CA1128769A - Dispositif de mesure des contraintes s'appliquant a une garniture de forage en service - Google Patents
Dispositif de mesure des contraintes s'appliquant a une garniture de forage en serviceInfo
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Abstract
Dispositif de mesure des contraintes appliquées à une garniture de forage. Il comporte des moyens de mesure associés à un organe élastique reliant deux conduits adjacents qui se raccordent respectivement à une section supérieure et à une section inférieure de la garniture de forage. Un manchon protège l'organe déformable contre la pression radiale externe. Selon l'invention les conduits ont sensiblement même diamètre externe à leurs extrémités adjacentes, et le manchon et l'un des conduits constituent les parois latérales d'un espace annulaire dans lequel est logé un piston annulaire intermédiaire limité par des éléments annulaires formant les parois d'extrémité dudit espace. Les éléments annulaires sont solidaires d'une première desdites parois latérales et coulissent sur la seconde paroi, tandis que le piston est solidaire de la seconde paroi et coulisse sur la première. Le piston sépare deux chambres annulaires dont l'une communique avec l'espace extérieur à la garniture et l'autre avec l'espace intérieur. Les sections droites annulaires efficaces des chambres de part et d'autre du piston sont choisies en fonction des valeurs du plus petit diamètre de l'espace annulaire aux niveaux respectifs des parois d'extrémité de cet espace, de façon à éliminer sensiblement toute contrainte axiale pouvant résulter d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture.
Description
7~9 I.a presen~e invention concerne un nouveau dispositif de mesure des contraintes s'appliquant à une garniture de forage en service, c'est-à-dire à l'ensemble situé au fond du puit~ fore qui comprend le trepan, éventuellement le moteur de fond le surmontant et les masses-tiges.
On connaît déjà des dispositifs de ce type par le brevet fran~ais n 2 041 342 et par le brevet U.S. n~ 3 855 853.
Ces dispositifs comprennent des moyens de mesure constitues par des jauges de contraintes, ces moyens étant fixés à au moins un organe élastiquement déformable sous l'ef~et des contraintes~ou corps d'épreuve (manchon métallique d'épaisseur relativement faible), qui relie deux conduits se raccordant respectivement à une section `~
supérieure et à une section inférieure de la garniture de forage.
Un manchon solidaire d'un desdits conduits protege l'orga-ne déforma~le contre la pression radiale et des moyens de sécurité
limitent le déplacement relatif desdits conduits sous l'effet des contraintes appliquées à la garniture de foraye, afin d'éviter la détérioration, ou la rup-ture, de l'organe déformable sous l'effet d'un accroissement momentané des contraintes appliquées.
Ces dispositifs antérieurs sont cependant soumis à des contraintes longitudinales importantes dues à la pression hydrosta-tique de la boue de forage et a un effet de pistonnage du au rétré-cissement de la section d'écoulement du fluide de forage (effet cle fond).
. ~,.
Par exemple t si dans un outil de diametre nominal 9 1/2 pouces, aucune précaution n'a été prise pour éliminer ces effets, on peut avoir avec 600 bars de pression hydrostatique, une force axiale de compression de 70 tonnes sur le corps d'épreuve, alors que l'on veut mesurer des forces de 0 à 40 tonnes. De même, la force due à l'effet de fond, quand une pression differentielle de 200 bars s'exerce entre l'interieur de l'o~til et llexterieur, .
peut atteindre une force axiale de traction de 20 tonnes ou une ~`
force compressionnelle axiale de 20 tonnes si la pression exterieure est supérieure ~ la pression intérieure de 200 bars.
Les mesures effectuees par le corps d'épreuve dans ces ~,:
: . , ., ,: , : ., ~LZ~76~
condi~ions doivent être corrigées de valeurs largement superieures à la plage de mesure. Ces corrections ne peuvent être faites que si les pressions sont connues avec precision7 sinon, aucune mesure valable ne peut être faite.
L'objet de l'invention est, par suite, de realiser un dis-positif de mesure du type indique qui ne soit pas soumis à des con-traintes longitudinales dues à la pression hydrostatique et à l'effet ~;~
de fond.
L'invention permet donc la reduction de la section utile du corps d'epreuve au minimum afin d'obtenir la sollicication ma- ~
ximale des capteurs de mesure et d'obtenir ainsi la sensibilite ma- ~ -ximale.
- L'invention est illustree par les figures annexees où :
- la figure 1 illustre un exemple de realisation de l'invention, - la figure 2 represente, en vue partielle, une variante de ce mode de realisation, - la figure 3 illustre un autre mode de realisation pouvant notam-ment convenir à des garnitures de forage de petit diamètre~
Sur la figure 1, illustrant à gauche la partie superieure et à droite la partie inferieure d'un premier mode de realisation de l'invention, la reference 1 designe un organe deformable sous ;
l'effet des contraintes appliquees à la conduite de forage, cet or-gane etant, par exemple, constitue par un tube metallique dont une partie au moins (la partie 1 a sur la figure 1) est d'epaisseur ré-duite de manière à être relativement deformable sous l'action de contraintes de traction, de compression et/ou de torsion s'exerçant sur la garniture de forage.
