FR2955353A1 - Dispositif de decouplage pour colonne de forage, et systeme de forage comportant un tel dispositif de decouplage. - Google Patents

Abstract

Dispositif de découplage (10) pour colonne de forage, comprenant dans une direction longitudinale (X), une première structure (11) destinée à être fixé à un tube d'une colonne de forage, une deuxième structure (12) destinée à supporter un outil coupant de forage et mobile en translation par rapport à la première structure, et un ensemble pousseur entre la première structure et la deuxième structure. L'ensemble pousseur est adapté pour exercer un effort de poussée sur la deuxième structure (12) pour écarter la deuxième structure de la première structure, l'effort de poussée étant constant pour toute position de la deuxième structure par rapport à la première structure.

Description

1 Dispositif de découplage pour colonne de forage, et système de forage comportant un tel dispositif de découplage

La présente invention est relative à un dispositif de découplage pour colonne de forage et à un système de forage comportant un tel dispositif de découplage. Une application d'un tel dispositif de découplage se situe dans le forage de puits, tels que des puits pour la production d'huile pétrolière. Dans cette application, le dispositif de découplage est placé par exemple au fond du puits, entre un outil coupant et des tubes d'une colonne de forage. Pendant le forage du puits, un opérateur actionne par exemple un frein en tête de puits pour contrôler la descente de la colonne de forage. L'outil coupant, en appui au fond du puits sur la formation géologique, ne reprend alors qu'une faible portion de la masse des tubes de la colonne de forage. Cependant, lorsque l'outil coupant attaque une roche de dureté très supérieure à la dureté générale de la formation géologique, il supporte alors un effort de réaction très important dans une direction longitudinale vers la tête du puits. La répétition de ces efforts de réaction extrêmes provoque une usure de l'outil coupant. Or le changement de l'outil coupant est long et très coûteux.

La présente invention a pour but d'éviter que l'outil coupant ne subisse des efforts de réaction élevés dans la direction longitudinale du puits de forage.

Un dispositif de découplage pour colonne de forage 30 selon un mode de réalisation de l'invention comprend dans une direction longitudinale : - une première structure destinée à être fixé à un tube d'une colonne de forage, - une deuxième structure destinée à supporter un 35 outil coupant de forage, ladite deuxième structure étant mobile en translation par rapport à la première structure

2 dans la direction longitudinale, ledit dispositif de découplage étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble pousseur entre ladite première structure et ladite deuxième structure, ledit ensemble pousseur étant adapté pour exercer un effort de poussée sur ladite deuxième structure pour écarter ladite deuxième structure de ladite première structure, ledit effort de poussée étant sensiblement constant pour toute position de la deuxième structure par rapport à la première structure.

Grâce à ces dispositions, le dispositif de découplage se rétracte lorsqu'il reçoit un effort de réaction supérieur à l'effort de poussée. Alors, l'outil coupant se déplace en direction du dispositif de découplage en s'éloignant faiblement du fond de puits, le contact entre l'outil coupant et la formation géologique est réduit, et l'effort de réaction sur l'outil coupant est diminué. De cette manière, l'effort de réaction de la formation géologique sur l'outil coupant est autorégulé par le dispositif de découplage. L'outil coupant ne subit plus d'effort de réaction extrême répété et s'use moins vite. En outre, le dispositif de découplage a pour effet de filtrer les vibrations provenant de la colonne de forage vers l'outil coupant, et réciproquement provenant de l'outil coupant vers la colonne de forage. La colonne de forage et tout le système de forage est alors sujet à moins de vibrations parasites, ce qui facilite également le contrôle du forage du puits.

De plus, l'effort de poussée du dispositif de découplage étant constant sur une large course de déplacement de la deuxième structure par rapport à la première structure, entre la première position et la deuxième position, le dispositif de découplage possède une raideur intrinsèque très faible. Ainsi, la masse de l'outil coupant suspendu par le dispositif de découplage ne

3 provoque pas elle-même de mode de résonance qui amplifierait les vibrations du système de forage. Dans divers modes de réalisation du dispositif de découplage pour colonne de forage selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - la deuxième structure est guidée en translation par rapport à la première structure dans la direction longitudinale, et l'ensemble pousseur comprend au moins un mécanisme équilibreur comprenant un organe élastique et un bras de sortie, l'organe élastique produisant un effort élastique proportionnel à une compression de l'organe élastique, le bras de sortie étant relié audit organe élastique et apte à pivoter autour d'un axe de sortie, et un moyen de liaison entre ledit bras de sortie et ladite deuxième structure, pour appliquer ledit effort de poussée à ladite deuxième structure dans ladite direction longitudinale, ledit moyen de liaison comprenant un galet articulé en rotation par rapport au bras de sortie, à distance dudit axe de sortie, et venant en appui sur une surface de liaison reliée à la deuxième structure et sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale ; - le mécanisme équilibreur comprend en outre : - - un organe mobile déplaçable selon la compression 25 de l'organe élastique, - - un bras d'entrée articulé en rotation autour d'un axe d'entrée et comprenant une portion d'extrémité en contact avec une surface de l'organe mobile, ledit bras d'entrée étant incliné d'un premier angle par rapport à une 30 direction perpendiculaire à la direction longitudinale, - - un pignon d'entrée solidaire dudit bras d'entrée, et - - un pignon de sortie solidaire du bras de sortie et en prise avec ledit pignon d'entrée, et 35 le bras de sortie étant incliné d'un deuxième angle par rapport à la direction longitudinale, ledit deuxième angle

