[0001] La présente invention concerne un ensemble permettant d'effectuer des forages orientés.
[0002] L'un des objectifs de l'ensemble selon la présente invention est de permettre, à
partir de puits verticaux existants ou forés, de réaliser des drains horizontaux ou
inclinés à orientation précisément contrôlée et raccordés au puits vertical par une
section à faible rayon de courbure (20 à 30 métres).
[0003] Cet objectif ne peut être atteint par aucun système existant, opérationnel ou expérimental:
- le forage horizontal (classique) utilisant les tiges de forage classiques implique
des profils de transition de la section verticale à la section horizontale développés
sur plusieurs centaines de mètres,
- le forage à faible rayon de courbure utilisant des tiges épaisses articulées ne
permet pas de contrôler efficacement et avec précision l'orientation du drain horizontal.
[0004] L'art antérieur peut être illustré par les brevets américains suivants US-A 2 198
016 et US-A 1 850 403, par le brevet belge BE-A 865 955, par le brevet allemand DE-A
3 306 405 ainsi que par l'article intitulé "Récents développements en forage téléguidé",
paru dans la "Revue de l'institut Français du Pétrole", Vol. 38, N. 1 de Janvier-Février
1983 aux pages 63 à 81.
[0005] La présente invention peut être utilisée préférentiellement:
a) pour la réalisation de drains horizontaux dans des réservoirs pétroliers peu profonds
où le forage horizontal (classique) est inapplicable techniquement ou économiquement
(nombreux gisements d'huiles lourdes et sables bitumineux);
b) pour la réactivation de puits pétroliers existants anciens ne produisant plus par
suite d'envahissement (eau ou gaz) ou d'épuisement relatif. L'intérêt de cette application,
par rapport à la solution courante de forage de puits verticaux intermédiaires, augmente
avec la profondeur des gisements;
c) pour la réalisation de drains horizontaux dans la zone centrale à l'aplomb des
plateformes de forage-production en mer, où l'accès en forage horizontal (classique)
n'est pas possible;
d) pour l'augmentation du rythme d'exploitation de gisements à horizons multiples
superposés en exploitant successivement les différents horizons par des drains horizontaux
forés depuis un puits vertical unique;
e) pour la réalisation de drains suivant les sinuosités de filons de minerais, minces
et sensiblement horizontaux (lixiviation in situ - gazéification du charbon in situ).
[0006] La présente invention permet également de forer des drains multiples dans plusieurs
directions à partir d'un puits vertical d'accès commun.
[0007] Pour atteindre ces objectifs, la présente invention utilise un ensemble permettant
d'entraîner un outil en rotation autour d'un axe lié audit outil à partir d'une colonne,
dite colonne d'entraînement, tournant à son extrémité inférieure autour d'un deuxième
axe, lesdits axes étant sensiblement concourants en un même point A et formant entre
eux un angle a.
[0008] Cet ensemble se caractérise en ce qu'il comporte en combinaison un déflecteur, ou
coude, télécommandé adapté à créer une déviation d'angle a, des moyens de contrôle
de la valeur dudit angle a, des moyens de guidage permettant la rotation dudit outil
et de ladite colonne à son extrémité inférieure autour desdits axes relativement audit
déflecteur et des moyens de contrôle de la position polaire dudit déflecteur relativement
audit deuxième axe.
[0009] Lorsque cet ensemble est appliqué au cas d'un forage effectué à partir de la surface,
les moyens de contrôle de la position polaire dudit déflecteur pourront comporter
une sonde de mesure solidaire dudit déflecteur, ladite sonde étant repérée angulairement
relativement à celui-ci, une deuxième colonne dite colonne d'orientation polaire solidaire
en orientation dudit déflecteur remontant jusqu'en surface, la partie inférieure de
ladite colonne d'orientation étant flexible.
[0010] Dans le cas où le déflecteur est télécommandé électriquement et où la sonde fournit
des signaux électriques, la colonne d'orientation polaire pourra comporter en son
centre un conducteur électrique adapté à transmettre les signaux de mesure de la sonde
vers la surface et les signaux de télécommande de la surface vers le déflecteur.
[0011] La colonne d'entraînement pourra comporter une partie inférieure flexible dont l'extrémité
inférieure pourra se prolonger par une extension flexible et se fixer audit outil.
La partie flexible de ladite colonne pourra être coaxiale et extérieure à la section
flexible de la colonne d'orientation polaire.
[0012] La colonne d'entraînement et la colonne d'orientation polaire pourront comporter
chacune une partie sensiblement rigide et ces parties sensiblement rigides pourront
être coaxiales et reliées à la surface, la partie sensiblement rigide de la colonne
d'entraînement pourra être reliée, en surface, à une tête rotative.
[0013] La colonne d'entraînement pourra être reliée à un moteur de fond.
[0014] Ce moteur de fond pourra être un moteur volumétrique hélicoïdal multilobes dont le
corps externe rotatif est connecté à ladite colonne d'entraînement et dont le corps
interne non-tournant est solidaire en sa partie inférieure de la colonne d'orientation
flexible et en sa partie supérieure de la partie supérieure rigide de la colonne d'orientation
polaire.
[0015] La partie flexible de la colonne d'entraînement pourra comporter une paroi interne
parfaitement lisse et une paroi externe munie d'au moins une nervure enroulée en hélice.
[0016] Le déflecteur pourra comporter deux corps articulés l'un par rapport à l'autre autour
d'un axe ou d'une rotule, le corps supérieur formant prolongement de la sonde de mesure
et de la colonne d'orientation, le corps inférieur supportant la pivoterie de rotation
de l'outil de forage et des moyens adaptés à contrôler l'angle établi entre les deux
corps.
[0017] Les moyens de contrôle de l'angle établi entre les deux corps pourront comporter
un vérin à vis qui régit la distance entre un premier point appartenant au corps inférieur
et un deuxième point appartenant au corps supérieur.
[0018] La sonde de mesure pourra être placée à l'intérieur d'un module centreur adapté à
maintenir l'axe longitudinal de la sonde sensiblement parallèle à l'axe moyen du puits
à son niveau.
[0019] La sonde de mesure pourra être placée à l'intérieur d'un corps centreur interne solidaire
vers le haut de la base de la colonne flexible d'orientation et vers le bas du corps
supérieur du déflecteur.
[0020] Le corps centreur interne pourra être placé coaxialement à l'intérieur d'un corps
centreur externe, lui-même pouvant être centré et aligné dans le puits par des sabots
de centrage inférieurs et supérieurs.
[0021] Ledit corps centreur externe pourra être solidaire en partie haute du pied du flexible
principal, partie inférieure de la colonne d'entraînement, et relié en partie basse
à l'outil de forage par un ensemble formant entretoise d'entraînement comportant un
joint rotatif flexible.
[0022] Le centrage et l'alignement du corps centreur interne à l'intérieur du corps centreur
externe et le centrage de l'entretoise d'entraînement autour des corps inférieur(s)
et supérieur(s) du déflecteur pourront être assurés par au moins trois pivoteries
radiales.
[0023] Les efforts longitudinaux de poussée ou de traction entre le flexible principal et
l'outil de forage pourront être transmis par l'intermédiaire du noyau central constitué
par le corps centreur interne et le déflecteur et de deux pivoteries axiales disposées
respectivement en tête et au pied de ce noyau central.
