WO1992012324A1 - Dispositif comportant deux elements articules dans un plan, applique a un equipement de forage - Google Patents

Dispositif comportant deux elements articules dans un plan, applique a un equipement de forage Download PDF

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WO1992012324A1
WO1992012324A1 PCT/FR1991/000977 FR9100977W WO9212324A1 WO 1992012324 A1 WO1992012324 A1 WO 1992012324A1 FR 9100977 W FR9100977 W FR 9100977W WO 9212324 A1 WO9212324 A1 WO 9212324A1
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WO
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lever arm
recess
lower element
plane
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PCT/FR1991/000977
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English (en)
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André Pauc
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Institut Français Du Petrole
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
    • E21B17/203—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables with plural fluid passages
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/067—Deflecting the direction of boreholes with means for locking sections of a pipe or of a guide for a shaft in angular relation, e.g. adjustable bent sub

Definitions

  • the present invention relates to a device comprising two elements articulated in a single plane, having means for controlling the angle of misalignment of the two elements in relation to each other.
  • One of the elements can have the freedom to rotate around its longitudinal axis whatever the angle of its misalignment with the other element.
  • elbow fittings with variable year adjustable from the surface are used.
  • patent FR-A-2432079 which relates to a device comprising two tubular elements assembled together, the first of the elements being able to pivot around an axis forming an angle with the axis of the other element.
  • the rotation of the first element compared to the other causes a misalignment of the two elements.
  • misalignment is maximum for a rotation of 180 ° and is canceled for 360 °.
  • the present invention by allowing control of the angle of misalignment in a single plane for all positions, effectively solves this problem.
  • the device, object of the invention can be interposed between drilling tool and downhole motor since the lower element can be driven in rotation by the motor rotor. It will not be part of the scope of this invention if a downhole motor is placed between the drilling tool and said device
  • the present invention makes it possible to solve these problems by using the rotation of an eccentric as means for controlling the angle of misalignment of one element in relation to the other.
  • the present invention uses the principle of a ball joint which gives it great mechanical resistance to axial or bending forces, in fact the repetition of the forces is much better there compared to a flat joint, in particular an axis.
  • the present invention relates to a device allowing two elements connected by an articulation to take angles of misalignment one by comparison with the other, in the same plane designated by displacement plane, one of the elements designated as lower extending beyond the joint in the form of a lever arm located in a second hollow element designated as upper.
  • This device is characterized in that the articulation is of the ball joint type, in that said device comprises guide means maintaining the displacement of the two elements in said displacement plane, said means are incorporated in the upper element, in that said device also comprises in the upper element means for controlling said misalignment angle, and in that said control means comprises an eccentric, the position of which determines said angle.
  • the control means can compo ⁇ er a part substantially in the form of a ring, the internal recess in which said lever arm is positioned, has a cross section of circular shape whose center is eccentric to the axis of the upper element, and at said ring, said lever arm can compose two symmetrical fa by rappo ⁇ to its longitudinal axis and perpendicular to the plane of movement of the two elements, said recess can consist of a member guided in rotation by the recess and itself comprising an optionally oblong opening cooperating with said faces of the lever arm.
  • the lower element may be hollow and compo ⁇ er at the upper end of said lever arm a flexible and sealed connection cooperating with the end of a pipe allows the circulation of a fluid through the lower element.
  • the lower element can rotate about its axis, and said lever arm p cooperate with a coaxial fur whose angular position is fixed by rappo ⁇ said displacement p.
  • the pipe cooperating with the upper end of the lower element may be a hollow shaft for transmitting torque on the lower element.
  • the guidance and control means can consist of face light systems and some, at least, of said faces can be po ⁇ ées by said fur.
  • the member guided in rotation by said recess may comprise two identical sect filling the two spaces delimited by each face and the recess inside the ring, and this recess may have a shape of symmetrical truncation of a sphere, said sectors may be sectors of truncation of said sphere.
  • the upper element can consist of a control shaft which is concentric with it and said control shaft can be fixed in rotation to the ring.
  • the device can include remote control means for controlling the angle of misalignment of the two elements.
  • the present invention also relates to the application of the device to a sowing integrated in particular in a drill string.
  • the application of the device can be characterized in that the device cooperates with a drilling tool screwed onto the lower element, with a bottom motor, a set of a ⁇ iculées elements, drill collars, drill rods.
  • the device can also be applied to a drill string which is composed from bottom to top: a drilling tool, said device, a downhole motor, a ⁇ iculates, drill rods, drill rods. Bottom motor and articulated elements can be reversed.
  • the device can also be applied to a drill string which is characterized in that the drill string can comprise a bottom motor screwed onto the lower element of said device and in that a drilling tool is then screwed to the rotor of said motor.
