Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~2~ S
La presente invention se rapporte à un dispositif
genéralement appele raccord coude interpose entre la colonne
de forage et un moteur de fond entrainant un trepan en rotation,
ce raccord permettant de modifier la trajectoire du forage.
Plusieurs méthodes et dispositifs ont été proposés
par le passe pour realises des forages diréges.
Selon le brevet U.S. n 3 365 007, on utilise l'action
d'un jet de fluide convenablement oriente pour detruire locale-
ment les formations et créer une cabite vers laquelle le
trepan sera intralne. Il est aise de comprendre qu'un tel dis-
positif est peu precis, car l'action du jet, et donc la devia-
tion obtenue, sera differente suivant la durete des formations
géologiques. De plus r il est nécessaire d'utiliser un trépan
particulier pourvu d'une buse par où s'échappera le jet de
flulde.
Selon un autre procédé décrit par exemple dans le
brevet britannique n 1 139 908, dans les brevets US ns
3 593 810, 3 888 319 e~ 4 0~0 494 ou dans le brevet français
n 2 2g7 989, on utilise un dispositif déviateur, enveloppant
une portion de la garniture de forage le plus souv~nt au voi-
sinage du trepan. Ce dispositif deviateur est pourvu de doigts
deplacables radialement par rapport à l'axe de la garniture.
En deplaçant judicieusement ces doigts qui prennent appui
contre la paroi du puits fore, on provoque un decentrement
de l'axe du trepan par rapport à l'axe du puits et donc, une
modification de la tra~ectoire du forage. Avec de tels
dispositifs, l'avancement du forage est discontinu et s'effectue
par passes successives entre lesquelles le forage est arrêté
pour permettre le deplacement du dispositif deviateur. ~1
s'ensuit des pertes de temps considerables qui augmentent le
cout d'une operation de forage.
Avec la technique actuelle de forage mettant en oeuvre
1392S
un moteur de fond, on a proposé d'interposer entre la colonne
de forage et ce que l'on appelle la''tête de forage" (ensemble
comportant le trépan et le moteur de fond) un raccord coude
d'angle determine. ~insi, chaque fois que l'on desire modifier
la trajectoire du forage, il est necessaire de remonter toute
la colonne de forage en surface pour adapter un nouveau raccord
I coude dont l'angle est choisi en fonction de la déviation
désirée.
' De nouveaux raccord coudéscdits articules ont ete
proposes. Ils sont du type de celui decrit dans le brevet
français n~ 1 252 703 ou mentionné dans le brevet français
n 2 175 620. Ces raccords se composent généralement de
deux parties tubulaires articulées entre elles et ne pouvant
avoir que deux positions l'une par rapport ~ l'autre. Dans
la première position, les deux parties du raccord sont alignées
(l'angle du
. . ~ .. _ . .--. _ _ . _ ~ .. ... _ _ . . . . _ _ _ . . ... _ _ _ . ............... . .
.; . ~ : ' ~ :
, :'"
~Z8~
raccord est alors nul), tandis que dans la seconde position, les
d~ux parties du raccord font entre elles un angle de valeur
déterminée. Tout comme pour les raccords coudés du type prece-
dent, il est nécessaire de remonter en surface au moins un elé-
ment constitutif du raccord lorsque la déviation désirée n'est
pas compatible avec l'angle que peuvent former entre elles les
deux parties du raccord.
L'invention propose un raccord coude ne presentant
pas les inconvenients des dispositifs anterieurs. Plus preci-
sément, l'invention concerne un raccord coude constitue de deux
- eléments tubulaires formant entre eux un angle variable par
télecommande, de preference entre une valeur nulle et une valeur
maximale.
Sommairement,l'objet de la presen-te invention est
atteint par pivotement de l'un des eléments tubulaires autour
d'un axe de rotation distinct des axes des deux elements tubu-
laires avec lesquels cet axe de rotat:Lon concourt en un même
point, ce pivotement etant obtenu SOU9 11 action de moyens
telecommandes.
Plus precisement, l'invention revendiquee est un
raccord coude du type à angle variable par telecommande, compor-
tant un premier element tubulaire fixe à l'extremite d'une
colonne de forage et un second element tubulaire solidaire d'un
moteur de fond entrainant en rotation un outil de forage, ces
elements tubulaires etant assembles entre eux, l'axe du second
element tubulaire pouvant tourner autour d'un axe de rotation
qui fait un angle aigu avec l'axe du premier element tubulaire,
l'axe de rotation et les axes des deux corps tubulaires etant
distincts les uns des autres et concourant sensiblement en un
meme point, le raccord comportant de plus des moyens telecom-
mandes pour modifier ~ volonte la position angulaire du second
element par rapport au premier par pivotement de l'axe du
second element autour dudit axe de rotation et des moyens pour
- 2 -
~z~
immo~iliser l'un par rapport a l'autre lesdits eléments tubu-
laires dans une position angulaire relative choisie. Selon
l'invention, le raccord est essentiellement caractérisé en ce
que lesdits élements tubulaires sont assembles par un emboîte-
ment rotati dont l'axe constitue ledit axe de rotation et qui
est traverse par un arbre de liaison de ces elements, monte
coulissant dans ces éléments en restant solidaire en rotation
de l'un d ! eux, ledit arbre de liaison ayant une position de
verrouillage dans laquelle il devient également solidaire en
rotation de l'autre élement tubulaire et dont il peut être
degagé par un deplacement axial, et en ce que ce raccord comporte
des moyens telécommandés pour déplacer axialement ledit arbre de
liaison et des moyens d'entraînement faisant correspondre à un
déplacement axial de cet arbre ~ partir de sa position de
verrou.illage un pivotement dudit second élément tubulaire autour
dudit axe de rotation.