[0024] Des conduits appropriés au pied du flexible principal, ainsi qu'une isolation par
soufflet flexible autour du déflecteur pourront assurer qu'entre la tête du module
centreur et l'outil, la circulation de la boue de forage s'effectue uniquement dans
la partie centrale du dispositif, et que toutes les pivoteries radiales et axiales
travaillent en milieu propre et lubrifié par de l'huile.
[0025] L'ensemble selon la présente invention pourra comporter des moyens d'orientation
situés en surface à l'extrémité supérieure de ladite colonne d'orientation.
[0026] Ainsi, la présente invention ne nécessite bien souvent l'utilisation d'une colonne
inférieure flexible que sur une longueur limitée au développement du drain horizontal
et du raccordement courbe à la section verticale du puits.
[0027] La liaison entre la colonne inférieure flexible et la surface, au travers de la section
verticale du puits, peut être réalisée par des tiges de forage rigides classiques.
[0028] Selon la présente invention il est possible de mesurer en continu, au cours du forage,
des paramètres directionnels du drain, à une très faible distance en arrière de l'outil
de forage.
[0029] Selon la présente invention, la possibilité de placer immédiatement derrière l'outil
de forage un dispositif de pilotage de l'outil, précis et à grand débattement, télécommandable
en continu depuis la surface, permet une maitrise parfaite de la trajectoire de l'outil,
et par là une bonne maitrise du profil du puits foré.
[0030] De plus, la présente invention permet de faire face en sécurité, aisément et essentiellement
par les méthodes usuelles, aux difficultés potentielles inhérentes à tous forages
horizontaux, notamment: au forage sous équilibre de pression limite; aux venues de
fluides sous pression; aux pertes de circulation; au collage différentiel; aux coincements.
[0031] Enfin, la présente invention permet l'optimisation de la transmission de poussée
et de couple depuis la section verticale de la garniture jusqu'à l'outil de forage,
au travers de la colonne inférieure flexible.
[0032] La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement
à la description qui suit d'un exemple particulier, nullement limitatif, illustré
par les figures ci-annexées, parmi lesquelles:
- la figure 1 compare le profil d'un puits foré suivant les techniques usuelles conventionnelles
et le profil d'un puits foré suivant les techniques selon la présente invention, ces
deux puits étant destinés à la mise en place d'un drain horizontal dans une même formation
géologique,
- la figure 2 montre en détail un mode de réalisation de l'ensemble selon la présente
invention,
- les figures 3 et 4 illustrent un mode d'entraînement de l'outil en rotation par
une colonne rigide aboutissant en surface,
- la figure 5 représente un exemple de mise en place du dispositif selon la présente
invention,
- la figure 6 représente un autre mode de réalisation selon la présente invention,
et
- la figure 7 montre schématiquement un mode simple de réalisation de la présente
invention.
[0033] Sur la figure 1, la référence 1 désigne une formation géologique dans laquelle doit
être foré un drain horizontal 2.
[0034] La présente invention permet le contrôle, à tout instant, du rayon de courbure de
la trajectoire du puits foré et par là présente de nombreux avantages, comme cela
est exposé ci-après.
[0035] Sur cette figure, la distance L6 désigne la distance séparant le puits de surface
3 de l'aplomb du début du drain horizontal 2 à forer dans le cas de la mise en oeuvre
des techniques de forage usuelles conventionnelles.
[0036] La distance L7 désigne la même distance dans le cas de la mise en oeuvre de l'ensemble
selon la présente invention.
[0037] On s'aperçoit, sans équivoque possible, que la distance L7 est très inférieure à
la distance L6 et que le puits de surface 5 utilisé pour la mise en oeuvre de l'ensemble
selon la présente invention est pratiquement à l'aplomb du début du drain horizontal.
[0038] Indépendamment de cet avantage, la présente invention permet un contrôle précis de
la trajectoire d'un forage et permet de rectifier celle-ci presque instantanément
avec un minimum de retard, ceci grâce au contrôle et à la maîtrise à tout instant
du positionnement de l'outil dans le puits. De plus, la présente invention permet
de faire varier d'une grande plage le rayon de courbe de la trajectoire du puits foré.
[0039] Après forage et tubage conventionnels de la partie verticale du puits (ou à partir
du fond d'un puits existant, par side strack) le forage courbe, puis horizontal est
réalisé à l'aide d'un outil conventionnel entraîné en rotation et recevant une poussée
depuis la garniture ou colonne verticale, par l'intermédiaire de la garniture ou colonne
inférieure flexible. La garniture verticale peut être rigide.
[0040] Sur la figure 7, la référence 213 désigne le puits foré, la référence 206 l'outil
de forage.
[0041] L'extrémité inférieure 201, d'une colonne d'entraînement 211, tourne autour d'un
axe 202 et entraîne en rotation autour d'un axe 203 l'outil 206, grâce à un manchon
flexible ou joint flexible 204.
[0042] Ce joint flexible forme une extension de la colonne d'entraînement. Les axes 202
et 203 sont sensiblement concourants en un point A et forment entre eux un angle de
déviation a.
[0043] C'est l'organe déflecteur 208 qui permet de réaliser la déviation d'angle a.
[0044] Des moyens de guidage 221 et 223 permettent à l'outil 206 et à la partie inférieure
201 de la colonne d'entraînement 211 de tourner respectivement autour des axes 203
et 202 relativement au déflecteur 208.
[0045] Dans le cas de la figure 7, le déflecteur est maintenu immobile en rotation grâce
à une colonne dite d'orientation 210.
[0046] Sur l'exemple de la figure 2, la référence 7 désigne un instrument de déviation et
de mesure. Cet instrument comporte un coude à angle variable ou déflecteur 8 localisé
à l'intérieur de l'extrémité inférieure d'un joint flexible 9 formant une extension
flexible de la colonne d'entraînement, immédiatement derrière l'outil 6; l'orientation
radiale ou polaire de ce coude 8 est contrôlée par une colonne d'orientation polaire
10 flexible au moins sur sa partie inférieure. Cette colonne est sensiblement coaxiale
au joint flexible 9, lui-même relié à un flexible principal d'entraînement 11, éventuellement
prolongé jusqu'en surface par une extension rigide.
[0047] L'ensemble comportant le joint flexible, le flexible principal d'entraînement et
l'extension rigide constituent une colonne d'entraînement en rotation de l'outil,
de même, l'ensemble comportant le joint flexible et le flexible principal d'entraînement
pourra être qualifié de partie flexible de la colonne d'entraînement. Toutefois, dans
ce cas, lorsqu'il est fait référence à l'axe autour duquel tourne l'extrémité inférieure
de la colonne d'entraînement, il s'agit de l'axe de l'extrémité inférieure du flexible
principal.
[0048] Le coude ou déflecteur 8 permet d'imprimer des déviations radiales à l'outil 6 dans
des directions déterminées contrôlables, résultant en différents degrés de courbure,
ou en rectitude, du profil de puits et en contrôle de son azimut.
[0049] L'instrument 7 comporte également une sonde de mesures directionnelles 12 logée au
centre de la colonne d'orientation, immédiatement derrière le déflecteur 8 (soit à
environ 2 à 3 mètres derrière l'outil).
[0050] Elle permet de mesurer, à courte distance derrière toute section de drain venant
d'être forée, l'inclinaison et l'azimut de cette section.
