WO1992015772A1 - Dispositif de mesure du deplacement d'une tete d'injection d'un mat de forage - Google Patents

Dispositif de mesure du deplacement d'une tete d'injection d'un mat de forage Download PDF

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Didier Etchegoyen
Henry Henneuse
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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
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    • E21B47/04—Measuring depth or liquid level
    • 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
    • E21B45/00—Measuring the drilling time or rate of penetration

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring the displacement of an injection head of a drilling mast, and, more particularly, to such a device which is intended to manage the position of the tool in the well as well that the coast bottom of this same well.
  • a drilling mast to rotate a drill string.
  • the first, and most classic, is the rotation table which is mounted on the floor of the drill mast and has a square or hexagonal opening intended to receive a drive rod of complementary section. The table is rotated and thus causes the rotation of the drill string.
  • the other type of device is the motorized injection head, where an electric or hydraulic motor, mounted adjacent to the movable block, is connected directly to the upper end of the drill string.
  • the motor is mounted on a carriage which slides on rails arranged vertically on the mast, thus allowing the carriage to move while absorbing the torque generated during drilling.
  • the driller always needs to know the exact position of the elements of the drill string, and in particular the tool placed in the well in order to better manage the drilling.
  • the classic way of knowing the position of the tool was simply to note the number of rods as well as the other elements of the packing - rod and stabilizers - used, and to deduce the total length. Given the large number of rods used, up to several hundred for deep drilling, the possibility of an error was significant.
  • the present invention therefore relates to a device for measuring the displacement of an injection head of a drilling mast which is of simple, reliable construction and which makes it possible to know the position of the tool and the bottom coast in the borehole.
  • the invention provides a device for measuring the displacement of the upper end of the drill string, the end being supported during drilling by a fastening assembly, movable along at least one rail guide, the measuring device comprising a sensor assembly mounted on the attachment assembly and comprising a roller adapted to roll on the rail during movement of the attachment assembly.
  • FIG. 1 is a perspective view of a motorized injection head
  • FIG. 1 is shown a motorized injection head 10 fixedly mounted on a carriage 12 provided with rollers 14 which allow it to slide on two rails 16 arranged vertically and integral with the drilling mast (not shown).
  • the injection head 10 comprises an engine 18 which can be electric or hydraulic and which comprises a hollow main shaft 20 which is connected by a bearing to an injection head 22 also fixedly mounted on the carriage 12. Conventionally, the injection head hangs from the hook 24 of the movable block 26 which is part of the mast winch (not shown).
  • the injection head 22 is supplied with mud, in a known manner, by a flexible conduit 28 connected to a source of pressurized mud (not shown). Below the motor 18, and connected thereto by torque transmission arms 30, is the set of automatic keys 32 and 34 of the elevator 36.
  • a sensor assembly 38 mounted on the carriage 12, is adapted to measure the displacement of the carriage relative to the rails 16.
  • the sensor assembly 38 comprises a body 40, substantially cylindrical, on which a roller 42 is mounted. free to rotate.
  • the sensor assembly 38 is mounted on the carriage 12 by means of a lever arm 44 which is mounted on a pivot 46, integral with the carriage 12.
  • the arm of lever 44 is provided with a return spring (not shown) responsible for holding the sensor assembly 38 pressed against the rail 16.
  • the sensor assembly 38 is shown in more detail in FIG. 2.
  • the roller 42 comprises a metal hub 46 provided with an outer ring 48, for example synthetic rubber.
  • the sensor assembly 38 comprises a body 50 in which a shaft 52 is mounted in rotation by means of two bearings 54 and 56.
  • the roller 42 is mounted fixed at one end of the shaft 52, the other end of which comprises a perforated disc 58 of an optical encoder whose electronics are shown diagrammatically at 60.
  • a light source and a photosensitive cell 61 are arranged on either side of the perforated disc 58.
  • the perforated disc comprises 1000 sectors / tower.
  • the signals generated by the optical encoder 60 are sent, by a cable 62, to a processing center (not shown), distant from the drilling mast.
  • the sensor assembly 38 meets the explosion protection standards.
  • the optical encoder 60 provides two quadrature signals which make it possible to calculate the length of the displacement of the sensor assembly relative to the rail 16, as well as its meaning.
  • the signals coming from the optical encoder 60 join a set of up / down counters controlling a 16-bit digital-analog converter indicating the movement of the carriage with a resolution of less than one mm.
  • Two fixed marks shown diagrammatically at 64 and 66 are mounted at the ends of the rail 16.
  • a mechanical member not shown in the diagrams actuates an electrical contactor when passing in front of these marks.
  • the electronic counting system only resets when going from top to bottom to avoid generating errors specific to mechanical hysteresis.
  • Mark 66 at the bottom is intended to check and, if necessary, correct the signals indicating that the carriage 12 has reached its extreme position.
  • the upper mark 64 makes it possible to compensate for any wear of the roller 42 comparing the distance measured between the two marks 64, 66 with the real distance and by adapting the sensor gain factor accordingly.
  • the measuring device according to the invention can also be used on a drilling mast provided with a rotary table provided that the mast is equipped with at least one guide rail for the movable block on which the roller 42 can slide. the sensor assembly.
  • the measuring device makes it possible to measure with great precision the movements of the carriage 12 as well as its direction and to be able to deduce therefrom the exact position of the tool in the well. Thanks to its high precision, it integrates perfectly into an automatic management system for lowering the packing and adding rods.
  • the device can also be used on a floating offshore drilling platform, provided that the signal processing center is also connected to a second sensor of the same type or not intended to measure the vertical displacement of the platform by relative to a fixed mark, for example the extension tube, more commonly called "riser”.

