FR2976964A1 - Dispositif tubulaire communicant pour tete de puits de forage. - Google Patents

Abstract

Un dispositif pour une tête de puits de forage comporte un élément tubulaire de sécurité (LKV) avec un filetage d'extrémité haute (601), un filetage d'extrémité basse (602), et une vanne (610) en sa partie intermédiaire. Le filetage d'extrémité haute (601) est destiné à servir vers le haut du puits. Le filetage d'extrémité basse (602) est destiné à servir vers le bas du puits. Un coupleur d'extrémité (626) est aménagé à l'extrémité basse de l'élément tubulaire de sécurité (LKV). Il est destiné à coopérer avec un coupleur d'extrémité homologue d'un autre élément vissé sur le filetage d'extrémité basse (602) de l'élément tubulaire de sécurité (LKV). Un coupleur rotatif (632) est monté en partie au moins sur l'élément tubulaire de sécurité (LKV). Il est apte à opérer en cas de rotation de l'élément tubulaire de sécurité (LKV) pour transmettre des signaux de données. Une électronique de traitement (621) est intégrée à l'élément tubulaire de sécurité (LKV). Elle est reliée d'une part au coupleur d'extrémité (626) et, d'autre part, au coupleur rotatif (632) pour conditionner les signaux reçus en l'un ou l'autre du coupleur d'extrémité (626) et du coupleur rotatif (632), et/ou à transmettre par ceux-ci.

Description

VAMDRILL102.FRD.doc 1

Dispositif tubulaire communicant pour tête de puits de forage L'invention concerne les forages en profondeur ou en grande profondeur, en particulier les forages pétroliers. Au fur et à mesure qu'un forage pétrolier avance, il faut de temps à autre ajouter un ou 5 plusieurs tubes en tête du puits de forage. C'est pourquoi un tel puits comporte en surface une construction verticale porteuse que l'on appelle "derrick". Le derrick et les équipements qu'il contient, notamment le système d'entraînement en rotation, seront désignés ici, dans leur ensemble, "appareil de tête de puits". Comme on le verra plus en détail ci-après, un appareil de tête de puits est un lieu étroit 10 très encombré. Le derrick porte un système mécanique qui permet de tenir la colonne de tubes de forage ("drill string"), ainsi que de la faire monter et descendre. Au levage de la colonne de tubes, l'excursion verticale vers le haut est de dix mètres ou plus. Il en est de même pour l'excursion verticale vers le bas, pendant le forage. L'appareil de tête de puits comprend encore l'entraînement de la colonne de tubes en 15 rotation, pour le forage, ainsi que le système qui permet de dévisser et revisser un ou plusieurs tubes (ou d'autres équipements) sur la colonne de tubes déjà formée. A cela s'ajoute le système d'injection et de reprise des boues de forage, qui servent notamment à actionner le trépan. Enfin, différents types de systèmes de sécurité sont nécessaires. On cherche actuellement à rendre la colonne de tubes communicante, de façon à pouvoir 20 échanger de l'information entre d'une part le haut du puits, et d'autre part le fond du puits, ou bien des équipements intermédiaires insérés dans la colonne de tubes. Pour cela, au sein de la colonne de tubes, chaque tube est équipé de coupleurs de communication à ses extrémités, et d'une liaison électrique entre ces coupleurs. En haut du puits, il y a lieu de faire passer les informations entre la colonne de tubes, qui 25 tourne et se déplace verticalement, et un équipement électronique de surface fixe. La liaison entre la colonne de tubes et cet équipement électronique de surface est appelée ici "interface de surface". Le choix de cette liaison par l'interface de surface est critique. En effet, si cette liaison vient à s'interrompre, l'équipement de communication prévu dans la colonne de tubes 30 elle-même devient inutile, et l'on perd toutes les informations et commandes sur lesquelles on comptait.

On peut imaginer de nombreuses solutions. Parmi celles-ci, peu sont réellement applicables en pratique, en raison des nombreuses contraintes qu'il faut satisfaire, et notamment en raison de l'environnement encombré de l'appareil de tête de puits. La présente invention vient améliorer la situation.