4 étant égal au double dudit premier angle ; - l'organe mobile est déplaçable en translation selon la direction longitudinale et apte à basculer selon un angle de basculement par rapport à ladite direction longitudinale ; - les pignons d'entrée et de sortie ont une forme de secteur angulaire, pour réduire l'encombrement du mécanisme équilibreur ; - l'ensemble pousseur comprend des premier et un deuxième mécanismes équilibreurs, chaque mécanisme équilibreur comprenant un axe de sortie, les axes de sortie étant disposés de manière décalée dans la direction longitudinale l'un par rapport à l'autre, pour réduire une distance radiale perpendiculaire à la direction longitudinale entre lesdits axes de sortie et réduire un encombrement radial perpendiculaire à la direction longitudinale de l'ensemble pousseur ; - les pignons d'entrée des premier et deuxième mécanismes équilibreurs sont en prise l'un avec l'autre ; - l'ensemble pousseur comprend une pluralité de modules montés les uns à la suite des autres dans la direction longitudinale entre la première structure et la deuxième structure, chaque module fournissant une partie de l'effort de poussée sur ladite deuxième structure, pour que la somme desdites parties de l'effort de poussée des modules soit égal à l'effort de poussée de l'ensemble pousseur ; - les modules de la pluralité sont identiques, chaque module fournissant une partie identique de l'effort de poussée ; - l'ensemble pousseur comprend au moins une tige de tirant traversant tous les modules dans la direction longitudinale et adaptée pour solidariser les modules à la première structure, et chaque module comprend au moins une tige de poussant adaptée pour recevoir ladite partie de l'effort de poussée, la tige de poussant d'un module étant adaptée pour pousser la tige de poussant du module suivant ou pour pousser la deuxième structure avec l'effort de poussée ; - chaque module comprend un moyen d'expansion adapté pour solidariser le module avec un tube externe solidaire de la première structure ; 5 - un élément élastique est logé entre chaque tige de poussant et la tige de poussant suivante ; - chaque module comprend une portion de tube interne et une portion de tube externe entourant la portion de tube interne, et dans lequel : - - les portions de tube externe sont solidarisées les unes à la suite des autres et avec la première structure, les portions de tube interne sont solidarisées les unes à la suite des autres et avec la deuxième 15 structure, et chaque module fournit ladite partie de l'effort la portion de tube interne dudit module ; - l'ensemble pousseur est logé dans un volume annulaire s'étendant radialement entre un tube interne destiné à 20 canaliser au moins un fluide à l'intérieur dudit tube interne, et un tube externe solidarisé avec la première structure et enveloppant ledit ensemble pousseur ; - des éléments de l'ensemble pousseur sont assemblés de manière solidaires l'un avec l'autre par frettage, puis 25 goupillage après frettage, pour pouvoir résister à des contraintes mécaniques s'exerçant sur lesdits éléments assemblés.

L'invention se rapporte également à un système de 30 forage comprenant un dispositif de découplage tel que cité ci-dessus, et comprenant en outre : - une colonne de forage comprenant au moins un tube, ladite colonne de forage étant reliée à la première structure du dispositif de découplage, 35 - un outil coupant destiné à forer une formation géologique, l'outil coupant étant relié à la deuxième

6 structure du dispositif de découplage, et - un dispositif de retenue de la colonne de forage en tête du puits de forage, adapté pour contrôler la descente et la remontée de la colonne de forage dans le puits de forage. Dans divers modes de réalisation du système de forage selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes . - le dispositif de découplage comprend au moins un capteur de déplacement pour déterminer une position de la deuxième structure par rapport à la première structure, et le système comprend un moyen de transmission pour transmettre ladite position au dispositif de retenue pour contrôler un effort de retenue de la colonne de forage ; - l'effort de retenue de la colonne de forage est augmenté si la position indique que la deuxième structure est à proximité de la première structure, et l'effort de retenue de la colonne de forage est réduit si la position indique que la deuxième structure est éloignée de la première structure.

L'invention se rapporte également à un dispositif de découplage.

Le document FR-2 814 449 décrit un dispositif de dispositif est uniquement apte à compenser le poids d'une charge, c'est-à-dire un effort 30 dans une direction verticale. L'invention a pour but de pouvoir compenser des efforts dans n'importe quelle direction. Un dispositif de découplage selon un mode de réalisation de l'invention comprend dans une direction 35 longitudinale : - une première structure destinée à être fixé à un déplacement d'une charge, pieux ou de palplanches. Cependant un tel tels que pour la manipulation de