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Abstract

Dispositif de mesure du déplacement d'un train de tiges de forage, dont l'extrémité est soutenue lors du forage par un ensemble d'accrochage (12), déplaçable le long d'au moins un rail de guidage (16), le dispositif de mesure comprenant un ensemble capteur (38) monté sur l'ensemble d'accrochage et comportant un galet (42) adapté à rouler sur le rail lors du déplacement de l'ensemble d'accrochage.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DU DEPLACEMENT D'UNE TETE D'INJECTION D'UN MAT DE FORAGE
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure du déplacement d'une tête d'injection d'un mât de forage, et, plus particulièrement, à un tel dispositif qui est destiné à gérer la position de l'outil dans le puits ainsi que la côte fond de ce même puits. II existe deux types de dispositifs qui peuvent être utilisés sur un mât de forage pour entraîner en rotation un train de tiges. Le premier, et le plus classique, est la table de rotation qui est montée sur le plancher du mât de forage et comporte une ouverture carrée ou hexagonale destinée à recevoir une tige d'entraînement de section complémentaire. La table est mise en rotation et provoque ainsi la rotation du train de tiges.
L'autre type de dispositif est la tête d'injection motorisée, où un moteur électrique ou hydraulique, monté adjacent au moufle mobile, est relié directement à l'extrémité supérieure du train de tiges. Le moteur est monté sur un chariot qui coulisse sur des rails disposés verticalement sur le mât permettant ainsi le déplacement du chariot tout en absorbant le couple généré lors du forage. Quel que soit le type de dispositif d'entraînement, le foreur a toujours besoin de connaître la position exacte des éléments du train de tiges, et en particulier de l'outil disposé dans le puits afin de mieux gérer le forage. La manière classique de connaître la position de l'outil consistait simplement à noter le nombre de tiges ainsi que les autres éléments de la garniture -masse-tiges et stabilisateurs-, utilisés et à en déduire la longueur totale. Compte tenu du nombre important de tiges utilisées, nombre allant jusqu'à plusieurs centaines pour un forage profond, la possibilité d'une erreur était non négligeable. Cependant, les conséquences d'une telle erreur peuvent être très graves si on procède à une opération dans le puits à une profondeur incorrecte. Avec une tête d'injection motorisée, le déplacement alterné le long des rails est directement lié à la longueur des tiges insérées dans le puits de forage. Ainsi, la mesure soignée du déplacement total de la tête motorisée lors d'une manoeuvre ou en cours de forage permet de connaître, avec précision, la position de l'outil dans le puits, position corrigée ou non des effets thermiques, de pression et d'allongement sous le propre poids du train de tiges.
La présente invention a donc pour objet un dispositif de mesure du déplacement d'une tête d'injection d'un mât de forage qui est de construction simple, fiable et qui permet de connaître la position de l'outil et la côte fond dans le puits de forage.
Pour ce faire, l'invention propose un dispositif de mesure du déplacement de l'extrémité supérieure du train de tiges de forage, l'extrémité étant soutenue lors du forage par un ensemble d'accrochage, déplaçable le long d'au moins un rail de guidage, le dispositif de mesure comprenant un ensemble capteur monté sur l'ensemble d'accrochage et comportant un galet adapté à rouler sur le rail lors du déplacement de l'ensemble d'accrochage.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une tête d'injection motorisée, et
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble capteur selon l'invention. Sur la figure 1 est représentée une tête d'injection motorisée 10 montée fixe sur un chariot 12 muni de galets 14 qui lui permettent de coulisser sur deux rails 16 disposés verticalement et solidaires du mât de forage (non représenté) . La tête d'injection 10 comprend un moteur 18 qui peut être électrique ou hydraulique et qui comporte un arbre principal 20 creux qui est relié par un roulement à une tête d'injection 22 également montée fixe sur le chariot 12. De manière classique, la tête d'injection est suspendue au crochet 24 du moufle mobile 26 qui fait partie du treuil du mât (non représenté) .
La tête d'injection 22 est alimentée en boue, de façon connue, par un conduit flexible 28 relié à une source de boue sous pression (non représentée) . En dessous du moteur 18, et relié à celui-ci par des bras de transmission de couple 30, se trouve l'ensemble de clefs automatiques 32 et 34 de l'élévateur 36.