Les deformations de cet organe peuvent être detectees par ;~
des-jauges de contraintes 2 pouvant être d'un type connu et compre-nant, par exemple, des jauges disposees parallèlement à l'axe dudispositif pour la mesure des contraintes de traction et de compres-sion et des jauges perpendiculaires aux precedentes, pour mesurer les contraintes de torsion. Ces jauges sont reliees electriquement en 3 à des circuits electroniques 4 auxquels sont egalement connec-:
t~s d'autres capteurs mesurant d'autres paramè-tres au fond du puits Poré, par exemple le caoteur 5 mesurant la temperature et les cap-teurs 6 a et 6 b mesurant respectivement la pression à l'exterieur et à l'interieur de la garniture de forage. Les mesures de ces di-" vers capteurs sont transmises des circuits 4 jusqu'à la surface par l'intermediaire du cable 7 relie à une fiche coaxiale 8.
Dans le cas o~ la conduite de forage est une conduite fle-xible à laquelle sont incorpores des conducteurs de transmission d'information, la fiche ~ peut être raccordee à l'un au moins de ces conducteurs.
Le dispositif peut aussi être relie à un système de trans-mission par impulsions de pression dans la boue de forage ou ~ tout autre système de transmission. Dans ce cas, des circuits electroni-ques appropries traitent les informations pour les rendre compati-bles avec ledit système de transmission.
L'alimentation des circuits electriques 4 en énergie elec- ;
trique pourra être réalisee c~ partir ~e batteries plac~es au fond ou par l'intermediaire de conducteurs relies à la surface du puits fore, ou bien le dispositif sera alimente en energie par le systeme de transmission.
:
L'organe d~formable 1 relie deux conduits adjacents 9 et 10 auxquels il est, par exemple, fixé par des clavettes 11 et 1~.
Un manchon externe 14, rendu solidaire du conduit 10 par tout moyen approprie, par exemple des clavettes 15 et ecrou 15 a, prot~ge l:or-gane deformable 1 contre la pression radiale externe. Le conduit 9 se raccorde par le filetage 9 a à une section inferieure de la gar-niture de forage et un embout 14 a du manchon 14, solidaire du con-duit 10 se raccorde par le filetage 14 c à une section superieure de cette garniture. Le fluide de ~orage peut s'ecouler dans ]es ~ 30 conduits 9 et 10 ~flèche), à travers des canaux tels que le canal - 13 menage dans le conduit 10.
Des joints annulaires isolent de la boue de forage la par-tie 1 a de faible epaisseur de l'organe deformable 1.
Des moyens de securite limitent l'amplitude du deplacement relatif des conduits 9 et 10 sous l'effet des contraintes appli~uees à la garniture de forage, afin d'empêcher la rupture de l'organe 76~
déformable 1, qui pourrait résulter de valeurs accidentellement éle-vées des contraintes (au-del~ de la gamme de mesure).
Dans les exemples de réalisation illustrés, ces moyens de sécurité sont constitués par des galets 16, 17 fixés à un embout 14 b du manchon 14 et traversant des boutonnières ou fentes 16 a ou une gorge 17 a, dont chacune offre aux galets qui les traversent : :
un jeu limité dans au moins une direction ~les boutonnières peuvent être circulaires, avec un diamètre supérieur à celui des galets 16 et 17, ou être ovalisées dans une direction).
Ces moyens permettent à l'organe 1 d'avoir des deformations limitées dans plusieurs directions correspondant aux différentes contraintes ~traction, compression, torsion) appliquées à la garni-ture de forage.
~.
Lorsque la limite de déformation fixée pour l'organe 1 est atteinte, l'un au moins des galets 16, 17 vient en butée con-tre le bord d'une boutonnière dont le profil a été déterminé suivant la valeur-limite admise pour la déformation de l'élément sensible sous l'effet des contraintes, dans chaque direction de celle-ci.
On fixera, par exemple, cette limite à ~0 tonnes pour des efforts de traction et ~ 1 000 mkg pour des couples de torsi.on s'exer~ant sur la garniture de forage, ces valeurs n'étant, bien entendu~ donnees qu'à titre d'ordres de grandeur.
Lorsque la limite est atteinte, le conduit 9 prend en char-ge une partie des efforts que subissait jusgu'alors le seul organe déformable 1~ .
D'autres moyens de sécurité peuvent être utilisés pour re-lier avec un jeu limité l'organe déformable 1 au conduit 9, par exemple des filetages carrés complémentaires ayant entre eux un certai.n jeu.
Dans les différents modes de réalisation illustrés, le conduit 9 présente au voisinage de l'extrémite 18 du conduit 10 une première portion de paroi cylindrique ayant sensiblement meme diamètre externe (correspondant à la section Sl) que le conduit ~.0 au voisinac~e de son extremité 18 (section SO du conduit 10).