Elle vise un dispositif pour tête de puits de forage, comportant un élément tubulaire de sécurité avec un filetage d'extrémité haute, un filetage d'extrémité basse , et une vanne en sa partie intermédiaire, le filetage d'extrémité haute étant destiné à servir vers le haut du puits, et le filetage d'extrémité basse étant destiné à servir vers le bas du puits. Ce dispositif est remarquable en ce qu'il comprend un coupleur d'extrémité, aménagé à l'extrémité basse de l'élément tubulaire de sécurité, destiné à coopérer avec un coupleur d'extrémité homologue d'un autre élément vissé sur le filetage d'extrémité basse de l'élément tubulaire de sécurité, un coupleur rotatif monté en partie au moins sur l'élément tubulaire de sécurité et apte à opérer en cas de rotation de l'élément tubulaire de sécurité pour transmettre des signaux de données, et une électronique de traitement intégrée à l'élément tubulaire de sécurité et reliée d'une part au coupleur d'extrémité et, d'autre part, au coupleur rotatif pour conditionner les signaux reçus en l'un ou l'autre du coupleur d'extrémité et du coupleur rotatif, et/ou à transmettre par ceux-ci. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires, supplémentaires ou de substitution, sont énoncées ci-après. - Le dispositif comprend en outre un ou plusieurs capteurs intégrés à l'élément tubulaire de sécurité, ou à un autre élément tubulaire vissé sur le filetage d'extrémité haute, lesdits capteurs étant reliés à l'électronique de traitement. L'électronique de traitement est agencée pour conditionner les signaux reçus de certains au moins desdits capteurs pour les transmettre par le coupleur rotatif. - Lesdits capteurs comprennent un ou plusieurs éléments du groupe formé des capteurs de température, des capteurs de pression, des magnétomètres, des accéléromètres, des capteurs de vibrations, et des capteurs de chocs. Le dispositif comprend en outre un ou plusieurs circuits commandables électriquement et/ou électroniquement intégrés à l'élément tubulaire de sécurité, ou à un autre élément tubulaire vissé sur le filetage d'extrémité haute, lesdits circuits commandables électriquement et/ou électroniquement étant reliés à l'électronique de 2976964 traitement. L'électronique de traitement est agencée pour conditionner les signaux reçus du coupleur rotatif pour les transmettre à certains au moins desdits circuits commandables électriquement et/ou électroniquement. 5 Le coupleur rotatif comprend un joint tournant monté sur l'élément tubulaire de sécurité et comprenant un rotor et un stator, et le rotor du joint tournant est relié à l'électronique de traitement. Le dispositif comprend en outre une électronique de traitement supplémentaire destinée à être disposée sur la tête de forage, reliée d'une part au coupleur rotatif et, 10 d'autre part, à un réseau d'échange de données, l'électronique de traitement supplémentaire est agencée pour conditionner les données reçues du coupleur rotatif pour transmission sur le réseau d'échange de données. - L'électronique de traitement intégrée à l'élément tubulaire de sécurité comprend un circuit d'alimentation électrique. 15 - Le circuit d'alimentation électrique comprend une ou plusieurs battenes. Le circuit d'alimentation électrique comprend un transformateur de courant relié au coupleur rotatif, et le coupleur rotatif est capable de transmettre de l'énergie électrique. L'élément tubulaire de sécurité est muni, à l'une et/ou l'autre de ses extrémités basse et haute, d'un coupleur électrique capable de transmettre de l'énergie électrique à un 20 coupleur homologue d'un élément vissé sur l'un et/ou l'autre du filetage d'extrémité haute et du filetage d'extrémité basse, respectivement. L'invention concerne également un procédé de montage d'une colonne de tubes de forage, dans lequel on monte, en tête de colonne, un élément tubulaire de sécurité avec un filetage d'extrémité haute, un filetage d'extrémité basse, et une vanne de sécurité en sa partie 25 intermédiaire, et, sur le filetage d'extrémité basse de l'élément tubulaire de sécurité, un insert tubulaire formant composant d'usure sur lequel se visse/dévisse le reste de la colonne de tubes de forage lors de l'ajout de tubes, l'insert tubulaire étant muni à son extrémité basse d'un coupleur d'extrémité propre à coopérer avec un coupleur homologue d'un tube de la colonne de tubes de forage. Ce procédé est remarquable en ce qu'il 30 comprend une étape de montage, en tête de colonne, d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes, une étape de montage, sur le filetage d'extrémité basse de l'élément tubulaire de sécurité, d'un insert tubulaire comprenant un coupleur d'extrémité haute propre à coopérer avec le coupleur d'extrémité de l'élément tubulaire de sécurité, et une liaison électrique reliant ce coupleur d'extrémité haute et son coupleur d'extrémité basse, et une étape de vissage, sur l'insert tubulaire, d'un ou plusieurs tubes, chacun de ces tubes comprenant des coupleurs d'extrémité interconnectés. L'invention se rapporte également à un procédé de forage, d'exploration et/ou d'exploitation d'un puits d'hydrocarbure comprenant une ou plusieurs étapes de montage d'une colonne de tubes de forage mises en oeuvre conformément au procédé ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la 10 description détaillée qui va suivre, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est un schéma simplifié en élévation d'un appareil de tête de puits à entraînement traditionnel par table tournante ; la figure 2 est un schéma des composants vissés utilisés en tête de colonne de tubes, dans le cas de l'appareil de tête de puits de la figure 1 ; 15 - la figure 3A représente, en perspective isométrique, un entraînement moderne, par moteur au sommet ; la figure 3B représente la partie supérieure de l'entraînement de la figure 3A ; la figure 3C représente la partie inférieure de l'entraînement de la figure 3A ; la figure 4 représente les composants vissés utilisés en tête de colonne dans le cas 20 de l'entraînement de la figure 3 ; les figures 5A et 5B sont deux vues partielles détaillées d'un appareil de tête de puits équipé de l'entraînement de la figure 3 ; la figure 6 représente un élément de colonne de forage, vu en perspective isométrique partiellement tronquée ; 25 - la figure 7 représente un schéma fonctionnel d'une électronique embarquée dans l'élément de la figure 6 ; la figure 8 représente un schéma fonctionnel d'une électronique de surface à usage en combinaison de l'élément de la figure 6 ; la figure 9 est un schéma représentant un joint tournant pour le composant de la 30 figure 6 ; 297696.4 5

la figure 10A représente un insert tubulaire en coupe longitudinale ; la figure 10B représente une variante de réalisation de l'insert dans une vue analogue à la figure 10A. Les dessins annexés sont, en grande partie, de caractère certain. En conséquence, ils 5 pourront non seulement servir à mieux faire comprendre la description détaillée ci-après, mais aussi contribuer à la définition de l'invention, le cas échéant. La terminologie établie du forage pétrolier est en anglais. Et beaucoup de ces mots anglais n'ont pas d'équivalent usuel en français. C'est pourquoi, dans la présente description, et dans un but de clarté, une expression technique en français est très fréquemment accompagnée de l'expression consacrée correspondante en anglais. Sur la figure 1, l'appareil de tête de puits dans son ensemble est désigné par la référence 1. Il comporte la pyramide élancée bien connue, ou derrick 10, en haut duquel se trouve une poulie de renvoi 11 logée dans un chapeau 12. La poulie de renvoi 11 soutient par câble une poulie terminale, ou moufle 14 ("travelling block"). Cet ensemble forme un palan ("hoist") qui soutient lui-même un pivot 20, dit "swivel", lequel supporte à son tour un ensemble que l'on décrira en détail plus loin, et qui comprend une tige d'entraînement 21, dite "kelly drive" ou, plus brièvement, "kelly". Cette tige d'entraînement 21 coopère avec une table tournante 23 ("rotary table"), dont l'entraînement en rotation est schématisé ici par une couronne périphérique 25 dont un galet est mécaniquement entraîné par chaîne ou courroie par une poulie intermédiaire 24, dont l'arbre est lui-même entraîné à partir de la poulie de sortie d'un moteur 2. La table tournante 23 se situe au niveau d'un plancher 22 du derrick 10. En bas, dans l'exemple, la colonne de tubes de forage commence au niveau du sol par une tête de cuvelage 29, solidaire du cuvelage 30 ou "casing" du puits. A l'intérieur de ce cuvelage 30 passe la colonne, ou chaîne, de tubes 26, dite "drill string", laquelle se termine par un trépan 27 dit "drill bit", constitué par exemple de molettes abrasives tournantes. La poulie de renvoi 11 est entraînée par un treuil 16, entraîné par un moteur non représenté. La référence 15 désigne le câble de traction qui soutient la colonne de tubes, 30 par l'intermédiaire du moufle 14 et de la poulie de renvoi 11.

Le trépan 27 a besoin d'énergie pour fonctionner, et cette énergie lui est transmise par de la boue sous pression et/ou divers mécanismes de rotation situés en surface ou le long de la colonne de forage, par exemple un ou plusieurs moteurs. De la boue est extraite d'un réservoir 40, par une conduite d'aspiration 41 qui va vers une pompe 42 entraînée par un moteur non représenté. Cette boue sert à la lubrification du trépan 27, à son refroidissement, à remonter les copeaux depuis le fond du puits, à équilibrer celui-ci en pression, à le nettoyer et à actionner certains des équipements de la colonne de tubes. En sortie de la pompe 42, une tuyauterie remonte le long d'une paroi du derrick 10, pour aboutir à un col de cygne 43 ("gooseneck") à partir duquel la tuyauterie redescend pour remonter sur un autre col de cygne 45, et se fixer en haut du pivot 20, de sorte que la boue peut rentrer dans la colonne, traverser la tige d'entraînement 21, et ceci jusqu'au niveau de la tête de cuvelage 29. La boue descend alors à travers la colonne de tubes 26 pour aller faire fonctionner le trépan 27. Elle remonte entre la colonne 26 et le cuvelage 30, jusqu'à la tête de cuvelage 29, où elle est reprise à travers deux organes de sécurité 33, de type vanne, dits "blow out preventers" : l'un, dit "blind ram", est capable d'écraser le cuvelage 30 annulairement pour l'isoler, tandis que l'autre, dit "shear ram", est capable de sectionner et fermer l'ensemble formé du cuvelage 30 et de la colonne de tube 26. La boue remonte alors vers une sorte de vase d'expansion 31, dit "bell nipple", à partir 20 duquel elle passe dans une conduite de retour 47 avant de rejoindre le réservoir 40, à travers un organe 49 qui filtre la boue. Les gaz sont filtrés et les copeaux éliminés. En partie gauche, le plancher 22 se prolonge en 50 pour servir d'appui à une réserve de tubes 51 ("stand"), tenue en partie haute par un râtelier 52 dit "finger board". On comprend de ce qui précède qu'entre le moufle 14 et la colonne de tubes 26, en tête de 25 cette colonne, sont disposés des éléments qui assurent l'entraînement de cette colonne 26 en rotation. Cet entraînement correspond aux éléments compris dans le cadre en trait tireté, et comprend ici le pivot 20, la tige d'entraînement 21, la table tournante 23 et la couronne périphérique 25. Les éléments mobiles, depuis la colonne centrale du derrick, jusqu'au moufle 14, 30 notamment le pivot 20 et la tige d'entraînement 21, subissent une excursion verticale d'une dizaine de mètres ou plus.

