil sensiblement identiques à ceux de la surface 41a selon l'enseignement des documents FR2851608 et FR n°0800942. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, le boîtier supplémentaire 41 présente une forme similaire à celui du mode de réalisation précédent et est disposé du côté opposé, en contact et avec recouvrement partiel du tronçon d'extrémité 6. Sa surface extérieure 41a de diamètre maximal peut également être munie d'un revêtement anti-abrasion. Le tronçon d'extrémité opposée 7 peut également présenter un diamètre extérieur et un profil sensiblement identiques à ceux de la surface extérieure de grand diamètre du boîtier supplémentaire 41 selon l'enseignement des documents FR2851608 et FR n°0800942. Comme représenté à la figure 6, un boîtier supplémentaire 41 peut être disposé au niveau d'une zone intermédiaire 4, 5. Au moins un et préférentiellement les deux tronçons d'extrémité 6, 7 peuvent présenter une portion 38 de diamètre extérieur correspondant au diamètre maximal de la tige, munie d'un revêtement anti-abrasion 37. Le profil de cette portion peut être réalisé selon l'enseignement des documents FR2851608 et FR n°0800942. Les boîtiers 11 et 41 sont reliés par une liaison filaire 39. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 7, le boîtier 11 est disposé sur le tronçon central 8 comme illustré sur les figures 1 et 3. Le corps 12 est monobloc avec le tronçon central 8, par exemple forgé ou usiné. Le logement 14 est obturé par deux couvercles étanches 13, du genre plaque, disposés de façon diamétralement opposée et fixés au corps 12 par vissage. Une pluralité de capteurs 15 sont montés dans le logement 14, par exemple six disposés en deux lignes à 180° de trois capteurs pour optimiser la mesure des contraintes. Les capteurs 15 peuvent comprendre un capteur de pression en communication avec le canal 3 par un perçage 22 pour mesurer la pression interne et en communication avec l'extérieur de la tige 1 par un perçage 23 débouchant sur une surface tronconique de raccordement à proximité du tronçon central 8. Les capteurs peuvent comprendre une pluralité de jauges de contrainte permettant d'estimer des déformations et efforts tridimensionnels, notamment la tension, la compression, la torsion, les moments de flexion, le flambage. Les capteurs 15 sont munis d'une liaison filaire par un câble 24 rejoignant le canal central 3 en passant par un perçage correspondant ménagé dans l'épaisseur du corps 12 et du tronçon central 8. Un autre câble de communication 25 débouche à l'extérieur du boîtier 11 à proximité du tronçon central 8 par un perçage correspondant débouchant dans la surface tronconique d'extrémité du corps 12 formant une liaison entre le réceptacle 12 et un autre boîtier, par exemple le boîtier 41 de la figure 5.

Le boîtier 11 comprend également un connecteur 26 disposé dans une cavité 27 ménagée dans le corps 12 à partir de la surface tronconique de raccordement et muni d'un bouchon étanche. Le connecteur 26 est relié par un câble de communication 28 au capteur 15. Le connecteur 26 permet le téléchargement de données issues des capteurs 15 et stockées dans la mémoire 20 après remontée de la tige en surface. Le connecteur 26 peut être remplacé par un émetteur wi-fi permettant un téléchargement sans contact avec un récepteur adéquat. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, une tige comprend une pluralité de boîtiers 11, 111, 211 par exemple trois, chacun de faible longueur, par exemple inférieure à 150 mm, voire inférieure à 130 mm. Chaque boîtier 11 comprend une pluralité de chambres 14 formées dans des trous borgnes ménagés depuis la surface extérieure du corps 12. Chaque chambre 14 est fermée par un couvercle 13 côté extérieur et reçoit un capteur 15 en son fond ou une batterie 16 ou un composant électronique ou une mémoire 20. Le couvercle 13 peut se présenter sous la forme d'un bouchon à bord extérieur fileté venant en prise avec un taraudage ménagé sur les parois du trou borgne. Les boîtiers 11, 111, 211 peuvent présenter des diamètres extérieurs sensiblement égaux. Avantageusement le boîtier central 211 possède un diamètre extérieur inférieur à celui des boîtiers latéraux 1l, 111, ce qui permet de protéger sa surface extérieure de l'abrasion. Les boîtiers 11, 111, 211 peuvent présenter une surface de grand diamètre sensiblement cylindrique à génératrice rectiligne ou légèrement bombée convexe se raccordant à la surface extérieure de la partie courante de la zone centrale 8 par une zone tronconique amont et une zone tronconique aval se raccordant avec des arrondis appropriés. Les surfaces de grand diamètre peuvent être protégées par un revêtement dur 37. Comme on peut le voir sur les figures 9 et 10, les boîtiers peuvent présenter des formes différentes en section transversale. Le boîtier latéral 111 illustré sur la figure 9 (ou le boîtier latéral 11 non représenté) présente une surface extérieure circulaire. Des zones rechargées de haute dureté peuvent être ménagées entre les chambres. Comme illustré sur la figure 10, le boîtier 211 présente des creux séparant angulairement deux chambres sensiblement disposées dans le même plan radial. Les chambres sont ménagées dans des bossages en saillie vers l'extérieur. Le fait de disposer une série de boîtiers de faible longueur permet de se rapprocher des caractéristiques mécaniques de la partie courante de la zone centrale 8, notamment en flexion et en torsion. Il en résulte une meilleure appréhension des paramètres mécaniques à mesurer ou à estimer. Le boîtier 211 illustré sur la figure 10 offre de faibles pertes de charge pour l'écoulement de la boue de forage. Le boîtier 111 illustré sur la figure 9 bénéficie d'une usure réduite lors de frottement contre les parois extérieures du trou de forage ou du tubage prédisposé et une faible abrasion des parois internes du trou ou du tubage. La juxtaposition des boîtiers 111 et 211 à une distance comprise entre 100 et 300 mm s'avère intéressante.