  • FIG. 1 represents a block diagram concerning the means for guiding and controlling the angle of misalignment of the two elements
  • FIG. 2 represents an embodiment of the device applied to an elbow fitting for drilling
  • FIGS. 3a and 3b show the straight sections respectively along the planes A and B of the device shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows the detail of the fou ⁇ ure and of the faces cooperating with the guidance and control means, according to a preferred embodiment
  • FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e represent the straight sections through the planes A and B as a function of five positions in rotation of the ring
  • FIG. 6 represents a mode of application of the device to inclined drilling
  • FIG. 7 represents another arrangement of the equipment in a mode of application of the device to inclined drilling
  • FIG. 8 represents a preferred embodiment of articulated elements
  • FIG. 8a represents the front view of the articulation of an articulated element
  • FIG. 9 represents another embodiment of a ⁇ iculées elements comprising a transmission shaft made of composite material
  • FIG. 1 represents a block diagram of the device which will make it possible to understand the operation of the means for controlling the angle of misalignment of the elements one by comparison with the other.
  • the lower element 1 is assembled with the upper element 2 by means of a ball-and-socket joint type 3.
  • the lower element 1 is extended beyond the articulation 3 by a lever arm 7.
  • This is shown in the figure 1, a portion of length in the shape of a regular socket, the cross section of which comprises four parallel sides two by two and the pairs of faces of which are perpendicular to each other.
  • the guidance and control means are located at this portion of the lever arm.
  • the guide means 4 comprise a slot 11 of elongated shape dimensioned to guide the lever arm 7 in the plane of movement.
  • the guide means 4 are integral with the upper element 2.
  • the means for controlling the angle of misalignment of the two elements 1 and compo ⁇ ent a part substantially in the form of a ring 5.
  • the outer surface of this annea 5 is concentric in the body of the upper element 2 and free to rotate around the
  • the ring 5 has an inner recess of circular shape, the center of which is off-center with respect to the axis 12 which represents the axis of rotation of the ring 5.
  • This eccentric recess will give the ring the name of eccentric 5. This term will be used in the following description.
  • a control shaft 9 is integral in rotation with the eccentric ring 5.
  • the part 6 comprises a light 10 of elongated shape dimensioned to cooperate with the faces 1 and 15 of the lever arm. This light is preferably centered on the axis of the part 6.
  • Ds can in particular be substantially at the level of the ball joint 3 or even opposite the lever arm 7 by comparison with the connection.
  • the principle of the device shown in Figure 1 is as follows:
  • the guide means maintain the angular displacement of the lower element in a single plane containing the axis 12 of the upper element.
  • a guide means which further excludes the rotation of the lower element around its longitudinal axis 13.
  • This is not limiting of the principle which is based in particular on the fact that the light guide faces of the part 6 must remain perpendicular to the plane of movement and parallel to the axis 13. This is particularly the case where it is desired to reduce the mechanical play.
  • the faces 14 and 15 are fixed in rotation by the guide means and the cooperation of the faces 14 and 15 with the light 10 indexes the position of the part 6 in the desired direction.
  • the faces 14 and 15 which are subject to remain in the plane perpendicular to the plane of movement of the lever arm are driven, by cooperation with the light 10 of the part 6, substantially in a translational movement of the pan and other of the axis 12.
  • the lower element, linked to said faces by the lever arm, is thereby displaced in an angular manner around the joint and in the plane of movement.
  • the value of the misalignment angle (i) is the angle between axis 12 and axis 13.
  • FIG. 2 represents a preferred embodiment of the device comprising:
  • This type of assembly has great advantages for obtaining great mechanical resistance essential to this device. Indeed, whether in tension or compression, the effo ⁇ s can be distributed over a large area thanks to the spherical shape of the joint.
  • the lower element being able to rotate on its axis 13, the constitution of the composition comprises two hemispheres trapping a bidirectional roller stopper linked to the lower element 16.
  • the lower element 16 is traversed entirely by a channel 42,
  • a lever arm 19 comprising at its end a fur 20 concentric with the axis 13 and mounted on a bearing, a flexible and leaktight seal 21 cooperates with a pipe 22,
  • a rotational connection system 23 secures in rotation the pipe 22 with the lower element 16 via the upper part of the lever arm 19, pipe 22 will then also be a shaft for transmitting the torque of rotation the element inferior,
  • a lateral guide means substantially at the level of the section B is integral with the upper element 18. It comprises two sectors 28 and 29 integral with the body of the upper element. These two sectors cooperate with the two flats 31 and 32 of the fur 20.
  • the guide system is thus sufficiently distant from the connection in order to better resist mechanical forces, in particular bending,
  • a means of controlling the angle of misalignment at the level of the section A comprises a ring 25 whose outer surface is concentric with the body of the upper element 18. This ring comprises a recess 30 in the form of a sphere truncation. The center of this recess is offset relative to the axis 12.
  • a shaft 24 for controlling the rotation is integral with the eccentric ring 25.