Le derrick loge d'autres éléments, non représentés sur la figure 1 : - un système de soutien de la colonne de tubes 26, lorsqu'elle est déconnectée du palan, - des équipements de manutention des tubes, entre la réserve 51 et la colonne centrale, - un système qui permet d'effectuer des dévissages ou des revissages sur la colonne de 5 tubes 26, afin d'y ajouter, ou enlever, une longueur de tube, - des vannes de sécurité, insérées notamment en haut de la colonne de tubes, - une pince-verrou hydraulique ("hydraulic clamp") pour maintenir les tubes pendant leur vissage sur l'entraînement. Il est maintenant fait référence à la figure 2. On y voit, en partie centrale la tige 10 d'entraînement profilée dite "kelly". Il s'agit d'une longue tige de section droite polygonale, en principe carrée ou hexagonale, notée KD_I sur la figure 2. Cette tige est solidaire d'embouts filetés d'extrémité, notés KD U en haut et KD_L en bas. L'ensemble formé par la tige KDet ses embouts KD U et KD_L est noté globalement KD (pour "kelly drive"). 15 Le filetage haut de l'embout supérieur KD U vient en prise avec un insert d'usure haut, noté USavSub, surmonté d'une vanne de sécurité haute dite "upper kelly valve", notée UKV, et qui est en principe à actionnement manuel. En bas de la tige profilée KDson embout inférieur KD_L vient en prise sur une vanne de sécurité basse dite "lower kelly valve", notée LKV, en principe à actionnement pneumatique, suivie d'un insert d'usure 20 bas LSavSub, auquel vient se fixer la colonne de tubes 26. L'insert d'usure bas LSavSub peut également servir d'adaptateur de filetage. En effet, son filetage bas doit être compatible avec le filetage spécifié pour la colonne de tubes 26. Par contre, son filetage haut peut être différent. La vanne manuelle peut notamment servir de sécurité, au cas où la vanne pneumatique ne 25 fermerait pas complètement le puits. On a vu que, dans les têtes de puits selon les figures 1 et 2, l'entraînement se fait par une table tournante 23, dont le mouvement de rotation est transmis à la tige profilée KD_I. Une douille amovible ("kelly bushing"), non représentée, définit un profil de forme correspondante au profil carré ou hexagonal de la tige KD_I. La douille amovible s'insère 30 entre la table tournante 23 et ladite zone profilée KD I. Ainsi, la table tournante 23 entraîne la tige profilée KD_I en rotation, tout en la laissant libre en translation verticale, pour accompagner la descente de la colonne de tubes 26 au fur et à mesure que le forage progresse. Des tubes sont ajoutés au fur et à mesure de cette progression.

On se place maintenant à un moment où l'on vient d'ajouter un ou plusieurs tubes à la colonne. La tige profilée KD_I est alors tout entière hors du puits, et la table tournante 23 est en prise sur le bas de sa zone profilée. C'est la "position haute" de la colonne de tubes 26. La tige KD_I descend en coulissant au fur et à mesure que le forage progresse, jusqu'à ce que ce soit le haut de sa zone profilée qui vienne en prise avec la table tournante. C'est la "position basse" de la colonne de tubes 26. Il est alors temps d'ajouter à nouveau un ou plusieurs tubes. Pour cela, on stoppe la rotation (de forage), et l'on enlève la douille amovible ; on remonte la colonne de tubes 26 sur une hauteur sensiblement égale à la longueur de la tige profilée KD_l ; on bloque la colonne de tubes 26 sous la tige KD_I ; et l'on dévisse la tige KD_I de la colonne. On visse un nouveau tube en haut de la colonne de tubes 26. On redescend la colonne de tubes 26 de la hauteur précitée, de sorte que le trépan 27 retrouve le fond du puits. On revisse la tige KD_I en haut de colonne. On remet en place la douille amovible qui assure le couplage en rotation de la tige KD_I à la table tournante 23. Le forage peut alors reprendre. Les choses se passent sensiblement de même, avec des déplacements verticaux en sens inverse, lorsqu'il faut extraire la colonne de tubes 26, totalement ou partiellement. Des techniques connues permettent la pose de tubes de cuvelage, ou "casing", séquentiellement après le forage d'un tronçon de puits (une profondeur). Au fur et à mesure du forage, il y aura donc de nombreuses opérations de dévissage/revissage sur le même filetage d'un même composant. Et ces vissages/dévissages se font sous une forte contrainte, due au poids de la colonne de tubes, qui peut comprendre en final une ou plusieurs centaines de tubes, d'où une usure rapide de ce filetage. C'est pourquoi il est habituel d'utiliser un ou plusieurs inserts d'usure dits "saver sub", aux endroits sujets à dévissages/revissages répétitifs. Dans le cas des figures 1 et 2, il y a deux inserts d'usure, respectivement placés en haut (USavSub) et en bas (LSavSub) de la tige profilée KD I, ou "kelly". Ces inserts supérieurs et inférieurs par rapport à la tige profilée KD I sont respectivement désignés "upper kelly saver sub" et "lower kelly saver sub" dans la technique.

Il est maintenant fait référence aux figures 3A, 3B et 3C, qui illustrent un mode de réalisation plus moderne de l'appareil de tête de puits. Dans les puits récents, l'appareil de tête de puits est équipé d'un système d'entraînement au sommet, ou "top drive system", noté TD, représenté dans son ensemble sur la figure 3A. L'entraînement est monté tout en haut de la colonne de tubes, directement supporté par le moufle 14 grâce à une anse SB ("system bail") qui lui est attachée. En sa partie supérieure, montrée isolément sur la figure 3B, l'entraînement au sommet TD comprend un moteur électrique DM ("drilling motor") qui entraîne en rotation une tige motrice DS ("drive stem") par l'intermédiaire d'une transmission TR ("transmission").