Comme illustré sur les figures 11 et 12, une garniture de forage 30 comprend un ensemble de fond de trou 31 et un train de tiges 32 disposé entre l'ensemble de fonds de trou et une installation de surface 33. Le train de tiges 32 comprend une pluralité de tiges 1 à espacements choisis selon les résultats fournis par le modèle numérique ou analytique de calcul du comportement mécanique des garnitures de forage. Les tiges 1 ont été représentées au nombre de quatre (figure 11) ou cinq (figure 12) pour des raisons de simplicité du dessin. En pratique, leur nombre dépend de la longueur du train de tiges et peut être exprimée en pourcentage du nombre de tiges, notamment supérieur à 1%, préférablement supérieur à 5%. La répartition des tiges 1 peut être régulière ou non. Les autres tiges du train de tiges 32 peuvent être du type à transmission intégrée, par exemple filaire à l'intérieur d'une tige et électromagnétique entre deux tiges. Les données fournies par les capteurs des tiges 1 sont ainsi communiquées en surface et peuvent être stockées dans des mémoires puis traités par un modèle en vue de la mise à la disposition d'une interface homme machine. Le modèle peut être un modèle numérique ou analytique de calcul du comportement mécanique des garnitures de forage. On peut ainsi disposer d'informations relatives au comportement des tiges du train de tiges 32 et non plus seulement au comportement des composants de l'ensemble de fond de trou 31. Les données de mesure des capteurs 15 disposés dans les tiges 1 s'avèrent d'autant plus intéressantes que le trou de forage est long et présente une forte courbure ou encore des changements de courbure, fonction du type de trajectoire de forage. Les figures 11 et 12 montrent un exemple de positionnement de l'ensemble de fond de trou et de l'ensemble du train de tige munis de tiges instrumentées à 2 profondeurs successives de forage, MDj et MDj+1. Une tige instrumentée de rang 1 (IDP 1), est munie, par exemple de 3 capteurs permettant de mesurer une grandeur physique M1, M' 1 et M" 1, M pouvant être la mesure d'un capteur de déformation (mesure de la tension, compression, torsion, moment de flexion, déformation) ou d'un accéléromètre (mesure des accélérations axiales, de torsion et latérales). La tige instrumentée de rang i (IDPi) peut avoir un ou plusieurs capteurs pour une ou plusieurs mesures Mi, M'i, M"i, etc. On appelle Mi,j la mesure d'une grandeur physique d'une tige instrumentée de rang i (IDPi) effectuée à une profondeur j (MDj) ou à un instant donné pendant le forage. Le modèle de calcul (numérique ou analytique) du comportement mécanique des garnitures, voir figures 13, 14 et 16, permet en fonction de la trajectoire de forage (profondeur, inclinaison et azimut), des caractéristiques de la boue de forage (densité, type, rhéologie), des caractéristiques de l'ensemble du train de tige et fond de trou (longueur, diamètre intérieur et extérieur du corps de la tige et des connexions, poids linéique, module d'Young, etc. de chaque élément), des caractéristiques des tubages mis en place (profondeur du sabot, diamètre intérieur et extérieur), des paramètres opératoires (vitesse d'avance du forage, vitesse de manoeuvre, vitesse de rotation, poids sur le trépan, etc.) et des coefficients de frottement entre les tiges de forage et les parois du puits de forage, de calculer la tension, le couple, les moments de flexion, les efforts tranchants, les forces de contact tige-puits, l'allongement, le vrillage, les déformations de n'importe quel élément du train de tige et/ou à n'importe quel position d'un élément donné. Ce modèle de calcul souvent appelé modèle de Torque and Drag dans le métier peut être celui décrit dans la publication SPE 98965 Advancement in 3D drillstring mechanics: from the bit to the Topdrive (Menand et al, 2006). Ce modèle permet également de calculer les modes propres du train de tiges, c'est-à-dire les fréquences naturelles pour lesquelles le train de tige peut entrer en vibration. La méthode de détermination du nombre et de la position des tiges instrumentées est décrite sur la figure 13. La méthodologie décrite permet de déterminer le nombre et la position des tiges instrumentées dans le train de tige pour le forage d'un puits de forage donné. Cette détermination a lieu généralement dans la phase dite de planification d'un puits de forage où l'on détermine les équipements nécessaires à la réalisation de l'opération de forage. Cette détermination avec optimisation du nombre et de la position des tiges instrumentées est importante, dans le sens où l'on définit un nombre suffisant de tiges instrumentées positionnées à des endroits choisis permettant de connaître le comportement mécanique