7 tube d'une colonne de forage, - une deuxième structure destinée à supporter un outil coupant de forage, ladite deuxième structure étant mobile et guidée en translation par rapport à la première structure dans la direction longitudinale, - un ensemble pousseur entre ladite première structure et ladite deuxième structure, ledit ensemble pousseur étant adapté pour exercer un effort de poussée sur ladite deuxième structure pour écarter ladite deuxième structure de ladite première structure, ledit effort de poussée étant sensiblement constant pour toute position de la deuxième structure par rapport à la première structure. - l'ensemble pousseur comprenant au moins un mécanisme équilibreur comprenant un organe élastique et un bras de sortie, l'organe élastique produisant un effort élastique proportionnel à une compression de l'organe élastique, le bras de sortie étant relié audit organe élastique et apte à pivoter autour d'un axe de sortie, le dispositif de découplage étant caractérisé en ce que l'ensemble pousseur comprend un moyen de liaison entre le bras de sortie et la deuxième structure, pour appliquer l'effort de poussée à ladite deuxième structure dans ladite direction longitudinale, ledit moyen de liaison comprenant un galet articulé en rotation par rapport au bras de sortie, à distance dudit axe de sortie, et venant en appui sur une surface de liaison reliée à la deuxième structure et sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale. Grâce à ces dispositions, le dispositif de découplage est utilisable pour découpler une deuxième structure d'une première structure quel que soit la direction desdites structures par rapport à la verticale ou quel que soit la direction d'un effort à découpler par rapport à la verticale.

Dans divers modes de réalisation du dispositif de découplage selon l'invention, on peut éventuellement avoir 8 recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - le mécanisme équilibreur comprend en outre : - - un organe mobile déplaçable selon la compression 5 de l'organe élastique, - - un bras d'entrée articulé en rotation autour d'un axe d'entrée et comprenant une portion d'extrémité en contact avec une surface de l'organe mobile, ledit bras d'entrée étant incliné d'un premier angle par rapport à une 10 direction perpendiculaire à la direction longitudinale, - - un pignon d'entrée solidaire dudit bras d'entrée, et - - un pignon de sortie solidaire du bras de sortie et en prise avec ledit pignon d'entrée, et 15 le bras de sortie étant incliné d'un deuxième angle par rapport à la direction longitudinale, ledit deuxième angle étant égal au double dudit premier angle ; - l'organe mobile est déplaçable en translation selon la direction longitudinale et apte à basculer selon un angle 20 de basculement par rapport à ladite direction longitudinale ; - les pignons d'entrée et de sortie ont une forme de secteur angulaire, pour réduire l'encombrement du mécanisme équilibreur ; 25 - l'ensemble pousseur comprend des premier et un deuxième mécanismes équilibreurs, chaque mécanisme équilibreur comprenant un axe de sortie, les axes de sortie étant disposés de manière décalée dans la direction longitudinale l'un par rapport à l'autre, pour réduire une distance 30 radiale perpendiculaire à la direction longitudinale entre lesdits axes de sortie et réduire un encombrement radial perpendiculaire à la direction longitudinale de l'ensemble pousseur ; - les pignons d'entrée des premier et deuxième mécanismes 35 équilibreurs sont en prise l'un avec l'autre ; - l'ensemble pousseur comprend une pluralité de modules

9 montés les uns à la suite des autres dans la direction longitudinale entre la première structure et la deuxième structure, chaque module fournissant une partie de l'effort de poussée sur ladite deuxième structure, pour que la somme desdites parties de l'effort de poussée des modules soit égal à l'effort de poussée de l'ensemble pousseur ; - les modules de la pluralité sont identiques, chaque module fournissant une partie identique de l'effort de poussée ; - l'ensemble pousseur comprend au moins une tige de tirant traversant tous les modules dans la direction longitudinale et adaptée pour solidariser les modules à la première structure, et chaque module comprend au moins une tige de poussant adaptée pour recevoir ladite partie de l'effort de poussée, la tige de poussant d'un module étant adaptée pour pousser la tige de poussant du module suivant ou pour pousser la deuxième structure avec l'effort de poussée ; - chaque module comprend un moyen d'expansion adapté pour solidariser le module avec un tube externe solidaire de la première structure ; - un élément élastique est logé entre chaque tige de poussant et la tige de poussant suivante ; - chaque module comprend une portion de tube interne et une portion de tube externe entourant la portion de tube 25 interne, et dans lequel : -- les portions de tube externe sont solidarisées les unes à la suite des autres et avec la première structure, les portions de tube interne sont solidarisées 30 les unes à la suite des autres et avec la deuxième structure, et chaque module fournit ladite partie de l'effort la portion de tube interne dudit module ; - l'ensemble pousseur est logé dans un volume annulaire 35 s'étendant radialement entre un tube interne destiné à canaliser au moins un fluide à l'intérieur dudit tube

10 interne, et un tube externe solidarisé avec la première structure et enveloppant ledit ensemble pousseur ; - des éléments de l'ensemble pousseur sont assemblés de manière solidaires l'un avec l'autre par frettage, puis goupillage après frettage, pour pouvoir résister à des contraintes mécaniques s'exerçant sur lesdits éléments assemblés.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante de deux de ses modes de réalisation, donnés à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de forage comprenant un dispositif de découplage selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de 20 découplage ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un module du dispositif de découplage de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de côté du module de la figure 3 ; - la figure 5 est une autre vue en perspective du module de la figure 3 ; - la figure 6 est une vue en perspective d'un module d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de découplage ; - la figure 7 est une vue de côté du module de la figure 6, avec des éléments supprimés pour visualisation ; - la figure 8 est une autre vue de côté du module de la figure 6, avec d'autres éléments supprimés pour visualisation. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. 25 30 35