Cette partie supérieure comprend également une paire de freins hydrauliques HB ("hydraulic brakes"), ainsi qu'un système de refroidissement comprenant une paire de conduites de refroidissement CD ("cooling system air duct") reliées au moteur DM et dans lesquelles circule de l'air sous l'action de ventilateurs CF ("cooling fan motor"). La tige DS est creuse. Aux mêmes fins que précédemment, de la boue est injectée à l'intérieur de la tige DS grâce à un col de cygne GS ("gooseneck"), par l'intermédiaire d'un capot BO ("bonnet"), et d'un montage de nettoyage WP ("wash pipe packing assembly"). En sa partie inférieure, visible isolément sur la figure 3C,1'entrainement TD comprend un positionneur d'élévateur PEP ("powered elevator positioner") moteur et qui peut tourner sur 360 degrés autour de l'axe de la tige DS. Une pince de secours BUC ("backup clamp") est reliée au positionneur PEP par l'intermédiaire d'un cadre à limitation de couple TAF, dit "torque an-ester frame". Des élévateurs E ("elevators") équipés d'une pince hydraulique HC ("hydraulic clamp") sont montés à l'extrémité de bras de liaison EL ("elevator links") dont l'extrémité opposée est attachée au positionneur PEP par des adaptateurs rotatifs RLA ("rotating link adapters"). Les adaptateurs RLA permettent un pivotement des bras EL par rapport à l'axe de la tige d'entrainement DS sous l'action d'un montage actionnable par vérins Chili( tilt assembly") fixés au positionneur PEP. La pince de secours BUC comporte des guides de stabilisation ajustable SG ("adjustable stabling guide"), non représentés.

Sur la figure 3C, on voit également apparaître un montage de sécurité supérieur UBOP ("upper blow out preventer") et un montage de sécurité inférieur LBOP ("lower blow out preventer") intercalés entre la tige DS et un insert d'usure ("saver sub") non visible. La pince de secours BUC, disposée au-dessus de la pince hydraulique HC, vient en prise sur pratiquement l'ensemble de l'insert d'usure. L'entraînement TD est guidé par un rail vertical VR (figure 3A), décalé latéralement.

L'entraînement TD descend au fur et à mesure que le forage progresse, jusqu'à être près du plancher du derrick 10. L'ajout d'une longueur de tubes est un peu plus simple que précédemment. On bloque la colonne de tube par un fort serrage, et on la dévisse de la tige DS, plus exactement d'un insert d'usure, dit "top drive saver sub", fixé sous le montage de sécurité inférieur LBOP. Dans ce cas, il n'y a qu'un composant d'usure.

On remonte le moteur vers le haut du derrick 10. On ajoute un ou plusieurs tubes. Et l'on revisse la colonne de tubes sur le composant d'usure, resté solidaire de l'entraînement TD. Les montages UBOP et LBOP comprennent respectivement une vanne de sécurité supérieure UKV ("upper kelly valve") et une vanne de sécurité inférieure LKV ("lower kelly valve"), disposées l'une au-dessus de l'autre, entre la tige DS et l'insert d'usure SavSub. Par tradition, elles conservent leurs noms de "upper kelly valve" et "lower kelly valve", bien qu'il n'y ait plus de tige profilée dite "kelly" dans ce mode de réalisation. La figure 4 montre la disposition de la tête de colonne, dans le cas de l'appareil de tête de puits des figures 3A à 3C. Le moteur DM entraîne la tige DS qui est filetée et vient en prise sur la vanne de sécurité 20 supérieure UKV. Dans ce mode de réalisation, celle-ci est immédiatement suivie de la vanne de sécurité inférieure LKV, puis de l'insert d'usure SavSub, qui est ici unique. Comme déjà indiqué, on cherche maintenant à rendre la colonne de tubes communicante, de façon à pouvoir échanger de l'information entre d'une part le haut du puits, et d'autre part le fond du puits, ou bien des équipements intermédiaires insérés dans la colonne de 25 tubes. Pour cela, au sein de la colonne de tubes, chaque tube est équipé de coupleurs de communication (en bref "coupleurs") à ses extrémités, et d'une liaison électrique entre ces coupleurs. Des solutions connues à cet effet sont décrites, notamment dans le document "US DOE report" référencé "report #41229R14". Ce document est disponible notamment à l'adresse 30 internet suivante : http://www.netl. doe.gov/technologies/oilgas/publications/epreports/des/final%20report%20fg 123104.pdf Ces solutions souffrent de différents inconvénients. L'une de ces solutions, connue sous le nom de "SwivelLink", intègre une électronique de transmission de type joint tournant dans un insert, ou "sub", spécialisé, qui sera naturellement assez long, pour pouvoir loger l'électronique de transmission. En effet, il convient de préserver la section de passage interne, pour les boues de forage, notamment. L'électronique de transmission prend place dans un logement aménagé dans la paroi périphérique tubulaire de l'insert, d'où l'allongement. Le recours à cette première solution implique de repenser complètement l'architecture de l'appareil de tête de puits, du fait dudit allongement. Cela limite considérablement la portée de cette solution. De plus, cela implique de revoir toutes les normes applicables aux éléments de la tête de puits, ce qui a des conséquences lourdes en termes de coût. Si par contre on voulait intégrer cette première solution dans l'entraînement de tête "top drive system" d'un puits déjà existant, aux normes actuelles, il faudrait alors sacrifier l'un des éléments en tête de la colonne de tubes : enlever l'une des deux valves de sécurité UKV et LKV, ou remplacer l'insert d'usure SavSub. Le document report #41229R14 décrit aussi une seconde solution, connue sous le nom de "Data Swivel", où l'insert d'usure dit "saver sub" est muni d'un joint électrique tournant, dont une partie fixe par rapport au derrick 10 est reliée à un câble assez long pour encaisser l'excursion verticale du composant d'usure au cours du forage.