  • the shaft and ring assembly is mounted on bearings coaxial with the body of the element superior.
  • Sectors 26 and 2 complementary to the shape of the recess laterally fix the fur 20 by the hub of the dishes 33 and 34.
  • the dishes 33 and 34 are perpendicular to the other pair of dishes 31 and 3 of the same fur.
  • the sectors 26 and 27 are free to slide in the recess 3 in particular in the plane perpendicular to the axis 13 and passing through the center of the truncation of the sphere of the recess 30.
  • a flexible tube 43 is fixed, on one side to the lower end of the upper element and on the other to the lower element 16 in order to isolate the bore of the upper element 18 from the atmosphere exterior in which the device of our invention is bathed.
  • control shaft 24 is connected by coupling means, with u remote actuation equipment such as that taught by patent FR-2641320.
  • FIG. 3a represents the section of the device at level A of FIG. 2:
  • the eccentric 25 includes in particular a recess 30 which is off-center by the axis 12 of the upper element,
  • FIG. 3b represents the section of the device at level B of FIG. 2:
  • Parts 28 and 29 guide, via the fur 20, the lower element 16 in the plane represented by the line xy.
  • the parts 28 and 29 are integral with the upper element 18.
  • FIG. 4 represents in perspective the fur 20. This fur mounted on the bearing on the lever arm leaves the libe ⁇ é to the lower element 16 to rotate about its axis while being angularly displaced by the eccentric:
  • FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d and 5e represent the relative positions of the axis 13 of the lower element by comparison with the axis 12 of the upper element by showing the two sections B and A respectively at the level of the guide lateral and at the level of the displacement device The fur is not shown here in order to simplify the figures.
  • Reference 35 allows you to view the rotation of the eccentric:
  • the reference 35 is in the plane perpendicular to the plane of movement of the lower element, the axes 12 and 13 coincide,
  • the eccentric has undergone a 45 ° rotation and the axis 13 is offset from the axis 12 by an intermediate angle, in the same movement the sectors 26 and 27 have slipped relative to the faces of the fur ,
  • FIG. 6 represents the application of said device to inclined drilling:
  • a drilling tool 36 screwed onto the lower element 16 allows the drilling of a well 4 with a curved trajectory
  • the upper element 18 is connected to articulated elements 37.
  • An embodiment of these articulated elements 37 is shown in FIG. 8.
  • the ends of the tubes 45 are screwed onto fittings 46 comprising in their central part a plane articulation 44.
  • the articulated elements 37 have their articulations 44 all in the same plane so that the deformation of the flexible assembly thus formed is substantially an arc of a circle.
  • the curvature achieved is fixed by the angular displacement of each ball joint and the length of tubes of each element between two fittings 46.
  • the elements 37 are hollow in order to contain a flexible shaft for transmitting the torque to the lower element of said device.
  • a transmission shaft comprising steel tubes 47, assembled at the connections 46 by gimbal type joints 48.
  • FIGS. 9 and 9a represent another embodiment of the articulated elements comprising a transmission shaft made of composite material sufficiently flexible to not require a cardan type joint.
  • FIG. 9 gives an example of junction 50 of the tubes of composite material 49.
  • FIG. 9a shows a guide 51 of the tube of composite material, at the level of a connection of articulated elements 37.
  • FIG. 7 represents the application of the device, object of our invention, for inclined drilling, but according to the following arrangement of the equipment with, from bottom to top:
  • the bottom motor In both cases where the bottom motor is either screwed onto the upper element of the device, or screwed onto the lower element, it is preferable to use a type of bottom motor whose length is comparable with the length of the elements articulated 37. In the two previous cases, the articulated elements do not need to compo ⁇ er a flexible torque transmission shaft, but simply allow the circulation of a pressurized fluid to the drilling tool.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif comportant deux éléments articulés (1, 2) pouvant prendre un angle de désalignement l'un par rapport à l'autre, dans un même plan désigné comme plan de déplacement. Ce dispositif se caractérise par l'articulation (3) du type rotule, par des moyens de guidage plan (4) et par des moyens de contrôle de l'angle de désalignement qui comporte un excentrique (5) dont la position détermine l'angle de désalignement.

Description

DISPOSITIF COMPORTANT DEUX ELEMENTS ARTICULES DANS UN PLAN, APPLIQUE A UN EQUIPEMENT DE FORAGE
La présente invention concerne un dispositif comportant deux éléments articulés d un seul plan, ayant des moyens de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléme l'un par rappoπ à l'autre. L'un des éléments pouvant avoir la liberté de tourner autour son axe longitudinal quel que soit l'angle de son désalignement avec l'autre élément.
Dans le domaine du forage pétrolier, il est souvent nécessaire d'utiliser des racco coudés pour dévier le forage des puits dans une direction désignée tout en suivant u trajectoire prédéterminée.