[0051] Cette rapidité de réponse permet de corriger le profil si besoin est sans retard,
par action sur l'angle et sur l'orientation du déflecteur 8. Ce bouclage rapide entre
la création du trou 13, la mesure de son profil, et la réaction sur le déflecteur
8, constituent une des novations majeures du système par rapport aux autres systèmes
de forages horizontaux connus. C'est lui qui ouvre la possibilité de réaliser des
profils à faibles rayons de courbure, éventuellement complexes, et cependant avec
précision, soit pour exécuter fidèlement un profil déterminé, soit pour suivre, à
la découverte, le profil pratique d'une couche donnée.
[0052] La précision de la mesure directionnelle implique un centrage satisfaisant de la
sonde de mesure 12 dans le trou, ainsi qu'un certain lissage d'ondulations trop courtes
et non significatives de ce dernier. A cet effet, la sonde 12 est alignée dans un
prolongateur rigide 14 de la colonne d'orientation 10, ce prolongateur qui pourra
être qualifié de corps centré interne est lui-même centré dans un module ou corps
centreur et stabilisateur externe 15 de longueur de 3 à 4 mètres, inséré entre le
flexible principal 11 et le module déflecteur 8.
[0053] Ce corps centreur externe 15 pourra comporter des sabots de centrage inférieurs 115
et supérieurs 116.
[0054] En plus de l'inclinaison et de l'azimut du profil du drain, la sonde 12 peut mesurer
l'orientation radiale ou polaire du déflecteur par rapport à la génératrice haute
du trou ou par rapport au nord magnétique (en terme anglo-saxon "tool face"), afin
de permettre le maintien de cette orientation radiale ou sa correction, par action
en surface sur la colonne d'orientation.
[0055] La sonde 12 peut comporter des magnétomètres pour la mesure de l'azimut et du "tool
face". Ces magnétomètres doivent être éloignés de masses magnétiques notables: à cet
effet, le module centreur 15 et le prolongateur rigide 14 de la colonne d'orientation
pourront être en métal amagnétique.
[0056] Différents modes de réalisation du déflecteur 8 sont possibles:
[0057] Une solution technologique proposée et représentée sur la Fig. 2 comporte l'utilisation
d'une genouillère articulée 16 dont la flexion ou déviation est contrôlée par un vérin
électrique fortement démultiplié 17: ce fait, combiné au court bras de levier du déflecteur,
entraîne que le couple nécessaire au moteur du vérin pour vaincre les efforts de déflec-
tion est faible et la puissance nécessaire au moteur est également faible, et peut
être de l'ordre de 1/4 de kW.
[0058] Un câble électrique qui peut être monoconducteur 18, localisé au centre de la colonne
d'orientation 10 et de son extension jusqu'à la surface transmet la puissance électrique
et les télécommandes jusqu'au déflecteur 8 (actions discontinues) et remonte, en mode
numérique, les signaux de la sonde 12 de mesure directionnelle pour décodage et traitement
en surface (transmission continue). Il est bien connu de l'homme de l'art d'effectuer
des transferts de puissance électrique et de signaux électrique à partir d'un monoconducteur.
[0059] L'alimentation en boue de forage pour irrigation de l'outil 6, lavage du trou et
équilibrage des pressions de formation, se fait par l'espace annulaire entre la paroi
externe de la colonne d'orientation 10 et la paroi interne du flexible principal 11:
ainsi le frottement entre ces parois, au cours de la rotation du flexible principal
11 autour de la colonne d'orientation 10 est un frottement lubrifié.
[0060] Juste à l'amont du module centreur 15, le flux de boue est dirigé vers le centre,
à l'intérieur du prolongateur de colonne, par des orifices 19 et canalisé ainsi jusqu'au
centre de l'outil 6. L'espace annulaire 20 autour du prolongateur de colonne et du
déflecteur 8 est rempli d'huile qui pourra être en équipres- sion avec la boue ceci
grâce à des dispositifs bien connus de l'homme de l'art. Cette huile assure une lubrification
efficace des roulements de centrage 21, 22 et 23 et des butées axiales amont 24 et
aval 25.
[0061] Des joints tournants d'étanchéité 26 et 27 amont et aval isolent l'huile de la boue.
Une membrane métallique semi-rigide 28 relie les éléments amont 29 et aval 30 de la
genouillère 16 autour du déflecteur 8; cette membrane pourra être constituée par un
soufflet métallique. Un joint flexible 9, résistant au différentiel de pression entre
sa face interne et sa face externe (égal à la chute de pression dans l'outil), relie
le module centreur 15 à l'embout porte-outil 32.
[0062] La transmission de poussée du flexible principal 11 à l'embout porte-outil 32 pourra
se faire préférentiellement au travers du prolongateur de colonne d'orientation 14
et du déflecteur 8 par l'intermédiaire des butées axiales amont 24 et aval 25. Ainsi
le joint flexible 9 n'aura pas à supporter cette poussée. Il supporte cependant rotation,
couple, et flexion combinés, générateurs d'effets de fatigue: par suite, ce joint
flexible 9 peut être considéré comme une pièce d'usure dont il est admis d'opérer
le remplacement périodiquement. Bien entendu, la butée axiale 24 pourra être placée
sensiblement au voisinage de la butée radiale 22. Dans ce cas la transmission de la
poussée axiale à l'outil se fera via le module centreur 15 au lieu de se faire via
le prolongateur 14 de la colonne d'orientation.
[0063] Le flexible principal 11 a, parmi d'autres fonctions, celle de transmettre à l'outil
6 rotation, couple, et poussée axiale et de véhiculer vers le fond la boue de forage.
Il devra permettre la remontée de la boue et des déblais dans l'annulaire du trou.
[0064] Ce flexible principal sera de préférence conçu pour minimiser les risques de collage
différentiel, il devra résister à la traction nécessaire pour extraire la garniture
du drain avec l'aide éventuelle de rotation et circulation combinées en cas de coincement
et enfin il sera de préférence aisément stockable et transportable en surface.
[0065] Il pourra être constitué d'une structure (conventionnelle) existant sur le marché
et commercialisée par la Société COFLEXIP. De telles structures comportent généralement:
- un tube interne en plastique,
- une carcasse en fil d'acier agrafé à profil "Zeta",
- une gaine plastique intermédiaire,
- deux nappes croisées d'armures d'acier au pas d'environ 45°, et
- une gaine externe en plastique (Rilsan).
[0066] Suite à un mode particulier de réalisation du flexible principal 11, selon la présente
invention, celui-ci pourra comporter une nervure externe spiralée 33 en polyamide
chargé de fibres de renfort (fibres d'aramide, par exemple la fibre désignée par "Kevlar"
de la Société Dupont de Nemours), placée à sa périphérie.
[0067] Cette nervure 33, au rôle essentiel, remplit des fonctions multiples:
- son diamètre externe étant proche de celui du trou (et du dernier tubage ou d'un
tubage ou liner guide temporaire dans la section verticale du puits), elle assure
le guidage du flexible 11 et évite son flambage en compression lorsqu'il transmet
la poussée à l'outil;
- par effet de vissage dans le trou et dans la boue (analogue à celui d'une tarière),
elle aide à la transmission de la poussée venant du lest présent dans la portion verticale
du puits et elle génère elle-même une certaine poussée additionnelle;
- cet effet facilite aussi l'évacuation des déblais en évitant leur sédimentation
sur les génératrices basses du trou et en induisant leur translation vers la surface;
- elle contribue également à maintenir le trou "ouvert" par son action continue d'alésage,
- enfin, la nervure isole le flexible proprement dit du trou. Elle évite ainsi les
risques de collage différentiel et les risques de détérioration de la gaine externe
du flexible 11 par abrasion ou accrochages,
- par contre, étant en contact de frottement permanent avec les parois de trou et
de tubage, et malgré sa constitution en polyamide chargé de fibres d'aramide (anti-usure
et à faible frottement), cette nervure aura une durée de vie plus courte que celle
du flexible proprement dit: elle devra donc pouvoir être remplacée ou rechargée périodiquement.