L'invention pourra être bi.en comprise et tous ses
avantages apparaltront à la lecture de la description qui suit,
de quelques modes de realisation illustrée par les figures
annexées parmi lesqueiles:
La figure 1 illustre schematiquement le principe
du raccord coudé selon llinvention,
la figure 2 représente, en coupe axiale, un premier
mode de réalisation de l'invention,
la figure 3 montre, vue en perspective, une portion
de la rainure de guidage,
la figure 4 est une vue développée de la rainure
- de guidage,
la figure 5 illustre des moyens auxiliaires de
verrouillage en rotation des élements du raccord coudé,
la figure 6 illustre le fonctionnement de ces moyens
au~iliaires de verrouillage,
- 2a -
2i3~Z5
les figures 7A et 7B representent un second mode
de réalisation de l'invention/
lafigure 8 montre un exemple de realisation des
moyens de detection du deplacement de l'arbre de liaison,
,
. .. -~ . . .,, ' ` ;
'. ~ . :~ .~. .. ;:
. : :, ., : . :
, ,:. . ' . , ~ ' ~
~Z8~
- les figures 9 et 10 montrent la bague de verrouillage cooperant
avec la rainure de guidage,
- les figures llA a llE indiquent le fonctionnement de la bague
de verrouillage,
- la Eigure 12 représente des moyens creant une perte de charge
determinee dans l'ecoulement du ~luide de forage,
- les figures 13A et 13B représentent un troisième mode de réa-
lisation de l'invention, et
- la figure 14 represente, à plus grande echelle, le mecanisme
de commande represente sur la figure 13A.
La figure 1 montre schematiquemen~ le principe du rac- ~:;
cord coude selon la presente invention.
Ce raccord se compose de deux corps tu~ulaires 1
et 2 relies entre eux par un element d'emboltement 2a d'axe
~ et solidaire, par exemple, du corps 2. Llaxe X'X du corps
tubulaire 1, l'axe Y'Y du corps tubulaire 2 et l'axe
concurent en un meme point O.
Les angles (~, X'XJ et (Q,Y'Y) formés par l'axe ~ et les
axes x~Y et Y'Y respectivement ont même valeur ~. ~a rotation :
continue du corps 2 autour de l'axe ~ permet de faire varier
l'angle delimite par les axes X'X et Y'Y entre une valeur
maximale 2 ~ (position du corps 2 représentee en trait
continu) et une valeur nulle ~position du corps 2 representee
en trait interrompu).
La valeur ~ est choisie en fonction de la valeur
maximale de l'angle que l'on desire donner au raccord coude
selon l'invention. La rotation du corps 2 autour de l'axe ~
pourra être realisee de maniere continue ce qui permet de re- .
gler l'angle (X'X, Y'Y) a une valeur desiree comprise entre
O et 2~, mais, cette rotation peut aussi s'effectuer pas a
pas, deux positions successives correspondant a une rotation
e du corps 2 autour de l'axe ~, telle que
- 3 - .
89;~S
~ = 2 ~
n etant un nombre ~ntier choisi de façon à obtenlr n valeurs
interessantes de l'angle du raccord, de preference l'una des
n positions relatives des deux corps correspondant a une
valeur nulle de l'angle (X'X, Y'Y).
En prenant pour référence la position d'alignement
des deux corps tubulaires 1 et 2, l'angle ~ formé par les
axes de ces deux corps est déterminé par la formule:
cos ~ 2 sin2 ~.sin2 e
~10 2
La ~igure 2 represente, en coupe, un premier mode
de réalisation du raccord coudé selon l'invention dans la
position où les axes des deux corps tubulaires sont confondus.
Le corps tubulaire 1 qui est, par exemple, constitué
de plusieurs élément la, lb réunis bout à bout, est relié à
la garniture de forage 3 par un Eiletage 4. Le corps 2,
composé de plusieurs éléments 2bt 2c est vissé sur un moteur
de fond 5 tel qu'une turbine, un moteur volumétrique ou
electrique, par un filetage 6.