de l'ensemble du train de tige. Etant donné les paramètres du modèle de calcul connu, un nombre n de tiges instrumentées est positionné à espacement donné arbitraire au début du processus itératif (régulier ou irrégulier dépendant des caractéristiques de la trajectoire). Un ensemble de m simulations est alors réalisé avec le modèle de calcul à différentes profondeurs de forage (MD1 à MDn). Les résultats de ces n simulations sont alors analysés de manière à savoir si le positionnement des tiges instrumentées est optimal pour décrire convenablement le comportement mécanique de l'ensemble du train de tige et interpoler correctement les mesures entre deux tiges instrumentées consécutives. L'on souhaite également connaître le comportement mécanique de l'ensemble du train de tiges en utilisant des mesures à des endroits discrets le long du train de tiges de forage. La qualité d'interpolation des mesures via le modèle de calcul est donc importante. Si le nombre et la position des tiges instrumentées sont jugés optimaux, alors le nombre et la position de chaque instrumentée sont définis. La tige instrumentée de rang 1 se trouvant à une distance DB1 de l'outil de forage, la tige instrumentée de rang i se trouvant à une distance DBi de l'outil de forage, etc. Si la position n'est pas jugée optimale, alors le nombre et les positions des tiges instrumentées le long du train tiges sont modifiés, pour recommencer le processus jusqu'à obtenir une position optimale des tiges instrumentées le long du train de tiges. Cette position optimale visera à assurer que le modèle de calcul puisse interpoler de manière satisfaisante les mesures des tiges instrumentées réalisées à des endroits discrets le long du train de tige. L'interpolation peut être de type linéaire, quadratique ou cubique. La tige instrumentée ayant des dimensions similaires aux autres tiges dites standard, le comportement mécanique de l'ensemble du train de tige s'en trouve conservé. Par ailleurs, cela facilite aussi l'interpolation des mesures des tiges instrumentées aux autres tiges dites standard en raison de la similarité géométrique. Des exemples de réalisation et d'utilisation des tiges instrumentées sont donnés afin de faciliter la compréhension de ce procédé (figure 15 et 17). Le nombre m de simulations peut être différent du nombre n de tiges instrumentées. La figure 14 montre une utilisation des mesures des tiges instrumentées pendant le forage en vue d'un traitement par un modèle de calcul pour détecter les dysfonctionnements (vibrations, flambage, etc.) pendant le forage (traitement dit en temps-réel ). Etant donné les paramètres du modèle de calcul connu, le nombre et le positionnement des tiges instrumentées définis, le modèle de calcul est utilisé pour réaliser une simulation à une profondeur MDi. Les mesures effectuées sur les tiges instrumentées qui peuvent remonter à la surface par l'organe de transmission sont analysées et filtrées pour être directement utilisables par le modèle de calcul. Ces mesures sont alors directement comparées aux résultats du modèle de calcul. Si les valeurs calculées par le modèle sont cohérentes avec les mesures des tiges instrumentées, alors le modèle de calcul permet d'estimer le comportement mécanique de l'ensemble du train de tige, y compris le comportement mécanique des tiges dites standards non instrumentées, positionnées entre les tiges instrumentées. La tension, les forces de contacts entre les tiges et les parois du puits, les moments de flexion, les déformations, l'allongement, le vrillage sont alors connus sur l'ensemble du train de tige, notamment par une validation des mesures en des points discrets, c'est-à-dire dans les tiges instrumentées. L'absence de tiges instrumentées ne pourrait pas permettre d'obtenir ce genre de résultats. En effet, des mesures uniquement sur la garniture en fond de trou et à la surface ne permettent pas de savoir ce qui se passe dans l'ensemble du train. On peut détecter le flambage, les vibrations dans l'ensemble du train de tige ou tout autre dysfonctionnement de forage dans le train de tiges. Si les valeurs calculées par le modèle ne sont pas cohérentes avec les mesures tiges instrumentées, alors les paramètres du modèle de calcul sont ajustés pour refaire une simulation à la même profondeur MDj. Ce processus itératif est réitéré jusqu'à ce que les valeurs théoriques concordent avec les valeurs mesurées. Une interface homme-machine utilisant le modèle de calcul et le processus itératif décrits plus haut permettent alors de disposer d'informations utiles au foreur pour contrôler le comportement mécanique dans l'ensemble du train de tiges, en vue d'une meilleure analyse des éventuels dysfonctionnements.