Pour avoir des moyens de conduite précis, et qui dans le même temps limitent l pertes de temps en manoeuvre de garniture de forage, on utilise des raccords coudés à an variable réglables depuis la surface.
L'art antérieur peut être illustré par le brevet FR-A-2432079 qui concerne dispositif comportant deux éléments tubulaires assemblés entre eux, le premier des éléme pouvant pivoter autour d'un axe formant un angle avec l'axe de l'autre élément. La rotati du premier élément par rappoπ à l'autre provoque un désalignement des deux éléments. désalignement est maximum pour une rotation de 180° et s'annule pour 360°.
Mais le principe de ce dispositif fait décrire au premier élément les génératrices d' cône. Cela procure de grands inconvénients, en temps de réglage et en précision lorsq l'on veut ou doit maintenir la trajectoire du puits suivant un plan. En effet, si l'on se réfè au plan définit par l'axe du filetage supérieur du raccord et l'axe de l'élément inférieur, plan change d'orientation pour chaque valeur d'angle de désalignement. Donc, à chaq réglage du coude, il faut rétablir l'orientation correcte de ce plan pour suivre la trajectoi projetée.
De plus, ce principe de déplacement provoque des couples de torsion sur la garnitu de forage.
La présente invention, en permettant le contrôle de l'angle de désalignement dans plan unique pour toutes les positions, résout efficacement ce problème.
On connaît par le brevet US-A-3627356, un raccord coudé articulé dans un plan do la variation d'angle se fait notamment par l'envoi de tige rigide à travers la garniture forage.
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Ce dispositif ne peut pas être utilisé lorsque la gravité n'est plus active comme c'est le cas dans les forages foπement inclinés. De plus, le diamètre du passage intérieur de circulation des fluides est notablement diminué.
L'an antérieur illustré par ces deux brevets ne décrit pas de dispositif articulé permettant de faire tourner sur son axe un des éléments du dispositif, en effet lorsque l'on utilise un raccord coudé dans une garniture de forage, on intercale obligatoirement, un moteur de fond entre l'outil de forage et la connexion inférieure du raccord coudé. Cela éloigne d'autant le coude de l'outil de forage et réduit considérablement l'effet déviateur d'une telle garniture.
Le dispositif, objet de l'invention, peut être intercalé entre outil de forage et moteur de fond puisque l'élément inférieur peut être entraîné en rotation par le rotor du moteur. On ne soπira pas du cadre de cette invention si un moteur de fond est placé entre l'outil de forage et ledit dispositif
La présente invention permet de résoudre ces problèmes par l'utilisation de la rotation d'un excentrique comme moyens de contrôle de l'angle de désalignement d'un élément par rappoπ à l'autre.
La présente invention utilise le principe d'une articulation en rotule ce qui lui confère une grande résistance mécanique aux effoπs axiaux ou de flexion, en effet la répaπition des effoπs y est bien meilleure comparativement avec une articulation plane, notamment un axe.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif permettant à deux éléments reliés par une articulation de prendre des angles de désalignement l'un par rappoπ à l'autre, dans un même plan désigné par plan de déplacement, l'un des éléments désigné comme inférieur se prolongeant au-delà de l'articulation sous forme d'un bras de levier situé dans un deuxième élément creux désigné comme supérieur.
Ce dispositif se caractérise en ce que l'articulation est de type rotule, en ce que ledit dispositif compoπe des moyens de guidage maintenant le déplacement des deux éléments dans ledit plan de déplacement, lesdits moyens sont incorporés dans l'élément supérieur, en ce que ledit dispositif compoπe également dans l'élément supérieur des moyens de contrôle dudit angle de désalignement, et en ce que lesdits moyens de contrôle compoπe un excentrique dont la position détermine ledit angle.
Les moyens de contrôle peuvent compoπer une pièce sensiblement en forme d'anneau dont l'évidement intérieur, dans lequel est positionné ledit bras de levier, présente une section droite de forme circulaire dont le centre est excentré par rappoπ à l'axe l'élément supérieur, et au niveau dudit anneau, ledit bras de levier peut compoπer deux fa symétriques par rappoπ à son axe longitudinal et perpendiculaires au plan de déplacem des deux éléments, ledit évidement peut compoπer un organe guidé en rotation par l évidement et comportant lui-même une lumière éventuellement oblongue coopérant a lesdites faces du bras de levier.
L'élément inférieur peut être creux et compoπer à l'extrémité supérieure dudit bras levier une liaison souple et étanche coopérant avec l'extrémité d'une canalisation permett la circulation d'un fluide à travers l'élément inférieur.
L'élément inférieur peut tourner autour de son axe, et ledit bras de levier p coopérer avec une fourrure coaxiale dont la position angulaire est fixe par rappoπ audit p de déplacement.
La canalisation coopérant avec l'extrémité supérieure de l'élément inférieur peut ê un arbre creux de transmission de couple de rotation sur l'élément inférieur.