Mais comme le montre la figure 4, la pince de secours BUC vient en prise sur l'insert d'usure sur pratiquement toute sa longueur. Il existe donc un risque important de détérioration du joint électrique tournant et/ou du câble porté par celui-ci lorsque l'insert d'usure est serré par la pince-verrou hydraulique de secours. Cette détérioration est rédhibitoire car tout le système de communication de la colonne de tubes se trouve alors coupé. Pour les mêmes raisons que précédemment, l'allongement de l'insert d'usure n'est pas envisageable, notamment du fait que la pince de secours BUC se trouve à distance fixe par rapport au reste de l'entraînement de tête TD : l'allongement de l'insert d'usure vers le haut de la colonne de tubes impliquerait de prévoir la suppression ou le raccourcissement des éléments qui s'y trouvent habituellement alors qu'il s'agit d'organes de sécurité ; cela conduirait aussi à réaliser des éléments spécifiques donc, finalement, à changer pratiquement l'ensemble de la tête de colonne, de l'insert d'usure à la tige motrice; l'allongement de l'insert d'usure vers le bas de la colonne de tubes engendrerait des inconvénients analogues puisque la distance de la tige motrice à la pince-hydraulique est également fixe. Il n'existe donc actuellement aucune solution totalement satisfaisante en pratique. La présente invention vient améliorer la situation. On la décrira dans le cas des appareils de tête de puits modernes, conformes au schéma de principe de la figure 3, c'est-à-dire à moteur au sommet "top drive". 10 La demanderesse s'est livrée à un examen approfondi du fonctionnement pratique des éléments utilisés dans l'environnement encombré d'une tête de puits. Les solutions connues sont limitées par le fait que l'homme du métier ne modifiera pas, par principe, un organe de sécurité, du moins de façon substantielle. C'est ainsi que, dans la seconde solution mentionnée plus haut, on a installé le joint tournant dans le composant 15 d'usure dit "saver sub", alors que celui-ci va rencontrer un environnement dangereux pour son joint tournant. De façon inattendue, les études de la demanderesse lui ont fait constater qu'il est possible d'incorporer un joint tournant à une vanne de sécurité du type « kelly valve », contrairement à ce qu'on pouvait penser a priori. 20 Il est fait référence à la figure 6, laquelle montre une vanne de sécurité qui est ici la vanne de sécurité LKV de la figure 4. Cette vanne LKV comporte une structure générale tubulaire, ou corps 600, avec un filetage intérieur 601 à une extrémité (extrémité haute sur la figure 6) et un filetage extérieur 602 à son extrémité opposée (extrémité basse sur la figure 6). 25 En partie intermédiaire, une bille sphérique 610 est montée de manière mobile à pivotement dans un guide 611. Celui-ci est introduit à coulissement à l'intérieur du corps 600, jusqu'à venir en butée sur un épaulement 614. Du côté opposé, le guide 611 est retenu par un anneau 618, logé dans une rainure périphérique 619 aménagée ici à l'intérieur du corps 600. La bille 610 est percée d'un canal cylindrique 613, ici de même 30 géométrie que l'intérieur du corps 600. Dans l'exemple représenté, le pivotement de la bille 610 peut être commandé par l'intermédiaire d'une clé d'actionnement comportant un profil hexagonal en correspondance de forme d'une empreinte en creux 612 réalisée dans la bille 610. La bille 610 peut être pivotée entre une position où le canal 613 se trouve dans l'axe du corps 600 et une position où la bille 610 obture l'intérieur du corps 600. La Demanderesse a constaté que l'extrémité basse de la vanne LKV pouvait être munie d'un coupleur 626, semblable aux coupleurs qui sont utilisés dans la colonne de tubes. Ce coupleur 626 est relié à une première liaison électrique 624 qui emprunte un perçage longitudinal ménagé dans la paroi annulaire du corps 600 puis un perçage radial qui s'étend à angle droit jusqu'à atteindre un évidement 623 ménagé sur la paroi extérieure du corps 600. L'évidement 623 loge une électronique embarquée 621 qui est reliée par une deuxième liaison électrique 625 à une partie rotor 627 d'un joint tournant 632. Cette partie rotor 627 est logée dans une rainure annulaire 629 ménagée sur la paroi extérieure du corps 600. La deuxième liaison électrique 625 emprunte un perçage longitudinal ménagé dans la paroi annulaire du corps 600 puis un perçage radial qui s'étend à angle droit jusqu'à la rainure annulaire 629. L'évidement 623 est refermé par une protection qui est réalisée ici sous la forme d'un couvercle 630 en matériau amagnétique, par exemple métallique. Le couvercle 630 est maintenu de manière étanche sur le corps 600 à l'aide d'un joint d'étanchéité (non représenté) et d'un jeu de vis. L'épaisseur de la protection est adaptée de manière à lui garantir une résistance mécanique suffisante à la pression et au couple mis en jeu.

Le joint tournant 632 comporte une partie stator 622 disposée autour du corps 600, au niveau de la partie rotor 627. Cette partie stator 622 peut être munie d'un oeillet (non représenté), dans lequel passe un câble sensiblement vertical afin de maintenir la partie stator 622 du joint tournant 632 fixe angulairement par rapport au corps 600, tout en lui autorisant des mouvements descendants et ascendants accompagnant les mouvements de ce type que subit la vanne LKV. Le joint tournant 632 est relié par un câble 631, attaché à la partie stator 632, à un boitier qui loge une électronique dite "de surface" 634. Le boîtier est fixe dans l'appareil de tête. Le câble 631 présente une longueur suffisante pour encaisser l'excursion verticale que subit la vanne LKV conjointement à la partie haute de la colonne de tubes, c'est-à-dire plusieurs dizaines de mètres. L'électronique embarquée 621, le joint tournant 632 et l'électronique de surface 634 font partie d'un dispositif de communication 636 qui permet, de manière générale, l'échanges de données de travail entre la colonne de forage et un réseau de surface. Ce dispositif de communication 636 forme une partie de ce que l'on peut appeler une interface de surface. La partie stator 622 est maintenue contre la paroi périphérique extérieure du corps 600, par exemple au moyen d'un système à roulement à billes, ou analogue, qui autorise la rotation du corps 600 par rapport à la partie stator 622 autour de l'axe longitudinal de ce corps 600. La communication entre les conducteurs de rotor 627 et les conducteurs de stator 622 peut se faire par conduction directe, à la manière d'un frotteur. Elle peut aussi se faire par induction. Dans ce cas, le mode de couplage par induction entre le rotor 627 et le stator 622 peut être le même que ceux des coupleurs spécifiés pour les tubes, dans une géométrie différente. Sur la figure 9, le stator 622 est maintenu sur l'extérieur de la vanne LKV avec possibilité de rotation, au moyen d'un boîtier à roulements à billes. Le stator 622 est maintenu dans un capot annulaire 6200 qui loge une paire de roulements à billes 6202 dont la bague extérieure porte des joints d'étanchéité 6204 qui coopèrent avec la paroi intérieure du capot 6200, tandis que la bague intérieure est montée sur la surface extérieure de la vanne LKV. Le conducteur du stator 620, référencé ici 6206, est fixé sur la paroi intérieure du capot 6200, entre les roulements 6202. Le conducteur de la partie rotor 621, référencé ici 6208, est logé entre les bagues intérieures des roulements à billes 6202, contre la paroi extérieure de la vanne LKV. Le conducteur 6206 du stator 620, de forme annulaire, est relié à un câble de transmission électrique 6210 suffisamment long pour encaisser l'excursion verticale que subit la vanne LKV en cours de forage. Ce câble de transmission 6210 est relié au conducteur 6206 du stator 622 par un connecteur 6212 qui peut être logé dans un boîtier supplémentaire, référencé ici 6214, pour sa protection. Le capot 6200 porte sur sa partie extérieure un dispositif de maintien anti-rotation sous la forme d'une anse 6216 au travers duquel peut passer un câble (non représenté) tendu verticalement sur le derrick 10 pour la rotation du capot 6200. La communication entre les conducteurs de rotor 621 et les conducteurs de stator 622 peut se faire par conduction directe, à la manière d'un frotteur. Elle peut aussi se faire par induction. Dans ce cas, le mode de couplage par induction entre les éléments 621 et 622 peut être le même que ceux des coupleurs spécifiés pour les tubes, dans une géométrie différente. Comme l'a montré la figure 4, l'élément tubulaire SavSub situé en dessous de la vanne de sécurité LKV est normalement un insert d'usure ou "saver sub".

La demanderesse a observé que les deux extrémités de cet insert d'usure pouvaient être munies de coupleurs de communication, tandis qu'une liaison entre eux passe le long de l'insert d'usure, de préférence dans un conduit percé dans la paroi de celui-ci, d'un bout à l' autre. C'est ce que l'on décrit maintenant en faisant référence à la figure 10A.