[0068] La seule fonction de la colonne flexible 10 est de transmettre depuis la surface
le couple d'orientation au déflecteur 8 et de maintenir cette orientation durant le
forage. Ses dimensions diamétrales doivent ménager, en son centre, le passage du câble
de transmissions électrique 18 et, extérieurement, un annulaire 34 suffisant dans
le flexible principal 11 pour le passage du flot descendant de la boue de forage,
indiqué par la flèche 35.
[0069] Elle pourra être constituée par une structure conventionnelle et simple du type de
celle commercialisée par la Société COFLEXIP. Elle pourra comporter, notamment, une
carcasse interne en feuillard métallique agrafé, deux couches croisées d'armures acier
à pas relativement court (optimisation de la résistance en couple), et une enveloppe
externe.
[0070] Ce flexible 10, installé à demeure à l'intérieur du flexible principal 11 sera néanmoins
aisément amovible pour inspection, entretien et pour permettre, si nécessaire, l'accès
à l'intérieur du flexible principal 11 en cours d'opérations (par exemple pour un
dévissage à l'explosif, en terme anglo-saxon "back-off", au-dessus de l'instrument
de fond).
[0071] On notera que les frottements découlant de la rotation du flexible principal autour
du flexible d'orientation stationnaire sont ceux de matière plastique (tel le matériau
commercialisé sous la marque rilsan) sur elle-même, avec interposition de la boue
de forage descendante, pas ou peu chargée en solides. Ces frottements, et les usures
des surfaces, sont donc faibles.
[0072] Le câble électrique de transmissions 18, éventuellement monoconducteur, pourra être
installé à demeure au centre du flexible d'orientation.
[0073] En partie basse, il est raccordé à la sonde de mesure 12, lors de l'assemblage de
l'ensemble flexible principal 11 - flexible d'orientation 10 sur l'instrument de fond
7. En partie haute, il se termine par un connecteur 36, éventuellement monocontact,
logé au centre de l'embout combiné de flexible principal 11 et de flexible d'orientation
10. Le raccordement du câble 18 à la sonde 12 peut être réalisé par un connecteur
37.
[0074] Concernant la liaison par colonne dans la garniture de la section verticale du puits,
deux systèmes de garniture peuvent être à considérer suivant le mode de réalisation
de la rotation en forage. Ces deux modes de réalisation sont représentés aux figures
3, 4 et 6.
[0075] Si le mouvement destiné à entraîner l'outil provient de la surface (Figs. 3 et 4),
(ce mode est couramment qualifié de forage en rotary), le flexible principal 11 est
prolongé, jusqu'en surface, par un train principal 38, éventuellement rigide, constitué
éventuellement de masses-tiges 39 et de tiges de forage classiques 40. Le flexible
d'orientation 10 peut être prolongé au centre du train principal 38 par une colonne
d'orientation 41, éventuellement rigide, constituée de tiges de forage classiques
de type minier à diamètre externe constant, couramment appelée "tige minière flush"
par l'homme du métier.
[0076] L'ensemble comportant le flexible d'orientation et la colonne éventuellement rigide
constitue la colonne d'orientation polaire ou plus simplement la colonne d'orientation.
[0077] La rotation, et l'injection de boue de forage, sont assurées par une tête motorisée
classique 42 (en termes anglo-saxons "Power Swivel") connectée sur le train principal
38. En son centre passe et se prolonge la colonne rigide d'orientation 41 et 10 dont
le sommet est connecté à un orienteur 43 de la colonne d'orientation, monté sur le
bâti de la tête motorisée 42.
[0078] L'assemblage de la garniture décrite précédemment en début de forage du drain peut
s'effectuer de la manière indiquée ci-après.
[0079] L'ensemble outil et instrument de fond ayant été pré-assemblé est posé sur coins.
[0080] L'ensemble flexible principal 11 - flexible d'orientation 10 - câble central 18,
est raccordé à l'instrument de fond 7 puis descendu, par déroulement depuis le touret
de stockage 44 (figure 5) de l'ensemble flexible, jusqu'à pose sur coins de l'embout
combiné supérieur.
[0081] La ou les masses-tiges 39 et tiges principales 40 sont alors successivement raccordées
et descendues, jusqu'à amenée de l'outil à proximité de la cote de début de forage
du drain (fond de trou vertical dans le cas de puits "neuf"; ouverture latérale pré-
exécutée dans le tubage de production, dans le cas de puits "repris"). La dernière
tige 45 de forage ajoutée (en sommet de train) est posée sur coins 46, 47, son sommet
dépassant, au-dessus des coins, par exemple, de 0,3 à 0,4 mètre.
[0082] La colonne flexible d'orientation 10 est alors prolongée jusqu'en surface par introduction,
vissage, et descente successive de tronçons de tiges minières à diamètre externe constant,
couramment appelée tige minière "flush" par l'homme de métier, et constituant la colonne
d'orientation supérieure 41 (pose pour raccordements sur une boîte à coins installée
sur le sommet de la tige principale supérieure).
[0083] Le dernier ajout de tige 48 d'orientation s'accompagne du raccordement du pied de
la colonne d'orientation supérieure 41 sur le sommet du flexible d'orientation 10
par l'intermédiaire d'un embout à simple emmanchement à section carrée ou hexagonale,
au niveau de la référence 49. La longueur de la dernière tige ajoutée est telle que
son sommet dépasse celui de la tige principale supérieure par exemple de 0,3 à 0,6
mètre.
[0084] Le prolongateur 50 de câble électrique est alors introduit au centre de la colonne
et descendu par déroulement: une fiche éventuellement monocontact 36, à son pied,
lestée par une barre de charge, se raccorde, par exemple, par simple emmanchement,
en fin de descente, sur la fiche de tête de l'ensemble flexible La longueur totale
du câble peut, suivant la profondeur du puits, être constituée de plusieurs sous sections,
et peut présenter une surlongueur notable par rapport à la longueur du train rigide.
[0085] Cette surlongueur se loge par mise en sinusoïde 51 dans la partie inférieure de la
colonne supérieure d'orientation 41, sans risque de détérioration par érosion puisque
la circulation de boue est extérieure à cette colonne d'orientation. On notera que,
pour la même raison, les problémes d'isolation électrique, en particulier aux raccordements
par fiches monocontact, sont grandement facilités.
[0086] A sa partie supérieure, le prolongateur de câble se termine par une fiche, éventuellement
monocontact, 52 qui vient reposer dans un embout support au sommet de la tige supérieure
de la colonne d'orientation.
[0087] Le début du forage, puis son approfondissement, s'opèrent suivant une même procédure,
mettant en oeuvre des "éléments d'ajout" 53 constitués par des sections apairées en
longueur de tiges de forage 54 et de tiges minières 55, ces dernières étant équipées
de tronçons de câble électrique prolongateur 56, montés à demeure et terminés à chaque
extrémité par des fiches éventuellement monocontact 57 et 58 ancrées aux extrémités
de la tige minière 55.