Un exemple de réalisation est montré sur la figure 15. L'ensemble de fond de trou et l'ensemble du train de tige munis de tiges instrumentées sont disposés à une profondeur MDj. Deux paramètres physiques différents ou le même paramètre physique mesuré à 2 positionnements différents sont mesurés par les tiges instrumentées en des points discrets et les mêmes paramètres physiques calculés par le modèle après interpolation suivant le mode décrit sur la figure 14. Ce paramètre physique peut être la tension, la torsion, les moments de flexion, l'accélération latérale, etc. On peut estimer la valeur physique entre deux points de mesure, donc entre deux tiges instrumentées. On peut, par un ajustement en des points de mesure discrets, estimer le comportement mécanique de l'ensemble du train de tige, et avoir une bonne connaissance de ce qui se passe dans le train de tiges. La figure 16 montre une utilisation de l'ensemble des mesures des tiges instrumentées après l'opération de forage en vue d'une optimisation du forage (post- analyse), par exemple une optimisation de la construction du train de tige. Etant donné les paramètres du modèle de calcul connus, le nombre et le positionnement des tiges instrumentées définis, le modèle de calcul est utilisé pour réaliser m simulations à plusieurs profondeurs, MD j , de MD 1 à MD n. L'ensemble des mesures transmises ou stockées sur les tiges instrumentées est récupéré, analysé et filtré pour être directement utilisable par le modèle de calcul. Ces mesures sont alors directement comparées aux résultats du modèle de calcul. Si les valeurs calculées par le modèle sont cohérentes avec les mesures des tiges instrumentées, alors le modèle de calcul permet d'estimer le comportement mécanique de l'ensemble du train de tige, y compris le comportement mécanique des tiges dites standards non instrumentées, et cela à diverses profondeurs de forage. La tension, les forces de contacts entre les tiges et les parois du puits, les moments de flexion, les déformations, l'allongement, le vrillage sont alors connus sur l'ensemble du train de tige. Cela permet en outre de détecter le flambage, les vibrations dans l'ensemble du train de tige ou tout autre dysfonctionnement de forage dans le train de tiges. Si les valeurs calculées par le modèle ne sont pas cohérentes avec les mesures des tiges instrumentées, alors les paramètres du modèle de calcul sont alors ajustés pour refaire les n simulations à plusieurs profondeurs MDj. Ce processus itératif est réitéré jusqu'à ce que les valeurs théoriques concordent avec les valeurs mesurées. Un exemple de réalisation est montré sur la figure 17. La figure montre l'évolution d'un paramètre physique mesuré sur 2 tiges instrumentées calculé par le modèle après interpolation suivant la méthodologie décrite sur la figure 16, et ceci à diverses profondeurs MD j. On comprendra mieux à la visualisation de cette figure que la méthodologie permet donc de retracer l'évolution des contraintes subies sur les tiges de forage, utiles notamment pour les problèmes de fatigue et d'usure. En outre, en quantifiant l'écart entre les valeurs calculées par le modèle de calcul et les mesures des tiges instrumentées, cela permet de détecter les zones du train de tige en dysfonctionnement (vibrations, flambage) et de connaître la durée pour laquelle les tiges sont rentrées en dysfonctionnement. En effet, l'utilisation du modèle de calcul en statique permet de connaître le comportement mécanique normal (sans dysfonctionnement) de l'ensemble du train de tige. Tout écart par rapport à cette tendance mécanique dite normale pourrait donc être interprété comme anormal, et donc potentiellement comme un dysfonctionnement. Le modèle de calcul permet alors dans un second temps de tester les caractéristiques du train de tige qui permettent d'éviter ces dysfonctionnements, rendant possible une optimisation de la construction de la garniture de forage.5