Cette figure 10A montre un insert d'usure qui est ici l'insert d'usure SavSub de la figure 4. De façon classique, l'insert SavSub comporte une structure générale tubulaire 900 avec un filetage 901 en extrémité haute, compatible avec le filetage 602 d'extrémité basse de la vanne de sécurité LKV, et un filetage 902 en extrémité basse. Le filetage 902 d'extrémité basse de l'insert SavSub est compatible avec les filetages utilisés dans la partie basse de la colonne de tubes. L'extrémité basse de l'insert SavSub est munie d'un coupleur 926, semblable à ceux qui sont utilisés dans la colonne de tubes de forage. L'extrémité haute de l'insert SavSub est munie d'un coupleur 927, homologue du coupleur 626 de la vanne de sécurité LKV. Ici, le coupleur 927 d'extrémité haute et le coupleur d'extrémité basse 926 de l'insert SavSub sont analogues. Ces coupleurs sont reliés entre eux par une liaison électrique 924 empruntant un perçage longitudinal, ménagé ici dans la paroi annulaire du tube. En particulier, le coupleur 926 du bas de l'insert SavSub peut être aux mêmes dimensions que les coupleurs qui sont utilisés dans la colonne de tubes de forage, tandis que le coupleur 927 du haut de l'insert SavSub et le coupleur 626 du bas de la vanne LKV 25 peuvent eux aussi être aux mêmes dimensions que ceux qui sont utilisés dans la colonne de tubes de forage. La figure 10B montre une variante de réalisation de l'insert SavSub qui diffère de celle illustrée sur la figure 10A par le fait que son filetage 901 d'extrémité haute est de type mâle, et non femelle. Dans cette forme, il est notamment adapté à une vanne LKV dont le 30 filetage 602 d'extrémité basse serait de type femelle. Il en résulte que le coupleur 927 d'extrémité haute est logé à proximité de la face terminale correspondante de l'insert SavSub, alors que, dans la réalisation de la figure 10A, ce coupleur 927 est logé au fond d'un alésage prévu pour recevoir l'extrémité basse de la vanne LKV. Dit autrement, sur la figure 10B, le coupleur 927 d'extrémité haute est voisin de l'extrémité du filetage 901 qui se trouve éloignée de l'extrémité basse de l'insert SavSub, tandis que, sur la figure 10A, ce coupleur 927 est voisin de l'extrémité du filetage 901 qui se trouve proche de l'extrémité basse de l'insert SavSub. La figure 7 illustre un jeu de composants 700 qui peut être intégré à l'électronique embarquée 621. Les lignes en trait mixte indiquent les lignes d'alimentation en courant, tandis que les 10 lignes en trait plein montrent les lignes de transmissions de données. Le jeu de composants 700 comprend un circuit d'interface 710 relié de manière bidirectionnelle à un coupleur 712, par exemple la partie rotor 627 du joint tournant 632, et un circuit émetteur/récepteur 704 en charge de la transmission bidirectionnelle de données avec les dispositifs embarqués dans la colonne de forage, dispositifs qui sont 15 représentés dans leur ensemble par le cadre en trait tireté portant la référence 706. Le circuit d'interface 710 comprend un circuit d'émission/réception de données (non représenté) en charge de la communication de données avec la partie rotor 627 et un circuit d'alimentation en courant, qui reçoit de l'énergie électrique en provenance du coupleur 712. L'énergie électrique peut être transmise de l'électronique de surface à 20 l'électronique embarquée 621, par le coupleur 712, soit par contact direct soit par induction. Le circuit d'alimentation du circuit d'interface 710 alimente les composants du jeu 700, et peut être suppléé par une ou plusieurs batteries 714, également reliées au circuit d'alimentation du circuit d'interface 710. Dans le cas où le type du coupleur 712 permet une transmission électrique de puissance 25 suffisante, le circuit d'alimentation contenu dans le circuit d'interface 710 peut être utilisé pour alimenter certains au moins des dispositifs électriques logés dans la colonne de forage, sous la vanne LKV. Dans ce cas, le coupleur 626 ainsi que les coupleurs homologues des éléments de la colonne sous-jacents sont avantageusement d'un type permettant la transmission d'énergie électrique en quantité suffisante. 30 Le jeu de composants 700 comprend également de la mémoire 708, dans laquelle peuvent être stockées des données utiles, en particulier des données provenant de la colonne de forage à émettre vers le réseau de surface et des données provenant de ce réseau à acheminer dans la colonne de forage. Par exemple, la mémoire 708 agit à la manière d'une mémoire tampon. Un microcontrôleur 702 fait opérer l'ensemble les composants du jeu 700. Le microcontrôleur 702 assure le conditionnement, l'encodage/décodage, et plus généralement tout traitement utile sur les signaux reçus et/ou à émettre au circuit d'interface 710, et/ou au circuit émetteur/récepteur 704. Le microcontrôleur 702 assure également la commande de l'alimentation électrique, en particulier pour les batteries 714 et le circuit d'alimentation du circuit d'interface 710, par l'exécution de lois de commandes appropriées, par exemple qui commutent l'alimentation électrique dans le cas où la vanne LKV n'est plus en rotation, ou qui coupent régulièrement cette alimentation pour économiser l'énergie. Le jeu de composants 700 comprend en outre un second circuit d'interface 716, relié à un ou plusieurs capteurs, intégrés dans la vanne LKV et/ou en partie haute de la colonne de forage, en particulier au-dessus le vanne LKV, représentés dans leur ensemble par le cadre en trait tireté référencé 720. Le second circuit d'interface 716 gère la réception de données depuis ces capteurs 720, et, éventuellement, l'émission de données à leur destination. En option, ces capteurs peuvent être alimentés grâce au circuit d'alimentation du circuit d'interface 710 et/ou des batteries 714.