11 La figure 1 présente un système 1 pour percer un puits de forage 2, comportant : - une installation de forage 3, par exemple en surface d'un terrain ou formation géologique, - une colonne de forage 4 comprenant des longueurs de tubes de forage 4a solidarisés les uns à la suite des autres pour atteindre un fond de puits situé à une certaine profondeur de la surface, - un dispositif de découplage 10 monté à une extrémité inférieure de cette colonne de forage 4, et - un outil coupant ou outil de forage ou trépan ou fraise 5 monté à une extrémité inférieure du dispositif de découplage 10. L'installation de forage 3 comporte par exemple un derrick pour manipuler les tubes, des moyens d'entrainement pour mettre en rotation la colonne de forage 4 et l'outil coupant 5, et un dispositif de retenue 6 adapté pour contrôler la descente et la remontée de la colonne de forage 4 dans le puits de forage 2 et pour contrôler un effort de retenue de la masse de la colonne de forage 4, de telle sorte à éviter que l'outil coupant 5 ne s'appuie trop sur la formation géologique en fond de puits. En pratique, la masse des tubes de la colonne de forage 4 peut être de l'ordre de 100 tonnes. Pour un fonctionnement efficace et une usure modérée de l'outil coupant, l'effort de réaction de la formation géologique sur l'outil coupant 5 doit être de l'ordre de 20 tonnes, c'est-à-dire sensiblement 200000 Newtons. Par conséquent, la valeur de l'effort de retenue du dispositif de retenue 6 a une valeur très grande et elle est difficile à contrôler. Les vibrations générées par les impacts ou chocs de l'outil coupant 5 sur la formation géologique se propagent par les tubes depuis le fond de puis jusqu'à l'installation de forage 3. Ces vibrations sont habituellement utilisées pour contrôler la valeur de l'effort de retenue. Cependant, une telle propagation peut prendre un temps élevé, par exemple

12 supérieure à 30 secondes. Le contrôle effectué au niveau du dispositif de retenue ne peut être effectué qu'avec un retard important, ce qui augmente la difficulté de contrôle de cet effort de retenue.

La figure 2 présente un premier mode de réalisation d'un dispositif de découplage 10 pour colonne de forage. Ce dispositif s'étend dans une direction longitudinale X et comprend : - une première structure 11 ou organe de connexion amont, destinée à être fixé à un tube d'une colonne de forage, - une deuxième structure 12 ou organe de connexion aval, destinée à supporter un outil coupant de forage. La deuxième structure 12 est mobile en translation par rapport à la première structure 11 dans la direction longitudinale X. Le dispositif de découplage 10 comprend un tube interne 10a destiné à canaliser à l'intérieur dudit tube 20 interne au moins un fluide, et un tube externe 10b solidarisé avec la première structure 11 et formant une enveloppe externe au dispositif de découplage 10 sur sensiblement toute sa longueur dans la direction longitudinale X. Le tube interne 10a et/ou le tube 25 externe 10b peuvent éventuellement être réalisés par un assemblage de tronçon afin de faciliter le montage du dispositif de découplage 10. Par exemple, le tube externe 10b peut avoir un diamètre moyen compris entre 200 mm et 600 mm. Par exemple, 30 le tube interne 10a peut avoir un diamètre moyen compris entre 40 mm et 200 mm. Ce dispositif de découplage 10 comprend un ensemble pousseur comprenant des modules 13, par exemple au nombre de dix, identifiés séparément par les références 131 à 1310, 35 ces modules étant montés en série les uns à la suite des autres dans la direction longitudinale X entre la première 10 15

13 structure 11 et la deuxième structure 12 à l'intérieur du tube externe 10b. Ces modules 13 sont tous identiques dans le mode de réalisation de la figure 2, mais il est possible d'assembler des modules différents ayant des caractéristiques différentes. Chaque module 13 comprend : - une structure support 16, les structures support 16 de la série ou ensemble des modules 13 étant solidarisées entre elles par des tiges de tirant 14 qui les traversent et les relient à la première structure 11, - deux tiges de poussant 15 qui les traversent dans la direction longitudinale X et qui sont destinés à communiquer un déplacement à la deuxième structure 12, et - des mécanismes équilibreurs 20 adaptés pour exercer une poussée dans la direction longitudinale X sur les tiges de poussant 15 afin de provoquer leurs déplacements. La poussée de chaque mécanisme équilibreur 20 est sensiblement constante pour toute position des tiges de 20 poussant 15 par rapport à la structure support 16, c'est-à- dire toute position de la deuxième structure 12 par rapport à la première structure 11. La course de déplacement des tiges de poussant 15 est par exemple comprise entre 50 mm et 200 mm, et par 25 exemple de 90 mm pour le mode de réalisation présenté. Les tiges de poussant 15 du dernier module 131r à proximité de la deuxième structure 12 ou de l'outil coupant 5, agissent ou poussent sur la deuxième structure 12, et les tiges de poussant 15 des autres 30 modules 132 à 1310 agissent ou poussent sur les tiges de poussant 15 correspondantes du module suivant 131 à 139. Les modules 13 peuvent être positionnés angulairement entre eux par des pions de centrage. Des éléments élastiques (non représentés) peuvent 35 aussi être interposés entre les tiges de poussant 15 de modules successifs voisins, pour éviter tout phénomène

14 d'hyperstatisme des liaisons entre les modules, et tout blocage du dispositif de découplage 10 lors de sont fonctionnement. Les modules 13 transmettent chacun une poussée au suivant, et agissent en parallèle, la deuxième structure 12 subissant alors un effort de poussée qui est la somme des poussées de tous les mécanismes équilibreurs 20 de tous les modules 13 du dispositif de découplage 10. Dans le présent mode de réalisation, l'ensemble pousseur comprend dix modules 13 comprenant chacun quatre mécanismes équilibreurs. Les modules 13 sont sensiblement identiques et produisent une même poussée. La deuxième structure 12 subit un effort de poussée sensiblement égal à dix fois la poussée d'un des modules 13 du dispositif de découplage ou quarante fois la poussée d'un des mécanismes équilibreurs. Par exemple, si la deuxième structure 12 doit recevoir un effort de poussée global de 200 000 Newtons, chaque module 13 produit 20 000 Newtons, et chaque mécanisme équilibreur produit 5 000 Newtons.