[0088] Un ensemble de deux sections apairées de tiges principales 54 et d'orientation 55
est préparé dans le trou de rat (en terme anglo-saxon "rat hole"), le fond de ce dernier
étant aménagé pour que la tige minière 55 soit décalée, vers le haut, par rapport
à la tige principale, par exemple de 0,2 mètre.
[0089] La tête d'injection motorisée 42 (en termes anglo-saxons "power swivel"), avec son
embout de vissage sur les tiges et d'entraînement en rotation du train de forage,
est munie d'un prolongateur supérieur 60 de colonne d'orientation 41, saisi dans l'orienteur
43 de "tool face", analogue à une clé hydraulique de serrage de petit calibre. L'orienteur
43 est supporté par un vérin 61 à débattement vertical qui peut être d'environ 0,5
mètre, lui-même ancré sur le bâti de la tête motorisée 42. Un presse-étoupe 62 à commande
hydraulique (du type lubricator de "snubbing"), au-dessus de la "power swivel", permet
de réaliser l'étanchéité sur le prolongateur supérieur (à l'extérieur chromé poli)
de la colonne d'orientation.
[0090] Le prolongateur supérieur 60 de la colonne d'orientation est équipé à demeure du
prolongateur supérieur de câble électrique, terminé en partie inférieure par une fiche
monocontact, et en partie supérieure par un contact tournant 65. Au-dessus de ce contact
tournant, le câble de surface suit le flexible d'injection de boue, et est connecté
aux équipements de réception des mesures en surface et de télécommande du déflecteur.
[0091] Ainsi équipée, la tête d'injection motorisée accrochée au moufle mobile par des bras
d'élévateur 63 et 64 qualifiés de "long links" en termes anglo-saxons, est prête pour
la manoeuvre.
[0092] Le prolongateur supérieur 60 de colonne d'orientation est positionné pour dépasser
sous l'embout de la tête d'injection, par exemple de 0,1 mètre, alors que le vérin
support est en position milieu. La tête d'injection 42 est amenée à la verticale du
trou de rat et positionnée à l'aide du moufle pour situer le pied du prolongateur
supérieur 60 de colonne d'orientation au-dessus de la tige minière 55, par exemple
à 10-15 cm.
[0093] Le prolongateur supérieur 60 est alors approché puis engagé et vissé sur la tige
minière 55 en combinant la rotation de l'orienteur 43 et la translation de son vérin
support 61, qui permet une approche fine et évite les risques de détérioration des
filetages de tiges minières 55. La connexion de câble électrique 56 s'établit simultanément.
Le blocage est fait au couple maximum admissible au filetage, couple qui peut être
automatiquement dosé par l'orienteur 43 ou appliqué par des clés.
[0094] Les mors de l'orienteur 43 sont ensuite desserrés et écartés du prolongateur supérieur
60 de colonne d'orientation. La tête d'injection 42 est descendue à l'aide du moufle
et l'embout de la tête d'injection est engagé et vissé sur la tige principale 54 par
rotation de la tête. Le blocage peut être achevé avec les clés conventionnelles.
[0095] Le vérin support 61 est mis en position haute.
[0096] Les mors d'orienteur 43 sont resserrés sur le prolongateur supérieur 60.
[0097] L'ensemble des tiges d'ajout 53 ainsi connecté à la tête d'injection est extrait
du trou de rat et amené à l'aide du moufle au-dessus du train de forage 38 en attente
sur coins 46, 47, en maintenant un espace entre tige principale 45 sur coins et tige
principale d'ajout 54, cet espace pourra être d'environ 0,5 mètre.
[0098] La prolongation supérieure 60 de la colonne d'orientation 41 est descendue et approchée
puis connectée sur la colonne d'orientation en attente dans le train de forage 38
par actions de l'orienteur 43 et de son vérin-support 61.
[0099] Les mors d'orienteur sont desserrés, et la tige principale d'ajout 53 est approchée
et connectée sur le train principal 38 sur coins 46, 47 par actions du moufle et de
la tête d'injection, le blocage peut être achevé par les clés.
[0100] Le vérin-support 61 est positionné pour mise de la colonne d'orientation 41 en tension
sous son propre poids (léger coulissement possible de l'emmanchement glissant en pied
de colonne).
[0101] Le presse-étoupe 62 est fermé sur le prolongateur supérieur d'orientation.
[0102] Le forage peut débuter.
[0103] Les procédures pour déconnexion de la tête d'injection motorisée 42 à l'issue de
la première passe de forage et pour les ajouts suivants utilisent les mêmes principes,
inversés pour les déconnexions, que ceux décrits ci-dessus. Il en va de même pour
les extractions des tiges d'ajout 53 lors des remontées et sorties du trou.
[0104] On notera que chaque ajout 53 peut s'opérer par tronçons de 2 ou 3 tiges de 9 mètres,
soit par 27 mètres: il y aura donc 11 à 18 ajouts à opérer pour un drain de 300 à
500 mètres.
[0105] Selon un autre mode de réalisation, le mouvement pour entraîner l'outil provient
d'un moteur de fond (voir figure 6).
[0106] La mise en rotation du flexible principal 11 est assurée par un moteur de fond 66,
de préférence du type volumétrique connecté en tête du train flexible 11. Ce moteur
66 est utilisé en position inversée par rapport au mode conventionnel: c'est le corps
extérieur 67, normalement statorique, qui est connecté au flexible principal 11 et
qui devient l'élément rotori- que ou tournant.
[0107] L'arbre central 68, à lobes, devient statorique: l'embout 70, normalement porte-outil,
de cet arbre central 68 est en position supérieure, et connecté au train de masse-tiges
69 et de tiges conventionnelles remontant jusqu'en surface.
[0108] L'autre extrémité 71, normalement libre, de l'arbre central 68 est raccordée au flexible
d'orientation 72: ce dernier peut donc être orienté par action sur le train de tiges
supérieur 73 qui, hormis les mouvements d'orientation, demeure stationnaire angulairement.
L'arbre central 68 du moteur de fond ainsi que son prolongement dans sa pivoterie
et ses cardans de précession pourront être aménagés pour offrir un passage central
dans lequel est logé un prolongateur 75 du câble de transmission électrique 74. Ce
passage pourra être cylindrique et avoir un diamètre d'environ 1/2"(1" = 2,54 cm).
[0109] Au-dessus du moteur de fond 66 et de ce prolongateur électrique, la liaison électrique
jusqu'à la surface est constituée par un câble éventuellement monoconducteur 77, connecté
en partie basse sur le prolongateur 75 dans le moteur, par une fiche éventuellement
monocontact qui peut être lestée par une barre de charge.
[0110] Ce câble peut être constitué de plusieurs manières:
Il peut être unique ou continu, type câble de diagraphie, en terme anglo-saxon "wire
line", introduit au travers d'un raccord à sortie latérale 78, permettant les ajouts
de tiges 79 sans manoeuvre de câble.