Les moyens de guidage et de contrôle peuvent compoπer des systèmes de lumière de faces et certaines, au moins, desdites faces peuvent être poπées par ladite fourrure.
L'organe guidé en rotation par ledit évidement peut comporter deux secte identiques comblant les deux espaces délimités par chaque face et l'évidement intérieur l'anneau, et cet évidement peut avoir une forme de troncature symétrique de sphère, lesdits secteurs peuvent être des secteurs de troncature de ladite sphère.
L'élément supérieur peut compoπer un arbre de commande qui lui est concentriq et ledit arbre de commande peut être solidaire en rotation à l'anneau.
Le dispositif peut compoπer des moyens de télécommande des moyens de contr de l'angle de désalignement des deux éléments.
La présente invention concerne également l'application du dispositif à un ensem intégré notamment dans une garniture de forage.
L'application du dispositif peut être caractérisée en ce que le dispositif coopère a un outil de forage vissé sur l'élément inférieur, avec un moteur de fond, un ensem d'éléments aπiculés, des masses-tiges, des tiges de forage.
Le dispositif peut être également appliqué à une garniture de forage qui p compoπer de bas en haut : un outil de forage, ledit dispositif, un moteur de fond, éléments aπiculés, des masses-tiges, des tiges de forage. Moteur de fond et éléments articulés peuvent être intervertis.
Le dispositif peut être également appliqué à une garniture de forage qui se caractérise en ce que la garniture de forage peut compoπer un moteur de fond vissé sur l'élément inférieur dudit dispositif et en ce qu'un outil de forage est alors vissé sur le rotor dudit moteur.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la description qui suit d'exemples particuliers, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles:
- la figure 1 représente un schéma de principe concernant les moyens de guidage et de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléments,
- la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif appliqué à un raccord coudé pour forage,
- les figures 3a et 3b montrent les coupes droites respectivement suivant les plans A et B du dispositif représenté en figure 2,
- la figure 4 représente le détail de la fouπure et des faces coopérants avec les moyens de guidage et de contrôle, suivant un mode de réalisation préférentiel,
- les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5e représentent les coupes droites par les plans A et B en fonction de cinq positions en rotation de l'anneau,
- la figure 6 représente un mode d'application du dispositif au forage incliné,
- la figure 7 représente un autre agencement des équipements dans un mode d'application du dispositif au forage incliné,
- la figure 8 représente un mode de réalisation préférentiel d'éléments articulés,
- la figure 8a représente la vue de face de l'articulation d'un élément articulé,
- la figure 9 représente un autre mode de réalisation d'éléments aπiculés comportant un arbre de transmission en matériau composite,
- la figure 9a représente un guidage de l'arbre de transmission en composite. La figure 1 représente un schéma de principe du dispositif qui permettra de mie comprendre le fonctionnement des moyens de contrôle de l'angle de désalignement des de éléments l'un par rappoπ à l'autre.
L'élément inférieur 1 est assemblé avec l'élément supérieur 2 par un moyen aπicu de type rotule 3. L'élément inférieur 1 est prolongé au-delà de l'articulation 3 par un bras levier 7. Celui-ci présente sur la figure 1, une portion de longueur en forme de pris régulier dont la section droite compoπe quatre cotés parallèles deux à deux et dont l couples de faces sont perpendiculaires entre eux. Les moyens de guidage et de contrôle so situés au niveau de cette portion du bras de levier.
Les moyens de guidage 4 comportent une lumière 11 de forme allong dimensionnée pour guider le bras de levier 7 dans le plan de déplacement. Les moyens guidage 4 sont solidaires de l'élément supérieur 2.
Les moyens de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléments 1 et compoπent une pièce sensiblement en forme d'anneau 5. La surface extérieure de cet annea 5 est concentrique dans le corps de l'élément supérieur 2 et libre en rotation autour de l'a
12.
L'anneau 5 compoπe un évidement intérieur de forme circulaire dont le centre e décentré par rappoπ à l'axe 12 qui représente l'axe de rotation de l'anneau 5. Cet évideme excentrique donnera l'appellation d'excentrique à l'anneau 5. Ce terme sera employé dans l suite de la description.
Un arbre de commande 9 est solidaire en rotation avec l'anneau excentrique 5.
Une pièce 6, notamment en forme de disque est inscrite audit évidemment. La pièc 6 compoπe une lumière 10 de forme allongée dimensionnée pour coopérer avec les faces 1 et 15 du bras de levier. Cette lumière est de préférence centrée sur l'axe de la pièce 6.
On ne soπira pas du cadre de cette invention si les moyens de guidage sont plac ailleurs qu'au niveau du bras de levier 7. Ds peuvent être notamment sensiblement au nivea de l'articulation rotule 3 ou même à l'opposé du bras de levier 7 par rappoπ à l'aπiculation.