Selon l'invention, un ensemble capteur 38, monté sur le chariot 12, est adapté à mesurer le déplacement du chariot par rapport aux rails 16. L'ensemble capteur 38 comprend un corps 40, sensiblement cylindrique, sur lequel un galet 42 est monté libre en rotation. L'ensemble capteur 38 est monté sur le chariot 12 par l'intermédiaire d'un bras de levier 44 qui est monté sur un pivot 46, solidaire du chariot 12. Afin de maintenir le galet 42 en contact avec le rail 16 le bras de levier 44 est muni d'un ressort de rappel (non représenté) chargé de maintenir l'ensemble capteur 38 plaqué sur le rail 16. L'ensemble capteur 38 est représenté plus en détail sur la figure 2. Le galet 42 comprend un moyeu métallique 46 muni d'une couronne extérieure 48, par exemple du caoutchouc synthétique. L'ensemble capteur 38 comprend un corps 50 dans lequel un arbre 52 est monté en rotation par l'intermédiaire de deux roulements 54 et 56. Le galet 42 est monté fixe à une extrémité de l'arbre 52 dont l'autre extrémité comporte un disque perforé 58 d'un codeur optique dont l'électronique est représentée schématiquement en 60. Une source lumineuse et une cellule photosensible 61 sont disposées de part et d'autre du disque perforé 58. Dans l'exemple illustré, le disque perforé comporte 1000 secteurs/tour. Les signaux générés par le codeur optique 60 sont envoyés, par un câble 62, à un centre de traitement (non représenté), éloigné du mât de forage. L'ensemble capteur 38 répond aux normes d'anti-déflagrance.
Le codeur optique 60 fournit deux signaux en quadrature qui permettent de calculer la longueur du déplacement de l'ensemble capteur par rapport au rail 16, ainsi que son sens. A titre d'exemple, les signaux provenant du codeur optique 60 rejoignent un ensemble de compteurs/décompteurs asservissant un convertisseur numérique-analogique 16 Bits indiquant le déplacement du chariot avec une résolution inférieure au mm.
Deux repères fixes, représentés schématiquement en 64 et 66 sont montés aux extrémités du rail 16. Un organe mécanique non représenté sur les schémas actionne un contacteur électrique au passage devant ces repères. Le système électronique de comptage ne se réinitialise que lors des passages de haut en bas pour éviter de générer les erreurs propres à l'hystérésis mécanique.Le repère 66 du bas est destiné à contrôler et, éventuellement, à corriger les signaux indiquant que le chariot 12 a atteint sa position extrême. Le repère 64 du haut permet de compenser toute usure du galet 42 comparant la distance mesurée entre les deux repères 64, 66 avec la distance réelle et en adaptant en conséquence le facteur gain de capteur.
Le dispositif de mesure selon l'invention peut également être utilisé sur un mât de forage muni d'une table rotative à condition que le mât soit équipé d'au moins un rail de guidage pour le moufle mobile sur lequel peut coulisser le galet 42 de l'ensemble capteur.
Quel que soit le type de dispositif d'entraînement en rotation utilisé, le dispositif de mesure permet de mesurer avec grande précision les déplacements du chariot 12 ainsi que sa direction et de pouvoir en déduire la position exacte de l'outil dans le puits. Par sa grande précision, il s'intègre parfaitement à un système de gestion automatique de descente de garniture et d'ajout de tige. Le dispositif peut également être utilisé sur une plate-forme flottante de forage en mer, à condition que le centre de traitement des signaux soit également relié à un deuxième capteur de même type ou non destiné à mesurer le déplacement vertical de la plate-forme par rapport à un repère fixe, par exemple le tube prolongateur, plus communément appelé "riser".

Claims

REVENDICATIONS
- Dispositif de mesure du déplacement d'une extrémité d'un train de tiges de forage, l'extrémité étant soutenue lors du forage par un ensemble d'accrochage, déplaçable le long d'au moins un rail de guidage, le dispositif de mesure comprenant un ensemble capteur monté sur l'ensemble d'accrochage et comportant un galet adapté à rouler sur le rail lors du déplacement de l'ensemble d'accrochage caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, deux repères fixes montés l'un vers chaque extrémité du rail. - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble d'accrochage comprend, de plus, une tête d'injection motorisée. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le galet de l'ensemble capteur est relié, à l'intérieur de cet ensemble, à un codeur optique.
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