Il peut comporter un premier tronçon de câble de longueur ad-hoc, introduit au centre
des tiges assemblées lorsque l'outil est à proximité du fond de trou avant début de
forage du drain, plus un complément de câble type "wire line" au centre des tiges,
raccordé au précédent par fiche éventuellement monocontact surmontée d'une barre de
charge, et sortant en tête de train de tige au travers d'un presse-étoupe, ce complément
de câble devant donc être manoeuvré lors de chaque ajout. Ainsi, par exemple, pour
une longueur du drain comprise entre 300 et 500 mètres, il faudra manoeuvrer 11 à
18 fois le câble au total si les ajouts se font par triple, avec utilisation d'une
tête d'injection.
[0111] A la place du complément de câble, il est possible d'utiliser des éléments de tiges
groupées par trois pour les ajouts, chaque groupe étant équipé d'un câble central
avec fiches d'extrémité, éventuellement monocontact, installé à demeure.
[0112] Bien entendu, on ne sortira pas du cadre de la présente invention si chaque élément
de tige est équipé d'un câble central avec fiche.
[0113] Le mode de réalisation de l'invention selon lequel le mouvement pour entraîner l'outil
de forage est de type rotary, présente certains avantages qui sont donnés dans la
suite de ce texte relativement au mode de réalisation comportant un moteur de fond.
[0114] Le mode de réalisation de forage en rotary présente une grande souplesse d'adaptation
des vitesses de rotation et des couples aux terrains et aux conditions de forage.
Il n'y a pas de limitation en couples maximum autre que celle imposée par les limites
de résistance des tiges. Donc la capacité de lutte contre les conditions de coincements
ou de frottements intenses est élevée.
[0115] Un tel mode de réalisation permet l'indépendance totale des paramètres mécaniques
du forage et des débits et pressions de boue.
[0116] L'ensemble de la liaison électrique entre le fond et la surface se fait hors boue
ce qui, selon le mode de réalisation qualifié de forage en rotary, facilite l'obtention
et le maintien de bonnes isolations électriques aux raccordements et élimine les problèmes
d'érosion et de détériorations de câbles dans le courant de boue.
[0117] Le mode de réalisation en rotary évite les problèmes liés au câble placé dans l'annulaire
d'un puits ou aux manoeuvres fréquentes de câbles.
[0118] Selon ce mode de réalisation, tous les composants du système, hormis quelques adaptations
simples qui cependant utilisent des éléments connus sur la tête d'injection, sont
tout à fait classiques.
[0119] Le mode de réalisation selon la présente invention qualifié de forage en rotary permet,
en cas de nécessité, en particulier dans le cas de coincement impossible à résoudre
par rotation-traction-circulation, d'extraire complètement la colonne centrale d'orientation,
y compris la partie flexible, en même temps que le câble électrique et la sonde de
mesure, libérant ainsi le centre du train principal jusqu'au déflecteur et permettant
l'exécution d'un dévissage à l'explosif et la récupération possible de la majeure
partie du train, y compris tout ou partie du flexible principal, suivant le niveau
de coincement.
[0120] Enfin, ce mode de réalisation permet, en cas de perte de circulation, d'injecter
des produits colma- tants.
[0121] Cependant, ce mode de réalisation présente des inconvénients relativement à la version
moteur de fond qui résident notamment dans la relative complexité de la composition
du train de forage rigide dans son ensemble et de sa mise en oeuvre. Ceci est à tempérer
cependant en considération de la simplicité, du classicisme, et de la robustesse des
composants individuels de ce train de forage.
[0122] Le mode de réalisation selon la présente invention, qui comporte un moteur de fond,
présente des avantages relativement à la version dite en rotary dont, notamment, celui
de la simplicité de la composition du train de forage rigide, et de sa mise en œuvre.
[0123] Cependant, ce mode de réalisation à moteur de fond présente des limitations dont
certaines sont énumérées dans la suite de ce texte.
[0124] Ainsi, le couple maximum pouvant être fourni par le moteur de fond est nécessairement
limité. Par exemple, avec les moteurs à 9 lobes, actuellement disponibles sur le marché,
on ne peut escompter plus que 400 à 500 mkg.
[0125] La comparaison ci-dessus conduit à préférer le mode rotary lorsque l'on a le choix.
1. Ensemble pour effectuer des forages orientés permettant d'entraîner un outil (6)
en rotation autour d'un axe (203) lié audit outil à partir d'une colonne (211), dite
colonne d'entraînement, tournant à son extrémité inférieure (201) autour d'un deuxième
axe (202), lesdits axes étant sensiblement concourants en un même point A et forment
entre eux un même angle a, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un déflecteur
télécommandé (208) adapté à créer une déviation d'angle a, des moyens de contrôle
(16, 17) de la valeur dudit angle a, des moyens de guidage (223, 221, 25, 23, 22,
21, 24) permettant la rotation dudit outil (6) et de ladite colonne à son extrémité
inférieure (201) autour desdits axes (203, 202) relativement audit déflecteur (208)
et des moyens de contrôle (12) de la position polaire dudit déflecteur relativement
audit deuxième axe.
2. Ensemble selon la revendication 1, appliqué au cas d'un forage effectué à partir
de la surface, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de la position polaire
dudit déflecteur comportent une sonde (12) de mesure solidaire dudit déflecteur, ladite
sonde étant repérée angulairement relativement à celui-ci, une deuxième colonne (10)
dite colonne d'orientation polaire solidaire en orientation dudit déflecteur et remontant
jusqu'en surface, la partie inférieure de ladite colonne d'orientation étant flexible.
3. Ensemble selon la revendication 2, appliqué au cas où le déflecteur est télécommandé
électriquement et où la sonde fournit des signaux électriques, caractérisé en ce que
ladite colonne d'orientation polaire (10) comporte en son centre un conducteur électrique
(18) adapté à transmettre les signaux de mesure de la sonde vers la surface et les
signaux de télécommande de la surface vers le déflecteur.
4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la colonne d'entraînement
comporte une partie inférieure flexible (11) dont l'extrémité inférieure est prolongée
par une extension flexible fixée audit outil (6) et en ce que ladite partie flexible
de ladite colonne est coaxiale et extérieure à la section flexible de la colonne d'orientation
polaire (10).
5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite colonne d'entraînement
(11, 211) et ladite colonne d'orientation polaire (10) comportent chacune une partie
sensiblement rigide et en ce que lesdites parties rigides sont coaxiales et reliées
à la surface, la partie rigide de la première colonne étant reliée, en surface, à
une tête rotative (42).
6. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite colonne d'entraînement
(11) est reliée à un moteur de fond (66).
7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moteur de fond (66)
est un moteur volumétrique hélicoïdal multilobes dont le corps externe rotatif (67)
est connecté à ladite colonne d'entraînement (11) et dont le corps interne (68) non
tournant est solidaire en sa partie inférieure de la colonne d'orientation flexible
(72) et en sa partie supérieure de la partie supérieure rigide (69, 70), de la colonne
d'orientation polaire.
8. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie flexible de
ladite colonne d'entraînement (11) comporte une paroi interne parfaitement lisse et
une paroi externe munie d'au moins une nervure (33) enroulée en hélice.
9. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit déflecteur (8) comporte
deux corps (29, 30) articulés l'un par rapport à l'autre autour d'un axe ou d'une
rotule (16), le corps supérieur (29) formant prolongement de la sonde de mesure (12)
et de la colonne d'orientation (10), le corps inférieur (30) supportant la pivoterie
(23 et 25) de rotation de l'outil de forage (6) et des moyens (17) adaptés à contrôler
l'angle établi entre les deux corps.