Les figures 3, 4 et 5 présentent des vues de détail d'un module 13 du dispositif de découplage 10. Ce module 13 comprend : - une structure support 16 reliée à la première structure 11 par des tiges de tirant 14, - deux tiges de poussant 15 s'étendant dans la direction longitudinale X, et - des mécanismes équilibreurs 20 pour exercer une 30 poussée dans la direction longitudinale X sur les tiges de poussant 15. Chaque module 13 est logé dans un volume annulaire cylindrique s'étendant radialement entre le tube interne 10a et le tube externe 10b du dispositif de 35 découplage 10. Chaque module 13 comprend un moyen d'expansion

15 radiale 17 en liaison avec la structure support 16 et adapté pour solidariser le module 13 à l'intérieur du tube externe 10b. Un module 13 est ainsi positionné dans le tube externe 10b, solidarisé avec ce tube externe en actionnant son moyen d'expansion radiale 17, avant de positionner le module 13 suivant dans le tube externe 10b. Les modules 13 sont ainsi fixés dans le tube externe 10b et transmettent chacun leurs efforts et contraintes à ce tube, de sorte que les phénomènes d'hyperstatisme sont réduits et que le tube externe 10b peut se déformer et notamment fléchir en fonctionnement dans le puits de forage sans influencer le fonctionnement de chaque module 13 du dispositif de découplage. La structure support 16 a une forme de cage rigide, comprenant une première plaque de support 16b à une première extrémité longitudinale du module, une deuxième plaque de support 16c à une deuxième extrémité longitudinale du module, chaque plaque de support étant sensiblement dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale, et des traverses longitudinales 16d reliant la première plaque support 16b à la deuxième plaque support 16c. Cette structure support 16 comprend également des paliers de guidage 16a montés sur les première et deuxième plaques de support 16b, 16c pour guider en translation les tiges de poussant 15 par rapport à la structure support 16 sur toute la course de déplacement. Des coulisseaux 15a sont solidarisés dans une portion médiane de chaque tige de poussant 15, pour recevoir la poussée du mécanisme équilibreur 20.

Chaque tige de poussant 15 peut donc se déplacer en translation dans la structure support 16 entre un premier et deuxième palier 16a. Le coulisseau 15a peut en outre venir en butée entre ces paliers pour limiter le déplacement de la tige de poussant 15 dans la structure de support 16. Le mécanisme équilibreur 20 transforme une

16 compression X d'un élément élastique en une rotation d'un premier angle et d'un bras d'entrée, puis en une rotation d'un deuxième angle e2 d'un bras de sortie. Le premier angle et a une valeur moitié de la valeur du deuxième angle e2 : et = e2/2 = e/2 . Des explications sur le principe de fonctionnement d'un mécanisme équilibreur similaire peuvent être trouvées dans la publication de brevet FR-2 627 718, puis la publication de brevet FR-2 814 449. Cependant le mécanisme équilibreur 20 du dispositif de découplage 10 de la présente invention a une implémentation différente du fait de l'encombrement réduit du module 13 et de sa forme générale cylindrique. De plus, le présent dispositif de découplage 10 comprend un guidage de la deuxième structure par rapport à la première structure, de sorte qu'il est apte à compenser un effort selon n'importe quelle direction, et pas seulement le poids d'une charge selon la direction verticale. Les figures 4 et 5 montrent un module 13 dans lequel des éléments ont été supprimés pour mieux visualiser un ensemble équilibreur comprenant deux mécanismes équilibreurs 20a, 20b interconnectés l'un à l'autre tel que décrit ci-dessous. Cet ensemble équilibreur comprend : - un premier organe élastique 21 à une première extrémité 13a du module 13, comprenant par exemple quatre ressorts métalliques hélicoïdaux prenant appui dans la direction longitudinale X, d'un côté sur la première plaque de support 16b, et d'un autre côté sur un premier organe mobile 23, - un deuxième organe élastique 22 à une deuxième extrémité 13b du module 13, comprenant par exemple également quatre ressorts métalliques hélicoïdaux prenant appui dans la direction longitudinale X, d'un côté sur la deuxième plaque de support 16c, et d'un autre côté sur un deuxième organe mobile 24.

17 Les premier et deuxième organes élastiques 21, 22 sont logés à l'intérieur de la structure support 16, orientés l'un vers l'autre en direction de l'intérieur du module, c'est-à-dire d'une portion ou zone centrale dudit module 13. Ils sont montés avec une précontrainte est agissent sur chaque organe mobile 23, 24, de telle sorte que ces derniers ont tendance à se déplacer l'un vers l'autre. Ainsi, les organes mobiles 23, 24 ont ainsi chacun des surfaces en regard l'une de l'autre.