L'extrémité supérieure du corps 2 porte un élément
d'emboltement 2a complémentaire d'un alésage 11 usine à la
partie inférieure du corps 1. L'emboltement 2a d'axe A est
realise de telle sorte que l'axe ~ et les axes de chacun
des corps 1 et 2 concourent en un meme point O.
Les corps tubulaires 1 et 2 sont maintenus dans leur
position d'emboltement par une butée 14 supportant les efforts
axiaux appliques au raccord lors de son utilisation. Le
centrage de l'element 2a dans l'alésage 11 est assure par des
roulements tels que ceux schématisés en 15, 16 et 17 qui
permettent la rotation relative des deux corps tubulaires.
Un joint 18 assure l'etancheite.
Un arbre tubuIaire de liaison 20 dont l'axe est
confondu avec l'axe Q a pour fonction de solidariser en rotation
les corps l et 2 lorsqu''il est dans la position représentée
sur la figure 2 (position haute) et de faire tourner le corps
2 autour de l'axe ~ d'un angle e chaque fois qu'il s'écarte
de cette position.
L'arbre 20 comporte quatre zones fonctionnelles
différentes: '
l. Le long de la zone A, l'arbre 20 porte des cannelures 22
qui coopèrent avec des cannelures complémentaires 21
usinées dans l'alesage du corps l pour lier en rotation
le corps l et l'arbre 20 tout en permettant un déplacement
axial de ce dernier.
2. Le long de la zone B, l'arbre 20 porte une rainure de
guidage profilée 28 (cf fig.3) qui coopère avec au moins
un doigt de guidage 26 porté par le corps 2. Ce doigt
est rétractable radialement dans la paroi du corps 2,
contre l'action de ressorts de rappel qui le maintiennent
en permanence en contact avec le fond de la rainure 28
dont la pro~ondeur varie comme le montre la figure 3.
Rainure et doigt de guidage assurent la rotation du corps
2 lorsque l'arbre 20 est éloigné de sa position haute~
3. Le long de la zone C, l'arbre 20 porte des cannelures 23
(n dents ou multiples de n) tandis que l'alésage du corps
2 porte des cannelures complémentaires 24. Les cannelures '~
`'' 23 et 24 lient en rotation les corps l et 2 lorsque l'arbre
20 est dans sa position haute.
4. Dans la zone D est situe un mécanisme télécommandé
assurant le déplacement axial de l'arbre 20 par rapport
au corps l. Ce mecanisme assure par exemple l'obturation
du passage du ~luide de forage à travers l'alés'a~e,de
l'abre 20.
Des joints l9 assurent l'étanchéité entre le ~luide
-- 5 --
9~s
de circulation et le mécanisme intérieur.
Dans la tete 20a formant piston de l'arbre 20,
l'alésage intérieur 20b de l'arbre 20 pour le passage du
fluide se divise en plusieurs canaux périphériques 20c. Sur
le piston 20a est monté xotatlf un disque ou plaque circulaire
78 possédant les memes passages et pouvant tourner d'un cer-
tain angle par rapport a ce piston afin d'obturer partiellement
ou totalement les orifices des canaux 20c de passage du fluide
de forage. Cette rotation est obtenue par-une tige de com-
mande 79, de section plate au niveau du disque 78 et passantau travers de celui-ci par une fente. La tige 79 est guidé
par un palier 80 et est entra~née en rotation par un électro-
aimant ro~atif 81 ou par un autre moyen électromecanique. La
liaison electrique avec la surface se ait par l'intermédiaire
d'une fiche axiale 82.
83 est un clapet taré a la pression necessaire pour--
obtenir la poussee sur le plston 20a, comme expliqué ci-dessous.
84 est une butée annulaire limitant la remontée
de l'arbre 20 sous l'action du ressort 25, s'appuyant sur la
bague 85.
Ce ressort de rappel 25 repousse vers le haut l'arbre
20 une fois la rotation e obtenue.
Le fonctionnement de ce dispositif est indiqué
ci-apres.
Il s'agit d'un fonctionnement pas a pas. Le pas
. . .
correspond a une rotation e = 2 ~ du corps 2 autour de l'axe ~.
Lorsqu'on a effectue une rotation de n pas, on
a fait un tour complet et on-est revenu au point de depart.
l. le forage ayant atteint la profondeur a laquelle on desire
modifier l'angle du raccord coudé, on arrête la cixculation
du fluide de forage, on décolle l'outil de forage du
front de taille,
~Z8~2~
2. on ~ctive l'electromecanisme 81 pour faire pivoter le
disque 78 et obturer les passages du uide dans la tête
20a formant piston de l'arbre 20,
3. on retablit la circulation du fluide de forage,
. lc p:lston 20a quL cst soumls ~ la pression du fluide de
forage deplace axialement l'arbre 20 vers le bas de la
Eigure 2. La position du doigt de guidage 26 par rapport
à la rainure 28 est modifiee. Le doigt 26 passe de la
position 26a à la position 26b (figO 4) dans laquelle les
cannelures 23 et 24 etant degagees les unes des autres,
les corps l et 2 ne sont plus lies en rotation,
5. la poursuite du deplacement axial de l'arbre 20 provoque
la rotation du corps 2, 1e doigt 26 decrivant la portion
inclinee 28a de la rainure pour atteindre la position 26v,
apres une rotation e. Le piston 20a decouvre la soupape
taree 83 qui limite la pression du fluide de forage au-
dessus du piston, avertissant en surface que l'arbre 20
a decrit toute sa course.