10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle
de l'angle établi entre les deux corps comportent un vérin à vis (17) qui régit la
distance entre un premier point appartenant au corps inférieur et un deuxième point
appartenant au corps supérieur.
11. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que la sonde de mesure (12)
est placée à l'intérieur d'un module centreur (14) adapté à maintenir l'axe longitudinal
de la sonde sensiblement parallèle à l'axe moyen du puits à son niveau.
12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que la sonde de mesure est
placée à l'intérieur d'un corps centreur interne (14) solidaire vers le haut de la
base de la colonne flexible d'orientation (10) et vers le bas du corps supérieur (29)
du déflecteur (8), en ce que ledit corps centreur interne (14) est axé à l'intérieur
d'un corps centreur externe (15), qui est centré et aligné dans le puits par des sabots
de centrage inférieurs et supérieurs (115 et 116), ledit corps centreur externe (15)
étant solidaire en partie haute du pied du flexible principal (11), partie inférieure
de la colonne d'entraînement, et relié en partie basse à l'outil de forage (6) par
un ensemble entretoise d'entraînement comportant un joint rotatif flexible (9).
13. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que le centrage et l'alignement
du corps centreur interne (14) à l'intérieur du corps centreur externe (15) et le
centrage de l'entretoise d'entraînement autour des corps inférieurs (30) et supérieurs
(29) du déflecteur (8) sont assurés par au moins trois pivoteries radiales (23, 22,
21).
14. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que les efforts longitudinaux
de poussée ou de traction entre le flexible principal (11), partie inférieure de la
colonne d'entraînement, et l'outil de forage (6) sont transmis par l'intermédiaire
du noyau central constitué par le corps centreur interne (14), le déflecteur (8) et
de deux pivoteries axiales (25, 24) en tête et au pied de ce noyau central.
15. Ensemble selon les revendications 13 et 14, caractérisé en ce que des conduits
appropriés au pied du flexible principal (11), partie inférieure de la colonne d'entraînement,
ainsi qu'une isolation par soufflet flexible (28) autour du déflecteur assurent qu'entre
les têtes du module centreur et l'outil, la circulation de la boue de forage s'effectue
uniquement dans la partie centrale du dispositif, et que toutes les pivoteries radiales
et axiales (21, 22, 23, 24 et 25) travaillent en milieu (20) propre et lubrifié par
de l'huile.
16. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens
d'orientation (43) en surface de ladite colonne d'orientation.
1. An assembly for carrying out oriented drilling operations making it possible to
drive a tool (6) in rotation about an axis (203) linked to said tool from a string
(211) referred to as the driving string, turning at its lower end (201) about a second
axis (202), said axes being substantially concurrent at a same point A and forming
between them a same angle a, char- actzerised in that it comprises in combination
a remote-controlled deflector (208) adapted to create a deflection of angle a, means
(16, 17) for controlling the value of said angle a, guiding means (223, 221, 25, 23,
22, 21, 24) permitting rotation of said tool (6) and said string at its lower end
(201) about said axes (203, 202) relative to said deflector (208) and means (12) for
controlling the polar position of said deflector relative to said second axis.
2. An assembly as in claim 1, applied in the case of a drilling operation carried
out from the surface, characterised in that the means for controlling the polar position
of said deflector comprise a measuring sensor (12) locked to said deflector, said
sensor being marked angularly relative to the latter, a second string (10) referred
to as the polar orientation string locked in orientation to said deflector and going
up to the surface, the lower part of said orientation string being flexible.
3. An assembly as in claim 2, applied in the case where the deflector is remote-controlled
electrically and where the sensor provides electrical signals, characterised in that
said polar orientation string (10) comprises at its centre an electrical conductor
(18) adapted to transmit the measuring signals from the sensor to the surface and
the remote-control signals from the surface to the deflector.
4. An assembly as in claim 2, characterised in that the driving string comprises a
flexible lower part (11) the lower end of which is prolonged by a flexible extension
fixed to said tool (6) and in that said flexible part of said string is coaxial and
outside the flexible section of the polar orientation string (10).
5. An assembly as in claim 4, characterised in that said driving string (11, 211)
and said polar orientation string (10) each comprise a substantially rigid part and
in that said rigid parts are coaxial and linked to the surface, the rigid part of
the first string being linked, on the surface, to a rotating head (42).
6. An assembly as in claim 2, characterised in that said driving string (11) is linked
to a bottom motor (66).
7. An assembly as in claim 6, characterised in that said bottom motor (66) is a multi-lobe
helical volumetric motor the rotating external body (67) of which is connected to
said driving string (11) and the non-turning internal body (68) of which is locked
at its lower part to the flexible orientation string (72) and at its upper part to
the rigid upper part (69, 70) of the polar orientation string.
8. An assembly as in claim 4, characterised in that the flexible part of said driving
string (11) comprises a perfectly smooth internal wall and an external wall provided
with at least one rib (33) wound in a spiral.
9. An assembly as in claim 2, characterised in that said deflector (8) comprises two
bodies (29, 30) articulated one in relation to the other about a shaft or a ball joint
(16), the upper body (29) forming an extension of the measuring sensor (12) and the
orientation string (10), the lower body (30) supporting the swivel arrangement (23
and 25) for rotation of the drilling tool (6) and means (17) adapted to control the
angle established between the two bodies.
10. An assembly as in claim 9, characterised in that said means for controlling the
angle established between the two bodies comprise a screw jack (17) which governs
the distance between a first point belonging to the lower body and a second point
belonging to the upper body.
11. An assembly as in claim 3, characterised in that the measuring sensor (12) is
placed inside a centering module (14) adapted to keep the longitudinal axis of the
sensor substantially parallel with the mean axis of the well at its level.
12. An assembly as in claim 11, characterised in that the measuring sensor is placed
inside an internal centering body (14) locked towards the top to the base of the flexible
orientation string (10) and towards the bottom to the upper body (29) of the deflector
(8), in that said internal centering body (14) is centered inside an external centering
body (15) which is centered and aligned in the well by lower and upper centering shoes
(115 and 116), said external centering body (15) being locked at the top part to the
foot of the main flexible part (11), the lower part of the driving string, and linked
at the bottom part to the drilling tool (6) by a driving spacer assembly comprising
a flexible rotary joint (9).
13. An assembly as in claim 1, characterised in that the centering and alignment of
the internal centering body (14) inside the external centering body (15) and the centering
of the driving spacer around the lower body (30) and the upper body (29) of the deflector
(8) are assured by at least three radial swivel arrangements (23, 22, 21).
14. An assembly as in claim 11, characterised in that the longitudinal thrust or traction
loadings between the main flexible part (11), the lower part of the driving string,
and the drilling tool (6) are transmitted through the intermediary of the central
core constituted by the internal centering body (14), the deflector (8) and two axial
swivel arrangements (25, 24) at the top and at the bottom of this central core.
15. An assembly as in claims 13 and 14, characterised in that appropriate pipes at
the bottom of the main flexible part (11), the lower part of the driving string, and
insulation by flexible bellows (28) around the deflector ensure that between the tops
of the centering module and the tool drilling mud only circulates in the central part
of the device and that all the radial and axial swivel arrangements (21, 22, 23, 24
and 25) work in a medium (20) which is clean and lubricated with oil.
16. An assembly as in claim 2, characterised in that it comprises orientation means
(43) for said orientation string on the surface.