Le premier mécanisme équilibreur 20a comprend : - un premier bras d'entrée 25 articulé en rotation autour d'un axe d'entrée médian 251 par rapport à la structure support 16 du module 13, comprenant à chacune de ses extrémités de part et d'autre de l'axe d'entrée 251 un galet 252, 253, libre en rotation par rapport audit premier bras d'entrée 25, le premier galet 252 venant en contact avec la surface du deuxième organe mobile 24, le deuxième galet 253 venant en contact avec la surface du premier organe mobile 23, - un premier pignon d'entrée 27 solidaire dudit premier bras d'entrée 25, - un premier pignon de sortie 29 articulé en rotation autour d'un axe de sortie 291 par rapport à la structure support 16 du module 13, en prise avec le premier pignon d'entrée 27 par des dentures adaptées desdits premier pignons d'entrée et de sortie 27, 29, - un premier bras de sortie 31 s'étendant entre l'axe de sortie 291 et une extrémité 311, solidaire dudit premier pignon de sortie 29, et comprenant à son extrémité 311 un galet 312 monté libre en rotation par rapport audit bras de sortie 31, ledit galet 312 venant en contact avec une surface de liaison sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du coulisseau 15a.

Le premier bras d'entrée 25 est incliné d'un premier angle 01 = 0/2 par rapport à une direction 18 sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale X. Le premier bras de sortie 31 est incliné d'un deuxième angle e2 = e par rapport à la direction 5 longitudinale. Le deuxième mécanisme équilibreur 20b est similaire au premier mécanisme équilibreur 20a. Il comprend : - un deuxième bras d'entrée 26 articulé en rotation autour d'un axe d'entrée médian 261 par rapport à la 10 structure support 16 du module 13, comprenant à chacune de ses extrémités de part et d'autre de l'axe d'entrée 261 un galet 262, 263, libre en rotation par rapport audit deuxième bras d'entrée 26, le premier galet 262 venant en contact avec la surface du deuxième organe mobile 24, le 15 deuxième galet 263 venant en contact avec la surface du premier organe mobile 23, - un deuxième pignon d'entrée 28 solidaire dudit deuxième bras d'entrée 26, - un deuxième pignon de sortie 30 articulé en 20 rotation autour d'un axe de sortie 301 par rapport à la structure support 16 du module 13, en prise avec le deuxième pignon d'entrée 28 par des dentures adaptées desdits deuxième pignons d'entrée et de sortie 28, 30, un deuxième bras de sortie 32 s'étendant entre 25 l'axe de sortie 301 et une extrémité 321r solidaire dudit deuxième pignon de sortie 30, et comprenant à son extrémité 321 un galet 322 monté libre en rotation par rapport audit bras de sortie 32, ledit galet 312 venant en contact avec une surface de liaison sensiblement 30 perpendiculaire à la direction longitudinale du coulisseau 15a. Le deuxième bras d'entrée 26 est incliné d'un troisième angle e3 = - e/2 par rapport à une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale, 35 ce troisième angle étant donc opposé au premier angle. Le deuxième bras de sortie 32 est incliné d'un

19 quatrième angle e4 = - e par rapport à la direction longitudinale, ce quatrième angle étant donc opposé au deuxième angle. En outre, le premier pignon d'entrée 27 du premier mécanisme 20a est en prise avec le deuxième pignon d'entrée 28 du deuxième mécanisme 20b, de sorte que les premier et deuxième pignons d'entrée 27, 28 pivotent selon des directions opposés. Les premier et deuxième mécanismes équilibreurs sont donc sensiblement symétriques par rapport à la direction longitudinale. Les premier et deuxième bras de sortie 32, 32 pivotent également selon des directions opposés. Mais, ces bras de sortie étant de part et d'autre du coulisseau 15a du poussant 15, ils poussent tous deux le poussant 15 selon une même direction, additionnant ainsi leur poussée respective. Grâce à la géométrie de chaque mécanisme équilibreur 20 (les angles des bras), ces mécanismes équilibreurs transmettent au coulisseau 15a une poussée constante quel que soit la position du coulisseau 15a entre les paliers de guidage 16a, ladite poussée étant dans la direction longitudinale X.

Les figures 6 à 8 présentent un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de découplage 10. En comparaison du premier mode de réalisation, celui-ci est simplifié : Il ne comprend ni tige de tirant, ni tige de poussant, ni moyen d'expansion radial. Dans ce deuxième mode de réalisation, chaque module 13 comprend un tronçon de tube externe (non représenté) servant à la fois pour donner un support au module 13 comme le font les traverse longitudinale 16d de la structure de support du premier mode de réalisation, et à la fois pour transmettre à la première structure 11 un effort de réaction de l'effort de poussée des modules 13 comme le font les tiges de tirant 14 du premier mode de réalisation.

20 Chaque module 13 comprend également un tronçon de tube interne 10c, ici adapté pour transmettre l'effort de poussée des modules 13 comme le font les tiges de poussant 15 du premier mode de réalisation.