Le disque 78 a garde sa position d'obturation des
canaux 20c tout au long du deplacement de l'arbre 20 grâce
a une longueur suffisante de la tige de commande 79 le long
de laquelle coulisse la fente du disque 78,
6. la circulation du fluide est à nouveau interrompue,
-- - 7. on arrete l'activation de l'electromecanisme 81. Par
un moyen de rappel mecanique, non represente, la tige 79
revient dans sa positi~n initiale entralnant le disque
78 qui decouvre les canaux 20c,
8. le ressort de rappel 25 repousse l'arbre 20 vers sa
position initiale. Le doigt 26 qui decrit une portion
de rainure 28b parallèle a l'axe de l'arbre 20 atteint
tout d'abord la position 26b' (fig. ~), puis
9. dans la dernière partie du mouvement de translation de
~2~g~S
l'arbre 20, faisant passer le doigt 26 de la position
26b' à la position 26a', les cannelures 23 de l'arbre
20 cooperent avec les cannelures 24 du corps 2 pour lier
a nouveau en rotation les corps tubulaires 1 et 2.
Une nouvelle rotation e peut être obtenue en repe-
tant le cycle operatoire decrit ci-dessus. Il ~aut alors noter
que le doigt de guidage 26 occupera alors les position 26a'
et 26b' puis, du fait des différences de profondeur dans la
rainure 28, s'engagera automatiquement dans une nouvelle por-
tion 28a'.
Pour s'assurer que le passage de la position 26ca la position 26a' s'effectue correctement, on peut utillser
un dispositif de verrouillage qui lie en rotation les corps
1 et 2 lorsque l'arbre 20 se deplace sous l'action du ressort
25 et qui est mis hors service des que les cannelures 23
cooperent avec les cannelures 24.
Ceci peut etre, par exempl~, realisé comme illustre
sur la figure 5, par au moins un goujon de verrouillage 87
porte par le corps 1 et maintenu en position par un systeme
de verrouillage a billes 88. Dans le corps 2 et coaxialement
au goujon 87, est usine un conduit 89 de meme diametre que le
goujon 87. Ce conduit est disposé de telle sorte qu'il de-
bouche dans l'espace libre limite entre deux cannelures con-
secutives 24 du corps 2. A l'intérieur de ce conduit, est loge
une tige de rappel 90 de meme longueur que le condult 89.
A la fin de la rotation du corps 2, un déplacement
axial supplementaire de l'arbre 20 ~ait passer le doigt 26-
de la position 26c a la position 26c' (fig. 6). Pendant ce
deplacement, le piston 20a prend appui sur le goujon 87 et
le repousse partiellement dans le conduit 89, l'extremité de
la tige 90 se logeant en-tre deu~ cannelures 24 du corps 2.
Le goujon 87, immobilise dans cette position par l'organe de
-- 8 --
8~2~ ~
verrouillage, 88 solidarise en rotation les corps 1 et 2.
Lors du retour en position hau-te de l'arbre 20, 1e doigt 26
ne peut alors décrire que la portion 28b de la rainure 28
(fig. 6). Le re-engagement des cannelures 23 dans les can-
nelures 2~ repousse la tige 90 et le goujon 87 reprend sa
position initiale.
Les figures 7~ et 7B représentent, en coupe, un
autre mode de réalisation du raccord coude selon l'invention
qui diffère de celui decrit precedemment par le mecanisme
télecommande assurant le deplacement de l'arbre 20 et par
le dispositif de verrouillage.
Dans ce cas, l'extremite inferieure de l'arbre 20
est prolongee par un piston inférieur creux 27 pouvant coulis-
ser, contre l'action du ressort 25, dans l'alésage 29 du corps
2, l'axe de cet alésage étant confondu avec l'axe Q. Des
joints 30 assurent l'etanchéite entre le piston 27 et l'alesage
29. L'extrémite superieure de l'arbre 20 est prolongée par
un piston creux 31 ~ui coulisse dans l'alésage 32 du corps 1,
l'axe de cet alesage etant con~ondu avec l'axe ~. Des joints
33 assurent l'etancheite entre le piston 31 et l'alésage 32.
Le diametre extérieur 27 est superieur a celui du
piston supérieur.
Les alesages 29 et 32, les pistons 27 et 31 de~
l'arbre 20 delimitent entre eux un espace annulaire étanche
34.