1. Anordnung zur Duchführung gerichteter Bohrungen, die den Antrieb eines Werkzeugs
(6) in Drehung um eine mit dem Werkzeug verbundene Achse (203) von einer Kolonne (211),
der sog. Antriebskolonne aus ermöglicht, die an ihrem unteren Ende (201) um eine zweite
Achse (202) dreht, wobei die Achsen im wesentlichen an ein und dem gleichen Punkt
A zusammenlaufen und zueinander den gleichen Winkel a bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß sie in Kombination eine ferngesteuerte Umlenkeinrichtung (208) aufweist, die so
ausgelegt ist, daß sie eine Umlenkung um einen Winkel a erzeugt, Regeleinrichtungen
(16, 17) für den Wert dieses Winkels a, Führungseinrichtungen (223, 221, 25, 23, 22,
21, 24), die es erlauben, die Drehung dieses Werkzeugs (6) und dieser Kolonne an ihrem
unteren Ende (201) um diese Achsen (203, 202) relativ zur Umlenkeinrichtung (208)
zu ermöglichen, sowie Einrichtungen (12) zur Regelung der polaren Lage dieser Umlenkeinrichtung
relativ zu dieser zweiten Achse.
2. Anordnung nach Anspruch 1, in Anwendung auf den Fall einer von der Oberfläche ausgeführten
Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtungen für die polare Stellung
dieser Umlenkeinrichtung eine fest mit der Umlenkeinrichtung verbundene Meßsonde (12)
umfassen, wobei die Sonde im Winkel relativ zu dieser markiert wird und eine zweite
Kolonne (10), die sog. polare Richtkolonne aufweisen, die orientierungsfest mit diesem
Deflektor ist und bis an die Oberfläche aufsteigt, wobei der untere Teil dieser Richtkolonne
flexibel ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, in Anwendung auf den Fall, wo die Umlenkeinrichtung
elektrisch ferngesteuert ist und wo die Sonde elektrische Signale liefert, dadurch
gekennzeichnet, daß die polare Richtkolonne (10) in ihrer Mitte einen elektrischen
Leiter (18) aufweist, der so ausgebildet ist, daß er die Meßsignale von der Sonde
gegen die Oberfläche und die Fernsteuersignale von der Oberfläche zur Umlenkeinrichtung
überträgt.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnahmekolonne einen
unteren flexiblen Teil (11) aufweist, deren unteres Ende verlängert ist durch eine
flexible Verlängerung, die an diesem Werkzeug (6) befestigt ist und daß dieser flexible
Teil der Kolonne koaxial und außerhalb des flexiblen Querschnitts der polaren Richtkolonne
(10) ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mitnahmekolonne (11,
211) sowie diese polare Richtkolonne (10) je einen im wesentlichen steifen Teil umfassen
und daß diese steifen Teile koaxial und mit der Oberfläche verbunden sind, wobei der
steife Teil der ersten Kolonne an der Oberfläche mit einem Drehkopf (42) verbunden
ist.
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mitnahmekolonne (11)
mit einem Bodenmotor (66) verbunden ist.
7. Anordnung nach anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Bodenmotor (66) ein
mehrkammeriger volumetrischer Schraubenmotor ist, dessen drehbares Außengehäuse (67)
mit dieser Mitnehmerantriebskolonne (11) verbunden ist und dessen sich nicht drehendes
Innengehäuse (68) an seinem unteren Teil fest bezüglich der flexiblen Richtkolonne
(72) und in seinem oberen Teil des oberen steifen Teils (69, 70) fest bezüglich der
polaren Richtkolonne ausgebildet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Teil der Mitnehmerkolonne
(11) eine völlig glatte Innenwand und eine Außenwand aufweist, die mit wenigstens
einer schraubenförmig gewickelten Rippe (33) versehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Umlenkeinrichtung
(8) zwei Gehäuse (29, 30) aufweist, welche bezüglich einander um eine Achse oder ein
Drehgelenk (16) gelenkig sind, wobei das obere Gehäuse (29) eine Verlängerung der
Meßsonde (12) und der Richtkolonne (10) bildet und das untere Gehäuse (30) die Schwenkgelenke
(23 und 25) zur Drehung des Bohrwerkzeugs (6) lagert und Einrichtungen (17) so ausgelegt
sind, daß sie den zwischen den beiden Gehäusen aufgebauten Winkel regeln.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Regeleinrichtungen
für den Winkel, der zwischen den beiden Gehäusen hergestellt ist, einen Schraubstellzylinder
(17) umfassen, der die Entfernung zwischen einem ersten zum unteren Gehäuse gehörenden
Punkt und einem zweiten zum oberen Gehäuse gehörenden Punkt einstellt.
11. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde (12) im Inneren
eines Zentrierungsmoduls (14) angeordnet ist, der so ausgelegt ist, daß er die Längsachse
der Sonde im wesentlichen parallel zur mittleren Achse des Bohrlochs auf seinem Niveau
hält.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde im Inneren
eines zentrierenden Innengehäuses (14) angeordnet ist, das nach oben fest mit der
Basis der flexiblen Richtkolonne (10) und nach unten fest bezüglich des oberen Gehäuses
(29) der Umlenkeinrichtung (8) ist, daß der zentrierende Innenkörper (14) mit seiner
Achse im Inneren des zentrierenden Innenkörpers (15) gelagert ist, der zentriert und
ausgerichtet ist im Bohrloch über untere und obere Zentrierungsschuhe (115 und 116),
wobei das zentrierende Außengehäuse (15) im oberen Teil des flexiblen Hauptfu- ßes
(11), dem unteren Teil der Mitnehmerkolonne und im unteren Teil mit dem Bohrwerkzeug
(6) über ein Zwischenmitnehmerstück fest ist, das eine flexible Drehkupplung (9) umfaßt.
13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Zentrieren und Austrichten
des inneren Zentriergehäuses (14) im Inneren des äußeren Zentriergehäuses (15) und
die Zentrierung des Mitnehmerzwischenstücks um untere (30) und obere (29) Gehäuse
der Umlenkeinrichtung (8) sichergestellt sind durch wenigstens drei radiale Schwenklagerungen
(23, 22, 21).
14. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung wirkenden.
Schub- oder Zugk:äfte zwischen der flexiblen Schlauchhauptanurdnung (11), dem unteren.
Teil der Mitnehmerbohrkolonne, und dem Bohrwerkzeug (6y-vermittels des mittigen Kerns
übertragen werden, der gebildet wird durch das zentrierende Innengehäuse (14), die
Umlenkeinrichtung (8) und zwei axiale Schwenklager (25, 24) am Kopf und am Fuß dieses
zentralen Kerns.
15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete Leitungen
am Fuß der flexiblen Schlauchhauptanordnung (11), dem unteren Teil der Mitnehmerkolonne,
sowie eine Isolation durch flexiblen Balgen (28) um die Umlenkeinrichtung dafür sorgen,
daß zwischen den Köpfen des zentrierenden Moduls und dem Werkzeug die Zirkulation
des Bohrschlamms einzig im mittigen Teil der Vorrichtung vor sich geht und daß sämtliche
radialen und axialen Schwenklagerungen (21, 22, 23, 24 und 25) in sauberer (20) und
von Öl geschmierter Umgebung arbeiten.
16. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Oberflächenorientierung
(43) der Richtkolonne.