Le tube externe de ce mode de réalisation n'est donc pas réalisé d'une seule pièce, et les modules 13 ne sont donc pas montés les uns à la suite des autres à l'intérieur du tube externe. Le tronçon de tube externe faisant partie du module 13, ces modules 13 sont simplement montés les uns à la suite des autres, chaque tronçon de tube externe étant adapté pour se solidariser avec le suivant ou avec la première structure. Le tube interne 10a de ce deuxième mode de réalisation est également réalisé par l'assemblage des tronçons de tube interne 10c de chaque module 13. Chaque tronçon de tube interne 10c comprend également des saillies 10d ayant des surfaces de liaison pour que les galets 312, 322 des bras de sortie 31, 32 puissent pousser ledit tronçon de tube interne 10c dans la direction longitudinale. Grâce à ces dispositions, les modules 13 sont simplifiés et leur assemblage est également simplifié. Les éléments supprimés du premier mode de réalisation libèrent du volume pour dimensionner les éléments restant avec plus de matière. Ils sont donc plus résistants. En outre, cela permet de placer dans chaque module 13 plus de ressorts métalliques pour réaliser les organes élastiques 21, 22. Par conséquent, le module 13 de ce deuxième mode de réalisation est plus performant, c'est- à-dire qu'il est capable de fournir un effort de poussée supérieur pour un même encombrement. En outre, dans ce deuxième mode de réalisation, le premier pignon d'entrée 27 du premier mécanisme équilibreur 20a n'est plus en prise avec le deuxième pignon d'entrée 28 du deuxième mécanisme équilibreur 20b (figure 6). Les mécanismes équilibreurs 20 de ce mode de réalisation sont

21 plus indépendants les uns des autres. Les premier et deuxième organes mobiles 23, 24 peuvent se déplacer non seulement dans la direction longitudinale X, mais également selon des angles de basculement par rapport à cette direction longitudinale. Ces basculement angulaires sont absorbés par l'élasticité des organes élastiques 21, 22, et n'interfèrent pas avec les rotations des premier et deuxième pignons d'entrée 27, 28, ni avec les premier et deuxième pignons de sortie 29, 30, lesdits pignons étant articulés en rotation par rapport à une traverse longitudinale 16d de structure support. Les risques d'hyperstatisme et de blocage du dispositif de découplage sont ainsi réduits. En outre, les pignons d'entrée 27, 28 peuvent être formés d'un secteur angulaire ayant un angle plus étroit. Cet angle est par exemple supérieur à 90°, et proche de 180° pour les pignons d'entrée 27, 28 du premier mode de réalisation (figure 5), alors qu'il est par exemple inférieur à 45° pour les pignons d'entrée 27, 28 du deuxième mode de réalisation (figure 6). Les pignons prennent donc moins de volume dans le module 13. Grâce à ces modifications, il est possible de placer encore plus de ressorts métalliques pour réaliser les organes élastiques 21, 22. Le module 13 est alors encore plus performant. Ces modifications peuvent également être adaptées au premier mode de réalisation de l'invention. Pour tous les modes de réalisation de l'invention, 30 le dispositif de découplage peut comprendre : - un capteur de déplacement pour déterminer la position de la deuxième structure 12 par rapport à la première structure 11, et - un moyen de transmission pour transmettre la 35 position au dispositif de retenue 6 pour contrôler l'effort de retenue de la colonne de forage.

22 Grâce à cette information de position, il est possible de contrôler mieux l'effort de retenue demandé au dispositif de retenue 6, et notamment de demander à réduire ou augmenter cet effort de retenu en fonction de ladite position. Le dispositif de découplage 10 d'un tel système contrôlé est alors le plus souvent dans un état où la deuxième structure 12 n'est pas en butée sur la première structure 11. Dans cet état, la deuxième structure 12 reçoit un effort de poussée prédéterminé et adapté au bon fonctionnement de l'outil de coupe 5. Réciproquement, l'outil de coupe 5 est protégé de tout effort de réaction supérieur audit effort de poussée prédéterminé.