Les capteurs intégrés dans la vanne LKV elle-même ou dans les éléments de la colonne de forage situés au-dessus de cette vanne peuvent prendre des formes assez différentes les unes des autres, selon la nature des grandeurs que l'on souhaite mesurer ou des phénomènes que l'on cherche à surveiller. Le cas échéant, les éléments de la colonne de forage situés au-dessus de la vanne LKV peuvent être munis de coupleurs analogues au coupleur 626 pour la transmission de données jusqu'à cette vanne LKV. Dans ce cas, la vanne LKV est munie à chacune de ses extrémités d'un coupleur 626. À titre d'exemple, les capteurs 720 peuvent comprendre, isolément ou en combinaison, un ou plusieurs des éléments suivants, qui peuvent être intégrés dans le corps 600, à la vanne LKV, et/ou dans tout élément situé au-dessus ou en dessous de la vanne LKV dans la colonne de forage : un ou plusieurs capteurs de température pour mesurer la température de la boue circulant à l'intérieur de la colonne, la température au sein de l'évidement 623 et/ou la température à l'extérieur de la colonne de forage, par exemple sous la forme de thermocouples; un ou plusieurs capteurs de pression pour mesurer la pression de la boue circulant à l'intérieur de la colonne de forage; un ou plusieurs capteurs de vibrations, de chocs et plus généralement tout capteur capable de mesurer des sollicitations mécaniques, couple notamment, dont la vanne LKV fait l'objet, tels que, par exemple, des magnétomètres et/ou des accéléromètres; - un ou plusieurs capteurs capables de mesurer une vitesse de rotation de la colonne de forage, tels que, par exemple, des magnétomètres, des accéléromètres et/ou tout moyen de traitement du signal reçu au joint tournant 632 afin d'en déduire une valeur de vitesse de rotation. Bien que les capteurs 720 aient été représentés fonctionnellement à l'extérieur du jeu de 15 composants 700, certains de ces composants peuvent opérer à la manière de capteurs, une partie des capteurs 720 se trouvant alors intégrée à l'électronique embarquée 621. En option, le jeu de composants 700 comprend une interface de configuration 718 au travers de laquelle le microprogramme du microcontrôleur 702 peut être mis à jour, des données récupérées de la mémoire 708, et/ou l'électronique embarquée 621, voire la 20 vanne LKV elle-même, testées et/ou configurées. La figure 8 représente fonctionnellement un jeu de composants 800 qui peut être intégré dans l'électronique de surface 634. Le jeu de composants 800 comprend une unité centrale de calcul 802 alimentée par l'intermédiaire d'un transformateur de courant 804 relié à un réseau de distribution 25 d'énergie schématisé par le cadre en trait tireté référencé 806. En remplacement ou en complément, le jeu de composants 800 peut être équipé d'une ou plusieurs batteries, en particulier en tant que source d'énergie en cas de coupure du réseau électrique de puissance. Le transformateur de courant 804 et/ou les batteries de secours alimentent l'ensemble des 30 composants du jeu 800, comme le montrent les lignes en trait mixte qui symbolisent les lignes d'alimentation électrique.

Le jeu de composants 800 intègre un premier circuit d'interface 808 qui comprend un circuit émetteur/récepteur (non représenté) assurant une communication bidirectionnelle avec un coupleur 810, par exemple la partie stator 622 du joint tournant 632 par l'intermédiaire d'une interface ATEX, pour "ATmosphère Explosive" (non représentée), et un adaptateur de courant électrique relié au coupleur 810 pour transmission d'énergie électrique, du réseau de distribution 806 au coupleur 810. L'interface ATEX peut prendre la forme d'un boîtier renforcé, fixé à l'entrée de la zone de traitement, pour réaliser une protection électrique du système aval par rapport à une zone à risque d'explosion. L'interface ATEX comprend un heu de composants électroniques, essentiellement passifs, qui limite les courants d'entrée et de sortie à des niveaux de puissance compatibles avec la nature de la zone où l'équipement est implanté (zone à faible risque, à risque moyen, pour les poussières, les gaz, notamment). Le premier circuit d'interface 810 assure également une communication bidirectionnelle de type numérique avec l'unité de traitement 802.

Le jeu de composants 800 comprend encore une seconde interface 812, d'entrée/sortie, ici de type Ethernet, reliée à un réseau d'échange de données schématisé par le bloc en trait tireté 814, et un circuit de configuration 816 relié à l'unité de calcul 802 et accessible éventuellement par une interface d'entrée/sortie d'un type standard, par exemple USB (pour "Unvversal Serial Bus" ou "bus série universel" en français).

L'électronique de surface 634 agit à la manière d'un transpondeur, c'est-à-dire qu'elle opère, entre autres choses, pour transmettre les données reçues de la colonne de forage vers le réseau de données 814, ou à destination de celle-ci, le cas échéant en assurant une conversion entre le protocole de communication utilisé dans la colonne de forage et celui utilisé dans le réseau de données 814, ici Ethernet.

Comme on l'a vu, la solution proposée ici procède d'une remise en cause complète des idées habituelles de l'homme du métier. Cela intervient tout d'abord du fait qu'un joint tournant est prévu sur un élément de sécurité, à savoir une vanne. Au contraire, les solutions connues placent le joint tournant sur l'insert d'usure, alors que celui-ci va se trouver tout près d'organes mécaniques travaillant en force, comme la pince-verrou hydraulique ("hydraulic clamp"). Il en découle un risque sérieux d'endommagement pour le joint tournant, et pour son câble de liaison avec l'interface de surface, donc d'interruption de service intempestive. De plus, il est habituel de "reconditionner" périodiquement les filetages de l'insert d'usure. La présence sur celui-ci du joint électrique tournant pose problème, si l'on veut réaliser le reconditionnement de ses filetages à des conditions économiques acceptables. La variante consistant à faire du composant d'usure un composant jetable n'est pas souhaitable non plus, économiquement. La solution ici proposée évite ce problème. L'insert d'usure est équipé de coupleurs d'extrémité et d'un câble, d'une manière semblable à ce qui est fait pour les tubes de la colonne de forage. Il ne comporte pas la partie saillante externe que constitue le joint tournant. On peut donc reconditionner les filetages de l'insert d'usure par les mêmes techniques que celles utilisées pour les tubes de la colonne de forage. L'insert d'usure conserve ses qualités de résistance mécanique, critiques à cet endroit de la colonne. Le coût de reconditionnement de l'insert d'usure se trouve optimisé par rapport aux solutions connues sous les noms de "Data Swivel" et "SwivelLink". L'insert d'usure conserve un encombrement extérieur réduit au minimum. La prévision du joint tournant sur la vanne LKV permet en outre de disposer sur cette vanne de deux positions de serrage envisageables, au-dessus du joint tournant et sous celui-ci, du fait de la longueur de cette vanne.

Comme expliqué plus haut, l'invention ne se limite pas au cas du forage par moteur au sommet, mais peut également être envisagée en combinaison d'une tige profilée de type "kelly". Dans ce cas, la vanne LKV décrite ici pourrait être employée en tant que "upper kelly valve", tandis que la tige profilée "kelly", la vanne de sécurité "lower kelly valve" et l'insert d'usure inférieur ("lower saver sub") pourraient être chacun équipés de coupleurs d'extrémités et d'un câble reliant électriquement ces coupleurs. La vanne LKV décrite pourrait également être agencée en tant que vanne pneumatique. La vanne LKV décrite ici est équipée d'une électronique embarquée qui est capable de traiter les signaux reçus depuis l'interface de surface et/ou à émettre à destination de celle- ci, ceux reçus du reste de la colonne de forage, et/ou à émettre à destination de celui-ci, et/ou les signaux reçus des capteurs ou circuits commandés intégrés dans la vanne elle- même. Elle est équipée de moyens d'alimentation électrique qui peuvent être autonomes, comme les batteries 714, alimentés depuis l'extérieur, comme le circuit d'alimentation du circuit d'interface 710, ou des deux comme dans le mode de réalisation de la figure 7. La source d'alimentation extérieure peut être générale, comme le réseau d'alimentation électrique 806, ou spécifiquement conçue pour la vanne LKV. Cette énergie électrique sert surtout à alimenter l'électronique embarquée 621, mais elle pourrait également alimenter tout dispositif électrique de la colonne de forage. La vanne LKV permet ainsi de transporter à la fois des données et de l'énergie électrique depuis la surface, ou à destination de celle-ci. Pour ce faire, chaque coupleur de la vanne LKV est capable d'opérer sur des signaux de données et sur des courants électriques, de manière bi-directionnelle. La vanne LKV montrée ici permet également d'acheminer vers des équipements de surface des informations relatives au fonctionnement de la vanne LKV elle-même, en même temps que les données en provenance du bas de la colonne de forage. Ceci n'est pas possible lorsque la transmission de ces données de forage se fait au niveau de l'insert d'usure, car celui-ci est classiquement dépourvu de toute électronique de traitement. Dans certaines configurations, la vanne LKV permet également de récupérer et de transmettre aux équipements de surface des données de fonctionnements des éléments sus-jacents de la colonne. Selon la technologie de couplage employée entre la vanne LKV et les systèmes de surface, il est possible de transmettre l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'électronique embarquée et des capteurs, au moins ceux incorporés dans la vanne LKV elle-même. L'invention n'est pas limitée à des coupleurs de type joints tournants, parfois désignés "collecteurs tournants" ou encore "collecteurs à bague rotatifs" dans la technique, à contact direct ou à induction. Des coupleurs radiofréquence peuvent également être employés, dans certains cas au moins. Le coupleur 626 disposé à l'extrémité basse de la vanne LKV, ou coupleur d'extrémité, opère de manière électromagnétique avec un coupleur homologue, par effet inductif, capacitif, ou combinaison de ces effets, ou à contact direct, et plus généralement tout autre fonctionnement permettant la transmission d'informations entre la vanne LKV et l'élément de la colonne de forage située sous elle.