On ne soπira pas du cadre de cette invention par l'utilisation d'autres procédés d guidage latéral que celui compoπant une lumière 11.
Le principe du dispositif représenté en figure 1 est le suivant: Les moyens de guidage maintiennent le déplacement angulaire de l'élément inférieur dans un plan unique contenant l'axe 12 de l'élément supérieur. Pour la simplicité de la figure 1 et de l'exposé du principe, on a représenté en exemple un moyen de guidage qui de plus exclut la rotation de l'élément inférieur autour de son axe longitudinal 13. Cela n'est pas limitatif du principe qui est basé notamment sur le fait que les faces de guidages de la lumière de la pièce 6 doivent rester perpendiculaires au plan de déplacement et parallèles à l'axe 13. Cela est particulièrement le cas où l'on souhaite réduire les jeux mécaniques. Dans l'exemple décrit figure 1, les faces 14 et 15 sont fixées en rotation par les moyens de guidage et la coopération des faces 14 et 15 avec la lumière 10 indexe la position de la pièce 6 suivant la direction désirée.
On ne soπira pas du cadre de cette invention par l'utilisation d'autres moyens d'indexation de la position angulaire de la pièce 6.
Lorsque l'on fait tourner l'arbre de commande 9 d'un tour, la rotation sur 360° de l'excentrique 5 autour de l'axe 12 fait décrire au centre de la pièce 6 un cercle dont le rayon a pour valeur l'excentration de l'évidement de l'anneau 5.
Les faces 14 et 15 qui sont assujetties à rester dans le plan perpendiculaire au plan de déplacement du bras de levier sont entraînées, par la coopération avec la lumière 10 de la pièce 6, sensiblement dans un mouvement de translation de pan et d'autre de l'axe 12. L'élément inférieur, lié audites faces par le bras de levier, est déplacé par ce fait d'une façon angulaire autour de l'articulation et dans le plan de déplacement. L'angle de désalignement a pour valeur (i), angle entre l'axe 12 et l'axe 13.
La figure 2 représente une réalisation préférentielle du dispositif compoπant:
- un élément inférieur 16 assemblé sur l'élément supérieur 18 par le moyen d'une rotule sphérique 17. Ce type d'assemblage présente de grands avantages pour obtenir une grande résistance mécanique indispensable à ce dispositif. En effet que ce soit en traction ou compression, les effoπs peuvent être répartis sur une grande surface grâce à la forme sphérique de l'articulation. D'autre pan, l'élément inférieur pouvant tourner sur son axe 13, la constitution de l'aπiculation compoπe deux hémisphères emprisonnant une butée bidirectionnelle à galets liée à l'élément inférieur 16.
L'élément inférieur 16 est traversé entièrement par un canal 42,
- un bras de levier 19 comportant à son extrémité une fourrure 20 concentrique à l'axe 13 et montée sur roulement, - un joint souple et étanche 21 coopère avec une canalisation 22,
- un système de liaison en rotation 23 solidarise en rotation la canalisation 22 av l'élément inférieur 16 par l'intermédiaire de la partie supérieure du bras de levier 19, canalisation 22 sera alors également un arbre de transmission de couple de rotation l'élément inférieur,
- un moyen de guidage latéral sensiblement au niveau de la coupe B est solidaire d l'élément supérieur 18. Il compoπe deux secteurs 28 et 29 solidaires du corps de l'éléme supérieur. Ces deux secteurs coopèrent avec les deux plats 31 et 32 de la fourrure 20. L système de guidage est ainsi suffisamment éloigné de l'aπiculation afin de mieux résist aux efforts mécaniques notamment de flexion,
- un moyen de contrôle de l'angle de désalignement au niveau de la coupe A. compoπe un anneau 25 dont la surface extérieure est concentrique au corps de l'éléme supérieur 18. Cet anneau compoπe un évidement 30 en forme de troncature de sphère. L centre de cet évidement est excentré par rappoπ à l'axe 12. Un arbre 24 de commande e rotation est solidaire de l'anneau excentrique 25. L'ensemble arbre et anneau est monté st des roulements coaxiaux avec le corps de l'élément supérieur. Des secteurs 26 et 2 complémentaires à la forme de l'évidement fixent latéralement la fourrure 20 par le moye des plats 33 et 34. Les plats 33 et 34 sont perpendiculaires à l'autre couple de plats 31 et 3 de la même fourrure. Les secteurs 26 et 27 sont libres de glisser dans l'évidement 3 notamment dans le plan perpendiculaire à l'axe 13 et passant par le centre de la troncature d sphère de l'évidement 30.
- un tube souple 43 est fixé, d'un coté à l'extrémité inférieure de l'élément supérieu et de l'autre à l'élément inférieur 16 afin d'isoler l'alésage de l'élément supérieur 18 d l'ambiance extérieure dans laquelle baigne le dispositif de notre invention.