Claims (18)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de découplage (10) pour colonne de forage comprenant dans une direction longitudinale (X) . - une première structure (11) destinée à être fixé à un tube d'une colonne de forage, - une deuxième structure (12) destinée à supporter un outil coupant de forage, ladite deuxième structure (12) étant mobile en translation par rapport à la première structure (11) dans la direction longitudinale (X), ledit dispositif de découplage étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble pousseur entre ladite première structure et ladite deuxième structure, ledit ensemble pousseur étant adapté pour exercer un effort de poussée sur ladite deuxième structure (12) pour écarter ladite deuxième structure de ladite première structure, ledit effort de poussée étant sensiblement constant pour toute position de la deuxième structure par rapport à la première structure.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la deuxième structure (12) est guidée en translation par rapport à la première structure (11) dans la direction longitudinale (X), et l'ensemble pousseur comprend au moins . - un mécanisme équilibreur (20) comprenant un organe élastique (21, 22) et un bras de sortie (31), l'organe élastique (21, 22) produisant un effort élastique proportionnel à une compression (x) de l'organe élastique, le bras de sortie (31) étant relié audit organe élastique (21, 22) et apte à pivoter autour d'un axe de sortie (291), et - un moyen de liaison entre ledit bras de sortie (31) et ladite deuxième structure (12), pour appliquer 35 ledit effort de poussée à ladite deuxième structure (12) dans ladite direction longitudinale (X), ledit moyen de 24 liaison comprenant un galet (312) articulé en rotation par rapport au bras de sortie (31), à distance dudit axe de sortie (291), et venant en appui sur une surface de liaison reliée à la deuxième structure (12) et sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (X).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le mécanisme équilibreur (20) comprend en outre : - un organe mobile (23, 24) déplaçable selon la 10 compression (x) de l'organe élastique, - un bras d'entrée (25) articulé en rotation autour d'un axe d'entrée (251) et comprenant une portion d'extrémité en contact avec une surface de l'organe mobile (23, 24), ledit bras d'entrée (25) étant incliné d'un 15 premier angle par rapport à une direction perpendiculaire à la direction longitudinale (X), - un pignon d'entrée (27) solidaire dudit bras d'entrée (25), et - un pignon de sortie (29) solidaire du bras de 20 sortie (31) et en prise avec ledit pignon d'entrée (27), et le bras de sortie (31) étant incliné d'un deuxième angle par rapport à la direction longitudinale (X), ledit deuxième angle étant égal au double dudit premier angle. 25
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'organe mobile (23) est déplaçable en translation selon la direction longitudinale (X) et apte à basculer selon un angle de basculement par rapport à ladite direction longitudinale. 30
5. 5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les pignons d'entrée (27) et de sortie (29) ont une forme de secteur angulaire, pour réduire l'encombrement du mécanisme équilibreur. 35
6. 6. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel 25 l'ensemble pousseur comprend des premier et un deuxième mécanismes équilibreurs (20a, 20b), chaque mécanisme équilibreur comprenant un axe de sortie, les axes de sortie(291, 301) étant disposés de manière décalée dans la direction longitudinale (X) l'un par rapport à l'autre, pour réduire une distance radiale perpendiculaire à la direction longitudinale entre lesdits axes de sortie et réduire un encombrement radial perpendiculaire à la direction longitudinale de l'ensemble pousseur.
7. 7. Dispositif selon la revendication 6 et la revendication 3, dans lequel les pignons d'entrée (27, 28) des premier et deuxième mécanismes équilibreurs (20a, 20b) sont en prise l'un avec l'autre.
8. 8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble pousseur comprend une pluralité de modules (13) montés les uns à la suite des autres dans la direction longitudinale entre la première structure (11) et la deuxième structure (12), chaque module (13) fournissant une partie de l'effort de poussée sur ladite deuxième structure (12), pour que la somme desdites parties de l'effort de poussée des modules (13) soit égal à l'effort de poussée de l'ensemble pousseur.
9. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les modules (13) de la pluralité sont identiques, chaque module fournissant une partie identique de l'effort de poussée.
10. 10. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'ensemble pousseur comprend au moins une tige de tirant (14) traversant tous les modules dans la direction longitudinale (X) et adaptée pour solidariser les modules (13) à la première structure (11), et chaque module (13) comprend au moins une tige de poussant (15) adaptée pour 26 recevoir ladite partie de l'effort de poussée, la tige de poussant (15) d'un module (13) étant adaptée pour pousser la tige de poussant (15) du module suivant ou pour pousser la deuxième structure (12) avec l'effort de poussée.
11. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel chaque module (13) comprend un moyen d'expansion (17) adapté pour solidariser le module (13) avec un tube externe (10b) solidaire de la première structure (11).
12. 12. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel un élément élastique est logé entre chaque tige de poussant (15) et la tige de poussant suivante. 15
13. 13. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel chaque module (13) comprend une portion de tube interne (10c) et une portion de tube externe entourant la portion de tube interne, et dans lequel : les portions de tube externe sont solidarisées 20 les unes à la suite des autres et avec la première structure (11), les portions de tube interne sont solidarisées les unes à la suite des autres et avec la deuxième structure (12), et 25 chaque module (13) fournit ladite partie de l'effort à la portion de tube interne (10c) dudit module.
14. 14. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble pousseur est logé dans un volume annulaire 30 s'étendant radialement entre un tube interne (10a) destiné à canaliser au moins un fluide à l'intérieur dudit tube interne, et un tube externe (10b) solidarisé avec la première structure et enveloppant ledit ensemble pousseur. 35
15. 15. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel des éléments de l'ensemble pousseur sont assemblés de 10manière solidaires l'un avec l'autre par frettage, puis goupillage après frettage, pour pouvoir résister à des contraintes mécaniques s'exerçant sur lesdits éléments assemblés.
16. 16. Système de forage (1) comprenant un dispositif de découplage (10) selon l'une des revendications 1 à 14, et comprenant en outre : - une colonne de forage (4) comprenant au moins un tube (4a), ladite colonne de forage étant reliée à la première structure (11) du dispositif de découplage (10), - un outil coupant (5) destiné à forer une formation géologique, l'outil coupant (5) étant relié à la deuxième structure (12) du dispositif de découplage (10), et - un dispositif de retenue (6) de la colonne de forage (4) en tête du puits de forage, adapté pour contrôler la descente et la remontée de la colonne de forage dans le puits de forage.
17. 17. Système selon la revendication 16, dans lequel le dispositif de découplage (10) comprend au moins un capteur de déplacement pour déterminer une position de la deuxième structure (12) par rapport à la première structure (11), et le système comprend un moyen de transmission pour transmettre ladite position au dispositif de retenue (6) pour contrôler un effort de retenue de la colonne de forage (4).
18. 18. Système selon la revendication 17, dans lequel l'effort de retenue de la colonne de forage (4) est augmenté si la position indique que la deuxième structure (12) est à proximité de la première structure (11), et l'effort de retenue de la colonne de forage est réduit si la position indique que la deuxième structure (12) est éloignée de la première structure (11).