Par ailleurs, l'invention pourrait être transposée d'autres composants tubulaires de la colonne de forage.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif pour tête de puits de forage, comportant un élément tubulaire de sécurité (LKV) avec un filetage d'extrémité haute (601), un filetage d'extrémité basse (602), et une vanne (610) en sa partie intermédiaire, le filetage d'extrémité haute (601) étant destiné à servir vers le haut du puits, et le filetage d'extrémité basse (602) étant destiné à servir vers le bas du puits, caractérisé en ce qu'il comprend : un coupleur d'extrémité (626), aménagé à l'extrémité basse de l'élément tubulaire de sécurité (LKV), destiné à coopérer avec un coupleur d'extrémité homologue d'un autre élément vissé sur le filetage d'extrémité basse (602) de l'élément tubulaire de sécurité (LKV) ; un coupleur rotatif (632) monté en partie au moins sur l'élément tubulaire de sécurité (LKV) et apte à opérer en cas de rotation de l'élément tubulaire de sécurité (LKV) pour transmettre des signaux de données ; une électronique de traitement (621) intégrée à l'élément tubulaire de sécurité (LKV) et reliée d'une part au coupleur d'extrémité (626) et, d'autre part, au coupleur rotatif (632) pour conditionner les signaux reçus en l'un ou l'autre du coupleur d'extrémité (626) et du coupleur rotatif (632), et/ou à transmettre par ceux-ci.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre un ou plusieurs capteurs intégrés à l'élément tubulaire de sécurité (LKV), ou à un autre élément tubulaire vissé sur le filetage d'extrémité haute (601), lesdits capteurs étant reliés à l'électronique de traitement (621).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'électronique de traitement (621) est agencée pour conditionner les signaux reçus de certains au moins desdits capteurs 25 pour les transmettre par le coupleur rotatif (632).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel lesdits capteurs comprennent un ou plusieurs éléments du groupe formé des capteurs de température, des capteurs de pression, des magnétomètres, des accéléromètres, des capteurs de vibrations, et des capteurs de chocs. 30
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un ou plusieurs circuits commandables électriquement et/ou électroniquement intégrés àl'élément tubulaire de sécurité (LKV), ou à un autre élément tubulaire vissé sur le filetage d'extrémité haute (601), lesdits circuits commandables électriquement et/ou électroniquement étant reliés à l'électronique de traitement (621).
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l'électronique de traitement (621) est agencée pour conditionner les signaux reçus du coupleur rotatif (632) pour les transmettre à certains au moins desdits circuits commandables électriquement et/ou électroniquement.
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le coupleur rotatif (632) comprend un joint tournant monté sur l'élément tubulaire de sécurité (LKV) et comprenant un rotor (627) et un stator (622), et dans lequel le rotor (627) du joint tournant est relié à l'électronique de traitement (621).
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une électronique de traitement supplémentaire (634) destinée à être disposée sur la tête de forage, reliée d'une part au coupleur rotatif (632) et, d'autre part, à un réseau d'échange de données, (814), dans lequel l'électronique de traitement supplémentaire (634) est agencée pour conditionner les données reçues du coupleur rotatif (632) pour transmission sur le réseau d'échange de données (814).
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'électronique de traitement (621) intégrée à l'élément tubulaire de sécurité (LKV) comprend un circuit 20 d'alimentation électrique.
10. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le circuit d'alimentation électrique comprend une ou plusieurs batteries (714).
11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, dans lequel le circuit d'alimentation électrique comprend un transformateur de courant relié au coupleur rotatif 25 (632), et dans lequel le coupleur rotatif (632) est capable de transmettre de l'énergie électrique.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel l'élément tubulaire de sécurité (LKV) est muni, à l'une et/ou l'autre de ses extrémités basse et haute, d'un coupleur électrique (626) capable de transmettre de l'énergie électrique à un coupleur 30 homologue d'un élément vissé sur l'un et/ou l'autre du filetage d'extrémité haute (601) et du filetage d'extrémité basse (602), respectivement.
13. 13. Procédé de montage d'une colonne de tubes de forage, dans lequel on monte, en tête de colonne, un élément tubulaire de sécurité (LKV) avec un filetage d'extrémité haute (601), un filetage d'extrémité basse (602), et une vanne de sécurité (610) en sa partie intermédiaire, et, sur le filetage d'extrémité basse (602) de l'élément tubulaire de sécurité (LKV), un insert tubulaire (SavSub) formant composant d'usure sur lequel se visse/dévisse le reste de la colonne de tubes de forage lors de l'ajout de tubes, l'insert tubulaire (SavSub) étant muni à son extrémité basse d'un coupleur d'extrémité (926) propre à coopérer avec un coupleur homologue d'un tube de la colonne de tubes de forage, caractérisé par les étapes suivantes : a. monter en tête de colonne un dispositif selon l'une des revendications précédentes, b. monter sur le filetage d'extrémité basse (602) de l'élément tubulaire de sécurité (LKV) un insert tubulaire (SavSub) comprenant un coupleur d'extrémité haute (927) propre à coopérer avec le coupleur d'extrémité (626) de l'élément tubulaire de sécurité (LKV), et une liaison électrique (924) reliant ce coupleur d'extrémité haute (927) et son coupleur d'extrémité basse (926), et c. visser sur l'insert tubulaire (SavSub) un ou plusieurs tubes, chacun de ces tubes comprenant des coupleurs d'extrémité. interconnectés.
14. 14. Procédé de forage, d'exploration et/ou d'exploitation d'un puits d'hydrocarbure comprenant une ou plusieurs étapes de montage d'une colonne de tubes de forage mises 20 en oeuvre conformément au procédé de la revendication 13.