L'arbre de commande 24 est connecté par des moyens de couplage, avec u équipement d'actionnement à distance tel celui enseigné par le brevet FR- 2641320.
La figure 3a représente la coupe du dispositif au niveau A de la figure 2:
- l'excentrique 25 compoπe notamment un évidement 30 décentré par rappoπ à l'ax 12 de l'élément supérieur,
- des pièces 26 et 27 de section en demi-lunes maintiennent la position de la fourrur
20 dans l'évidement excentré 30. La figure 3b représente la coupe du dispositif au niveau B de la figure 2 :
- les pièces 28 et 29 guident, par l'intermédiaire de la fourrure 20, l'élément inférieu 16 dans le plan représenté par la ligne xy. Les pièces 28 et 29 sont solidaires de l'élémen supérieur 18.
La figure 4 représente en perspective la fourrure 20. Cette fourrure montée su roulement sur le bras de levier laisse la libeπé à l'élément inférieur 16 de tourner autour d son axe tout en étant déplacé angulairement par l'excentrique :
- les faces 31 et 32 coopèrent avec les pièces 28 et 29,
- les faces 33 et 34 coopèrent avec les pièces 26 et 27.
Les figures 5a, 5b, 5c, 5d et 5e représentent les positions relatives de l'axe 13 de l'élément inférieur par rappoπ à l'axe 12 de l'élément supérieur en figurant les deux coupes B et A respectivement au niveau du guidage latéral et au niveau du dispositif de déplacement La fourrure n'est pas représentée ici afin de simplifier les figures. Le repère 35 permet de visualiser la rotation de l'excentrique :
- en figure 5a, le repère 35 est dans le plan perpendiculaire au plan de déplacement de l'élément inférieur, les axes 12 et 13 sont confondus,
- en figure 5b, l'excentrique a subi une rotation de 45° et l'axe 13 est décalé de l'axe 12 d'un angle intermédiaire, dans le même mouvement les secteurs 26 et 27 ont glissé relativement aux faces de la fourrure,
- en figure 5c, l'excentrique a tourné de 90° et l'axe 13 a atteint le décalage angulaire maximal du coté du repère 35,
- en figure 5d, l'excentrique a tourné de 180° au total, les axes 12 et 13 sont confondus comme en figure 5a,
- en figure 5e, l'excentrique a tourné de 270° au total, le décalage angulaire de 13 par rappoπ à 12 est à son maximum, mais du coté opposé à celui de la figure 5c.
On ne sortira pas du cadre de cette invention si les composants dudit dispositif sont agencés et construits de manière à ce que la variation angulaire entre les axes 12 et 13 se fait uniquement entre une valeur nulle et une valeur maximale d'angle, et cela dans un seul sens. En effet, il est souvent inutile d'avoir, comme sur les figures 5C et 5E, un désaxage angulaire de pan et d'autre de la position coaxiale représentée su les figures 5A et 5D. Cela est aisément réalisable notamment par un dessin adapté de l'élément inférieur (1, 16) par rappoπ au bras de levier (7, 19).
La figure 6 représente l'application dudit dispositif au forage incliné:
- un outil de forage 36 vissé sur l'élément inférieur 16 permet le forage d'un puits 4 de trajectoire courbe,
- l'élément supérieur 18 est connecté à des éléments articulés 37. Un mode de réalisation de ces éléments articulés 37 est représenté figure 8. Les extrémités des tubes 45 sont vissées sur des raccords 46 compoπant dans leur paπie centrale une articulation plane 44. Les éléments articulés 37 ont leurs articulations 44 toutes dans le même plan afin que la déformation de l'ensemble souple ainsi constitué soit sensiblement un arc de cercle. La courbure atteinte est fixée par le déplacement angulaire de chaque rotule et la longueur de tubes de chaque élément entre deux raccords 46. Les éléments 37 sont creux afin de contenir un arbre souple de transmission du couple à l'élément inférieur dudit dispositif. En figure 8, on a représenté un arbre de transmission comportant des tubes 47 en acier, assemblés au niveau des raccords 46 par des joints type cardan 48. Cet arbre de transmission transmet le couple de rotation du rotor du moteur de fond 38 à la canalisation 22 dudit dispositif. Les figures 9 et 9a représentent un autre mode de réalisation des éléments articulés comportant un arbre de transmission en matériau composite suffisamment souple pour ne pas nécessiter de joint aπiculé type cardan. La figure 9 donne un exemple de jonction 50 des tubes en matériau composite 49. La figure 9a montre un guidage 51 du tube en matériau composite, au niveau d'un raccord d'éléments articulés 37.
La figure 7 représente l'application du dispositif, objet de notre invention, pour le forage incliné, mais suivant la disposition suivante des équipements avec, de bas en haut:
- outil de forage 36 vissé sur l'élément inférieur,
- moteur de fond 38 vissé sur l'élément supérieur,
- éléments articulés 37,
- masses-tiges 39, puis tiges de forage 41 jusqu'en surface.