Dans la partie supérieure de l'alesage du corps 1
est place un reservoir 35 contenant un fluide hydraulique tel
que de l'huile. Ce réservoir est constitué d'une paroi 36
dont une portion au moins est déformable et réalisée, par
exemple, en néoprene. Ce .réservoi~ est loge dans une enceinte
rigide de protection 37 dont la paroi est munie d'orifices 38
de sorte ~ue le fluide de forage qui circule dans le raccord
~ZI~gZ5
coudé exerce sa pression sur la paroi 36 du reservoir 35.
Un conduit 39 prevu dans le corps 1 met en communication l'es-
pace 34 et le réservoir 35 à travers une vanne 70 ayant une
position d'ouverture et une position de fermeture. La posi-
tion de cette vanne, qui est par exemple une électrovanne, est
commandée depuis la surface comme il est indique plus loin.
Un élément 40, adapte à creer une perte de charge
dans l'écoulement du fluide de forage, est place en amont du
piston 27. Plus precisement, cet organe est place à un niveau
intermedlaire situe entre celui de l'espace 34 et celui du
reservoir 35. Dans le cas illustre par les figures, cet
organe 40 est place dans l'alesage du corps l, mais on ne
sortirait pas du cadre de la presente invention en plaçant cet
organe 40 dans l'alesage de l'arbre creux 20.
Un compensateur, designe dans son ensemble par la
reference 41, permet d'une part de maintenir la pression du
Eluide qui remplit l'espace confine 34 à une valeur sensible-
ment égale à la valeur de la pression régnant dans l'alésage
du corps 2 lorsque la vanne 70 est fermee et permet, d'autre
part, de compenser les fuites hydrauliques.
Ce compensateur comporte une membrane souple 42 qui
détermine avec l'alésage du corps l ùn espace annulaire 43
qui communique par des orifices 44-avec le conduit 39. Cette
membrane délimite avec le corps 45 du compensateur 41 un espace
qui communique par des orifices 46 avec l'intérieur du raccord
coudé, en aval de l'element 40 creant la perte de charge en
considerant le sens d'ecoulement du fluide de forage.
Les si~naux de commande de l'electrovanne 70 sont
transmis depuis la surface par un câble ou ligne 47 qui peut
être place dans l'alesage de la garniture de forage 3, ou
integre à la structure de cette garniture. Un connecteur
electrique 48 pouvant etre de tout type connu`assure la liaison
-- 10 --
.
2i~
électrique entre le cable 47 et l'électrovanne 70.
Des moyens de repéra~e de la position relative des
deux corps 1 et 2 composant le raccord peuvent être prevus.
Ces moyens sont, par exemple, constitués d'une pièce magnétique,
telle qu'un aimant permanent 49, fixée à l'extremite 2a du
raccord 2 et d'un ensemble d'interrupteurs 50 solidaires du
corps 1. Ces interrupteurs seront par exemple du type inter-
rupteur à lame souple commercialise par RADIOTECHNIQUE sous
la reference R 122. A chaque position du corps-2, l'aimant
49 actionne un seul des interrupteurs 50. Le repera~e de cet
interrupteur indique la position relative des corps 1 et 2.
A cette fin, ces interrupteurs sont relies à la surface par
exemple par des conducteurs électriques 51, le connecteur
électrique 48 et le câble 47.
Le fonctionnement du raccord coudé est decrit ci-
dessus en se referant aux figures et en supposant qu'initiale-
ment les corps 1 et 2 sont alignes. Le raccord est dans la
position representée sur les figures 7A et 7B e~ l'électro-
vanne 70 est fermée.
20 ` Le fluide de forage circule dans le sens indiqué
par les fleches pour alimenter le moteur de fond 5 lorsque
celui-ci est, par exemple, une turbine et pour irriguer l'outil
de forage (non représenté). La pression du fluide hydraulique
remplissant le réservoir 35 a une valeur Pl é~ale a la pression
du fluide de fora~e alimentant le raccord coude. L'elément
40 cree dans l'écoulement du fluide de forage une perte de
charge AP. La pression P2 en aval de l'élement 40 est infe-
rieure à la valeur Pl et egale à:
P2 Pl ~P.
La pression du fluide hydraulique remplissant llespace
S
annulaire 34 defini plus haut est maintenu par le compen-
sateur 41 a une valeur sensiblement egale a P2. Le ressort
tare 25 maintient alors l'arbre 20 dans la position haute
representee sur la figure 7B. Le doigt de guidage 26 est dans
la position 26a representee sur la figure 4.