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Tige de forage (1) d'une garniture (30) de forage, pour le forage d'un trou, la garniture (30) de forage comprenant un train de tiges de forage (32) et un ensemble de fond de trou (31), ladite tige (1) comprenant une première extrémité (9) comprenant un filetage femelle et ayant une première inertie, une deuxième extrémité (10) comprenant un filetage mâle et ayant une deuxième inertie, une première zone intermédiaire (4) voisine de la première extrémité et ayant une troisième inertie, une deuxième zone intermédiaire (5) voisine de la deuxième extrémité et ayant une quatrième inertie, et une zone centrale (8) sensiblement tubulaire de diamètre extérieur inférieur au diamètre extérieur maximal d'au moins la première ou la deuxième extrémité et ayant une cinquième inertie, les troisième et quatrième inerties étant chacune inférieure aux première et deuxième inerties et la cinquième inertie étant inférieure aux troisième et quatrième inertie, caractérisé par le fait qu'elle comprend un boîtier (11) fixé à la tige sur une portion de la surface extérieure de celle-ci, au moins un capteur (15) de grandeur physique disposé dans le boîtier (11), et au moins un organe de transmission/stockage de données relié à une sortie du capteur, le boîtier (11) étant disposé à distance des première et deuxième extrémités (9, 10), le boîtier (11) étant monobloc avec la zone centrale (8) à distance des première et deuxième zones intermédiaires et possédant une inertie inférieure aux première et deuxième inerties.
2. 2. Tige selon la revendication 1, dans laquelle le boîtier (11) présente une surface extérieure (11 a) inscrite dans un cercle dont le diamètre extérieur maximal est inférieur ou égal au diamètre maximal des extrémités.
3. 3. Tige selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'épaisseur de matière du 25 boîtier entre capteur (15) et un alésage (3) de la tige est supérieure ou égale à l'épaisseur de la zone centrale (8) de la tige.
4. 4. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier (11) comprend une base (12) monobloc avec la zone centrale et un couvercle amovible étanche (13). 30
5. 5. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la base (12) présente une surface extérieure tangente avec la surface extérieure de la zone centrale, la base formant un bossage par rapport à la zone centrale (8).
6. 6. Tige selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins un capteur (15) parmi : capteur de température, jauge de contraintes, capteur de déformations, capteur de pression, accéléromètre.
7. 7. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'organe de 5 transmission/stockage de données comprend une mémoire.
8. 8. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier (11) est disposé à 3 mètres au plus du plan situé à mi-distance entre les zones intermédiaires.
9. 9. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier (11) est unique. 10
10. 10. Tige selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant un boîtier supplémentaire (41) monobloc avec une extrémité ou une zone intermédiaire.
11. 11. Tige selon l'une des revendications précédentes, comprenant un revêtement anti-abrasion disposé sur une portion au moins de la surface extérieure d'au moins une extrémité (10, 9) de la tige ou d'un boîtier supplémentaire (41) réalisé sur une extrémité 15 de la tige, ladite portion possédant un diamètre qui est le plus grand diamètre de la tige.
12. 12. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier (11) comprend une pluralité de couvercles à bord fileté.
13. 13. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle au moins un boîtier (11) présente une longueur inférieure à 150 mm, préférablement 130 mm. 20
14. 14. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier (11) est muni de bossages.
15. 15. Tige selon la revendication 14, dans laquelle les bossages sont disposés en rangées circulaires, au moins l'une des rangées étant munie d'un revêtement antiabrasion et présentant un diamètre extérieur supérieur au diamètre extérieur d'au moins 25 une rangée voisine.
16. 16. Tige selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle au moins une source d'énergie électrique (16) est disposée dans le boîtier (11) et alimentant le capteur (15).
17. 17. Garniture de forage (30) comprenant un train de tiges (32) et un ensemble 30 de fond de trou (31), l'ensemble de fond de trou étant pourvu d'un trépan, le train de tiges (32) étant disposé entre l'ensemble de fond de trou et un organe d'entraînement du train de tiges, le train de tiges comprenant une pluralité de tiges (1) selon l'une destrain de tiges, le train de tiges comprenant une pluralité de tiges (1) selon l'une des revendications précédentes montées à des endroits choisis selon les indications d'un modèle de calcul du comportement mécanique des garnitures de forage.