Dans les deux cas où le moteur de fond est soit vissé sur l'élément supérieur du dispositif, soit vissé sur l'élément inférieur, il est préférable d'utiliser un type de moteur de fond dont la longueur est comparable avec la longueur des éléments articulés 37. Dans les deux cas précédents, les éléments articulés n'ont pas besoin de compoπer un arbre souple de transmission de couple, mais simplement permettre la circulation d'un fluide sous pression jusqu'à l'outil de forage.

Claims

REVENDICATIONS
Revendication 1
Dispositif permettant, à deux éléments(l, 2; 16, 18) reliés par une aπiculation(3 17), de prendre un angle de désalignement l'un par rappoπ à l'autre, dans un même pla désigné par plan de déplacement, l'un des éléments(l, 16) désigné comme inférieur s prolongeant au-delà de rarticulation(3, 17) sous forme d'un bras de levier(7, 19) situé dan le deuxième élément(2, 18) creux désigné comme supérieur, caractérisé en ce qu l'aπiculation(3, 17) est de type rotule, en ce que ledit dispositif compoπe des moyens d guidage(4, 28 et 29) maintenant le déplacement des deux éléments dans ledit plan d déplacement, lesdits moyens étant incorporés dans l'élément supérieure, 18), en ce qu ledit dispositif compoπe également dans l'élément supérieur des moyens de contrôle dudi angle de désalignement, et en ce que lesdits moyens de contrôle comportent un excentrique(5) dont la position détermine ledit angle.
Revendication 2
Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle compoπent une pièce(5, 25) sensiblement en forme d'anneau dont l'évidement intérieur(30), dans lequel est positionné ledit bras de levier(7, 19), présente une section droite de forme circulaire dont le centre est excentré par rappoπ à l'axe(12) de l'élément supérieure, 18), en ce qu'au niveau dudit anneau(5, 25), ledit bras de levier compoπe deux faces(14, 15; 33 et
34) symétriques par rappoπ à son axe(13) longitudinal et perpendiculaires au plan de déplacement des deux éléments, et en ce que ledit évidement(30) comporte un organe(6, 26 et 27) guidé en rotation par ledit évidement et comportant lui-même une lumière(lθ) éventuellement oblongue coopérant avec lesdites faces(14, 15) du bras de levier(7, 19).
Revendication 3
Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément inférieur(l, 16) est creux et compoπe à l'extrémité supérieure dudit bras de levier(7, 19) une liaison(21) souple et étanche coopérant avec l'extrémité d'une canalisation (22) permettant la circulation d'un fluide à travers l'élément inférieur.
Revendication 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément inférieur peut tourner autour de son axe, en ce que ledit bras de levier coopère avec au moins une fou_τure(20) coaxiale, et en ce que ladite fourrure(22) a une position angulaire fixe par rapport audit plan de déplacement.
Revendication 5
Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la canalisation(22) coopérant avec l'extrémité supérieure de l'élément inférieur est un arbre creux de transmission de couple de rotation sur l'élément inférieur.
Revendication 6
Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage et de contrôle comportent des systèmes de lumières et de faces(31, 32; 33, 34) et en ce que certaines, au moins, desdites faces sont poπées par ladite foumιre(20).
Revendication 7
Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'organe guidé en rotation par ledit évidement(30) compoπe deux secteurs(26, 27) identiques comblant les deux espaces délimités par chaque face(33, 34) et l'évidement(30) intérieur de l'anneau(25), en ce que cet évidement(30) a une forme de troncature symétrique de sphère, et en ce que lesdits secteurs(26, 27) sont des secteurs de troncature de ladite sphère.
Revendication 8
Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément supérieur compoπe un arbre de commande(24) qui lui est concentrique, et en ce que ledit arbre est solidaire en rotation de l'anneau(25).
Revendication 9
Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il compoπe des moyens de télécommande des moyens de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléments.
Revendication 10
Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes à un équipement intégré dans une garniture de forage. Revendication 11
Application du dispositif selon la revendication 10, caractérisée en ce que dispositif coopère avec un outil de forage(36) vissé sur l'élément inférieur(16), avec moteur de fond(38), un ensemble d'éléments aπiculés(37), des masses-tiges(39), des ti de forage(41).
Revendication 12
Application du dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11 , caractérisée en que la garniture de forage compoπe de bas en haut : un outil de forage(36), ledit disposi un moteur de fond(38), des éléments aπiculés(37), des masses-tiges(39), des tiges forage(41), et en ce que moteur de fond et éléments articulés peuvent être intervertis.
Revendication 13
Application du dispositif selon la revendication 10, caractérisée en ce que la garnit de forage comporte un moteur de fond(38) vissé sur l'élément inférieur 16) dudit disposi et en ce qu'un outil de forage(36) est vissé sur le rotor dudit moteur(38).
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