Pour modifier le reglage de l'angle du raccord coude,
la circulation du fluide de forage étant maintenue, on trans-
met depuis la surface un signal de commande,par l'intermediaire
du câble 47. Ce signal provoque l'ouverture de la vanne 70
qui met en communication le reservoir 35 et l'espace 34 par
l'intermediaire du conduit 39. Le fluide hydraulique de
l'espace 3~, qui est alors à la pression Pl, agit sur le piston
inferieur 27 et le déplace contre l'action du ressort 25,
l'espace 34 étant alimenté par le réservoir 35. Le doigt
de guidage atteint tout d'abord la position 26b (fig. 4); les
cannelures 23 de l'arbre et celles 24 du corps 2 sont dégayees
les unes des autres. Le déplacement du piston inférieur 27
se poursuit. Le doigt de guidage 26 passe de la position 26b
a la position 26c en provoquant la rotation du corps 2 autour
de l'axe Q d'un angle
` e = 2 ~
- Lorsque le doigt 26 est dans la position 26c, un
dispositif de controle, tel qu'un contact électrique non re-
présenté, transmet l'information en surface. Les moyens de
reperage 50 pourront eventuellement constituer ce dispositif
de controle.
On arrête la circulation du fluide de forage. La
valeur de la pression du fluide hydraulique dans le reservoir
35 et dans l'espace 34 devient alors sensiblement égale a la
valeur de la pression du fluide de forage dans le~coxps tubu-
- 12 -
~12~39Z5
laire 2. Le ressort tare 25 repousse l'arbre 20 vers le haut
de la figure 7B en refoulant le fluide hydraulique dans
le réservoir 35. ~e doigt 26 atteint tout d'abord la position
26b' puis la position 26a' pour la~uelle le corps 2 et l'arbre 20 sont
à nouve~u lics en rotation. On fexme alors la vanne 70.
Ces opérations peuvent être répétées jusqu'a ce que
l'angle du raccord coudé ait atteint la valeur désirée.
La vanne 70 étant fermée, l'opération de forage
peut etre reprise en rétablissant la circulation du fluide
de ~orage.
La figure 8 représente.un autre mode de réalisation
des moyens indiquantl'arrivée du doigt 26 dans la position 26c.
Selon ce mode de réalisation, le piston inEérieur
27 met en communication l'alésage de l'axbre 20 et l'arbre 29 du.corps 2
par un conduit axial 7 et un ou plus:ieurs conduits latéraux
8. De plus, l'alésage est pourvu d'un épaulement 9 ~ui dans
la position basse du piston 27 (représentée en trait interrompu
sur la ~igure 8) obture les conduits latéraux 8. Ainsi, lorsque
le piston 27 atteint l'epaulement 9, il se crée dans l'écou~
lement du fluide de forage une variation des conditions
d'écoulement qui peut etre détectée en surface.
Un autre mode de réalisation des moyens de verrouil-
lage des corps 1 et 2, lorsque le piston 20 est dans sa position ;~
-- - basse, est représenté par les figures 9 a llE. Ces moyens de
verrouillage comportent une bague ou fourreau 52 enveloppant
la rainure de guidage 28 (fig. 9). Cette bague porte au moins
une rainure 53 recevant le doigt de guidage 26~ Cette rainure
est représentée en vue développée sur la figure 10. A chacune
de ses extremités, le fourreau est pourvu de dents 54 et 55
destineesà cooperer avec des dents 56 et 57 de l'arbre 20.
Un ressort 58 interposé entre l'arbre 20 et le Eourreau 52
tend a deplacer ce dernier pour engagex les dents.54 et.56.
- 13 -
~8925
Le fonctionnement est illustre par les figures llA
à llE. Sur ces figures schematiques, la rainure 53 a ete
representee par une surface hachurée pour une meilleure com-
préhension du dessin.
Pendant l'opération de forage, le fourreau est dans
la position illustrée par la figure llA, les dents 55 et 57
etant engagées pour lier en rotation le fourreau 52 et l'arbre
20. Lors du deplacement axial de l'arbre 20, les positions
relatives des rainures 28 et 53 sont successivement celles
representees par la figure llB pour laquelle les dents 55 et
57 sont degagees les unes des autres, puis par la figure llC,
pour laquelle sous l'action du ressort 58 et après rotation du
Eourreau 52, entralne par le doigt de guidage 26, les dents
54 et 56 immobilisent en rotation l'arbre 20 et le fourreau
52. Dans ces conditions, un déplacement axial en sens inverse
de l'arbre 20 s'effectue sans rotation possible par rapport
au doigt de guidage 26 (fig. llD). Le fourreau 52 et l'arbre
20 sont à nouveau liés en rotation par les dents 55 et 57
(~ig. llE).
La figure 12 montre le mode de realisation d'un
élément 40 adapté à creer une perte de charge determinee en
fonction du débit de fluide de forage.
Dans ce cas, l'element 40 est constitué d'une pièce -
60 procurant une réduction du diamètre de l'alésage du corps
1. Un élement mobile 61 est deplaçable dans l'alesage du
corps 1 sous l'action d'un ressort tare 62. Dans l'e~emple ~ -
represente, l'element 61 est profile de telle sorte que la
perte de charge dans l'ecoulement du fluide de forage soit
sensiblement independante du debit. Pour cela, l'e~tremite
de l'é]ement 61 a une forme genérale conique. Une augmentation
de debit a tendance à provoquer une augmentation de la perte
de charge. L'element 61 se deplace contre l'action du ressort
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Z5
taré 62 et prend une nouvelle position d'équilibre correspon-
dant a la valeur initiale de la perte de charge poux ~aquelle
le ressort 62 a été tare.
Les figures 13A, 13B'et 14 representent une autre
variante de réalisation du raccord coudé selon l'invention.
Le corps supérieur 1 est relié à la garniture de
forage 3 par un raccord intermédiaire 104 fileté en 4 et 4a.
Constitué de plusieurs éléments 2b, 2c, 2d, réunis bout à bout
par des filetages 207 et 208, le corps inferieur 2 est vissé
sur un moteur de Fond 109 tel qu'une turbine, par l'intermé-
diaire d'un filetage 10.
A la partie inFérieure du corps 1, est usiné un
alésage 11 d'axe A. La face inférieure 12 du corps 1 est
perpendiculaire à l'axe ~ et le plan qui la contient passe
par le point de conc,ours des axes X'~, et ~
L'extrémité supérieure du corps 2 porte un element
d'emboltement 2a complementaire de l'alesage 11 et dont l'axe
~ait avec l'axe Y'Y du corps 2 un angle ~. Le corps 2 a un
epaulement 13 dont la face perpendiculaire à l'axe de l'elément
d'emboltement 2a, est contenue dans un plan passant par l'in-
tersection de l'axe Y'Y et de l'axe de l'élément 2a.
Les corps tubulaires 1 et 2 sont maintenus dans leur
position d'emboltement par une butée 14 supportant les efforts
axiaux appliqués au raccord lors de son utilisation. Le
centrage de l'élément 2a dans l'alésage 11 est réalisé par
des roulements tels que ceux schématisés en 15, 16 et 17
qui permettent la rotation relative des deux corps tubulaires.
Des ~oints 18 et 19 assurent l'étanchéité entre les deux
corps 1 et 2.
A l'intérieur des corps tubulaires 1 et 2, un arbre
creux 20 est dispose coaxialement a l'élément 2a et a l'alésage
11, c'est-a-dire coaxialement a l'axe ~. L'arbre 20 et le corps
S
1 sont en permanence solidaires en rotation. Ceci est obtenu
par la cooperation d'un alésage cannele 21 usine dans le corps
superieur 1 et de cannelures complementaires 22 portees par
l'arbre 20. Ce dernier est egalement pourvu de cannelures
23 qui peuven-t coopcrcr avcc un alesa~e cannel~ 2~ du corps
inferieur 2 lorsque l'arbre 20 est place, par l'action d'un
ressort 25, dans la position representee sur la figure 13A.
~ans cette position, le corps 2 et l'arbre 20 sont lies en
rotation.
10L'arbre 20, deplaçable axialemen-t a l'interieur des
corps tubulaires 1 et 2, porte sur sa face exterieure une
rainure de guidage profilée 28 qui coopère avec au moins un
doigt de guidage 26 solidaire du corps 2, pour faire tourner
celui-ci en rotation autour de l'axe ~ lorsque l'arbre 20 est
déplace axialement a partir de sa position representee sur la
figure 13A. Cette rainure, representee en perspective sur la .
figure 3, permet d'obtenir une rotation pas a pas du corps
tubulaire 2 autour de l'axe ~.
L'extremité inférieure de l'arbre 20 est equipee
d'un mécanisme de commande désigné dans son ensemble par la
réérence 127 et représenté a plus grande échelle sur la
figure 14. Ce mecanisme comporte un piston tubulaire 129
pouvant coulisser dans l'alésage du corps inférieur 2, cet
alésage étant coaxial a l'arbre 20. Le plston 129 est fixé
a l'extrémité de l'arbre 20 par un filetage 130. Un siege
de clapet 131 prolonge le piston creux 129 auquel il est
relié par un filetage 132. Ce siege de clapet 131 possède un
alésage conique 133 pouvant recevoir un element 134 de forme
tubulaire don-t l'extremite conique 135 est complementaire de
l'alesage 133. Cet element, du type clapet, coulisse axiale-
ment dans un alesage du piston creux 129 et est soumis à l'action
d'un ressort 136 interpose entre le piston 129 et une collerette
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extérieure 137 de l'elément 134. Cet element 134 est fendu
parallèlement à son axe sur une portion de sa hauteur, à
partir de son extremite conique. Les fentes 138 delimitent
entre elles des lames 139 dont trois au moins, regulierement
reparties, sont des lames flexibles 139a qui portent sur leur
surface interieure des bossages 140 tandis ~ue sur leur sur-
face exterieure, la collerette 137 a ete supprimée pour des
raisons qui apparaitront ulterieurement. Le siège de clapet
131 est egalement muni d'au moins un doigt de déclenchement
141 capable d'eloigner la pièce 134 du siè~e de clapet 131,
dans une certaine position de l'arbre 20. ~`
A sa partie inferieure (fig. 13B), le corps tubulaire
2d comporte un panier 142, maintenu coaxialement au corps
tubulaire. Ce panier est pourvu d'un orifice 143 a sa partie
supérieure et laisse libre un espace annulaire 144 pour l'écou-
lement du fluide de forage. De preference, les parois du
panier 142 sont traversees par des orifices 145 permettant le
passage du fluide de forage.
Pour assurer une lubrification efficace de l'arbre
20, et des differentes parties du mecanisme 127, une reserve
d'huile a ete ménagee dans l'espace annulaire sensiblement
confine 14~, delimite entre le corps superieur 1 et l'arbre
20. Cette reserve d'huile a une autre fonction qui sera
indiquee lors de la description du fonctionnement. Cet espace
annulaire est obture a sa partie superieure par un piston flot-
tant 147, permettant de maintenir la pression de l'huile à la
même valeur que celle du fluide de forage alimentant le raccord
coudé et de compenser par deplacement les eventuelles fuites
d'huile~ Des joints l48 et 149 assurent respectivement l'e-
30 tancheite au niveau du piston flottant 147 et du mecanisme 127.
I,e fonc-tionnement du dispositif est indique ci~
dessous, en supposant que le raccord coude est dans la position
~L~L213~S
representee sur les figures 13A et 13B, les axes des corps
tubulaires etant alignes et que le forage a atteint la pro-
fondeur à laquelle on desire devier la direction du forage.
Sans interrompre la circulation du fluide de forage,
on introduit dans la garniture de forage une bille d'acier
de diamètre determine. Celle-ci est arrêtee par les bossages
140 des lames 139a, comme represente en pointille sur la figure
14. Cette bille cree une perte de charge ~P dans l'ecoulement
du fluide de forage. La pression qui règne dans l'alésage
de l'arbre 20 est transmise par le piston flottant 147 ~fig.
13A) et par l'huile, à la face superieure 129a du piston 129.
L'ecoulement clu fluide de forage qui agit, d'une part, sur
la bille etr d'autre part, sur le piston 129 par l'interme-
diaire de la difference de pxession ~ P, deplace axialement
l'arbre 20 dans le sens d'ecoulement du fluide de forage,
contre l'action du ressort 25. Le doigt 26 qui etait tout
d'abord dans la position 26a ~fig. 4), atteint la posltion 26b.
Dans cette position, les cannelures 23 de l'arbre 20, et 24
du corps inferieur 2, sont degagees les unes des autres desoli~
darisant en rotation l'arbre 20 et le corps 2. Le deplace-
ment axial de l'arbre 20 se poursuit et le doigt 26 atteint la
position 26cj en provoquant la rotation du corps 2 autour de
l'axe ~ d'un angle e = 2 ~ .
Lorsque le doigt de guidage 26 atteint la position
26c, le doigt de declenchement 141 entre en contact avec un
epaulement 150 du corps 2 (fig. 13b) et immobilise l'element
134 alors que l'arbre 20 et le siege de clapet 131 poursuivent
leur deplacement en comprimant le ressort 136. Des lors, la
portion conique 135 de l'element 134 n'est plus en contact avec
l'alesage conique 133. Sous l'action du fluide de forage, les
lames elastiques 139a qui ne sont pas munies de collerettes
137, sont ecartees de l'axe du dispositif et la bille qui est
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~z~s
liberee tombe dans la partie inferieure du raccord ]usque dans
le panier 142 (fi~. 13B) .
La perte de charge creée par la bille ayant dlsparu,
le piston 129 n'est plus soumis a la difference de pression
~ P. Le ressor-t tare 25 repoussc l'arbre 20 vers le haut de
la figure, tandis que le ressort 136 plaque à nouveau l'ele-
ment 134 contre le siège de clapet 131. Le doigt de guidage
26 passe de la position 26c à la position 26b', puis à la
position 26a' dans laquelle les cannelures 23 et 24 immobilisent
en rotation l'arbre 20 et le corps inferieur 2. L'arbre 20
est dans une position identique à celle representee sur la
Eigure 13~.
Le même cycle operatoire peut être répeté par intro-
duction de nouvelles billes dans la garniture de forage. Le
panier 142 pourra être vidé lors de la remontée de la ~arniture
de forage en surface, par exemple lors du changement de l'outil
de forage. La contenance du panier sera aussi grande que
possible. Elle pourra être de 10 à 20 billes ou même plus.
Le dispositif de verrouillage decrit en relation
avec les figures 9 à llE et mettant en oeuvre une bague 52
entourant la rainure de guidage 28, peut également etre utilisé
dans ce mode de réalisation.
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