~LlZ~76~
Cette egalite de section supprime toute force axiale pou-vant resulter de la pression hydrostatique agissant sur les extré-mites adjacentes des conduits 9 et 10 du dispositif. En effet, le volume 1 a soumis à la pression atmosphérique qui contient ~es cir-cuits électroniques 4 et le corps d'épreuve 1 ne possède aucune section transversale exposée à la pression hydrostatique, ce qui élimine tout effet de piston ou vérin. Les poussées radiales sont contenues par les parties cylindriques des pièces 1, 9, 10, 14 et les poussées axiales par la section au niveau de l'écrou 15 a en haut et par la paroi annulaire 20 en bas, toutes parties solidaires de la meme piece 14. Par ailleurs, le dispositif selon l'invention supprime l'influence sur les mesures de l'organe de l'inévitable ;~
réduction de sec-tion d'écoulement à l'extrémité inférieure de la garniture de forage a laquelle est raccordée le trépan et éventuel-lement un moteur de fond entrainant celui-ci, cette réduction de section se traduisant normalement (compte-tenu de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture de forage) par une poussée axiale diri~ée vers le bas, que l'invention compense par la disposition qui va être décrite ci-dessous.
Le manchon 14 forme avec le conduit 9 les parois latérales d'un espace annulaire limité par deux éléments annulaires 20 et 21 qui constituent les paro.is d'extrémité de cet espace annulaire.
:.
L'un de ces éléments, l'élément 20, est situé au niveau de la premi~re portion cylindrique 19 du conduit 9 et l'autre element, l'elément 21, est situe au niveau d'une seconde portion de paroi c~lindrique 22 de section externe S2 du conduit 9. L'element annu- ~;
laire 20 est fixé au manchon 14 en 23 et permet le coulissement de la première portion de paroi externe 19 du conduit 9.
L'élément annulaire 21 est fixé au manchon 14 par le file-ta~e 24 et permet le coulissement de la seconde portion de paroi externe 22 du conduit 9.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, l'es-pace annulaire entre les élements 20 et 21 est divise par le piston annulaire 25 en une première chambre annulaire 26 en communication avec l'extérieur de la garniture de forage ~ travers au moins un orifice 27 et en une seconde chan~re annulaire 28 en communication avec l'intérieur de la ~arniture à travers au moins un orifice 29.
.; ~
21~7~
Dans l'exemple cle la figure 1, le piston annulaire 25 est connecté au conduit 9 par le filetage 25 a et peut coulisser de ~a~
~on étanche à l'interieur du manchon 14.
Par ailleurs, si l'on designe par S la section interne du.
manchon 14 au niveau du piston 25, l'alre sl = S - Sl de la section droite-efficace de la première chambre annulaire 26 au niveau.du .sommet du piston 25 est, par construction, sensiblement egale a l'aire (S2) de la section droite externe de la seconde portion de paroi cylindrique 22 du conduit 9 et l'aire s2 = S - S2 de la sec-tion droite efficace de la seconde chambre annulaire 28 est sensi- , blement égale a l'aire (Sl) de la section droite externe de la pre-- :
miere portion de paroi cylindrique 19 du conduit 9.
Les effets de cet agencement sont les suivants : ~.
ler cas : la pression a l'intérieur de la ~arniture de forage est supérieure à la pression Pe à l'extérieur de cette qarni-ture.
' .
Compte tenu de la réduction de la section d'ecoulement du fluide de forage à la partie inférieure de la garniture de forage, due ~ la présence du trépan (éventuellement surmont~. d'un moteur de fond), une force verticale dirigée vers le bas, de valeur (Pi - Pe) x S
est appliquée au conduit 9.
A cette force sloppose une force verticale dirigée vers le haut, de valeur .
appliquée au piston 25.
Ces deux forces appliquées aux pieces solidai~es 9 et 25 se compensent, puisque s2 = Sl.
2ème cas : la pression à l'extérieur de la garniture de forage Pe est supérieure à la pression Pi à l'intérieur de cette garniture.
~Z~769 ~
Il en résulte une force verticale dirigee vers le haut, de valeur : -,, (Pe - Pi3 x S2 appliquée au conduit 9.
A cette force s'oppose une force verticale dirigée vers le bas, de valeur :
(Pe - Pi) x s appliquée au piston 25.
Ces deux forces appliquées aux mêmes p1èces solidaires 9 et 25 se compensent, puisque sl = S2.
Llagencement de la figure 1 permet donc de compenser l'ef-fet sur l'organe déformable 1~ de la pression différentielle entre l'interieur et l'extérieur de la garniture de forage.
Il convient de noter ~ue dans ce mode de réalisation de ~.
la figure 1, on a l'égalité :
Sl + 51 = S2 + S2' La figure 2 represente, en vue partielle, une variante du mode de réalisation précédent, comportant un certain nombre de ~-~
modif1cations. ~ :
20Tout dlabord, les éléments annulaires 20 et 21 du mode de :~
réalisation précédent sont remplacés par des éléments 20 a et 21 a : :
- respectivement, qui, cette fois, sont solidaires du conduit 9 (fi-letages 30 et 31 respectivement) et peuvent coulisser le long de la paroi interne du manchon 14 et la disposition des chambres annulai-res 26 (en communication avec l'extérieur de la garniture de forage) .:~
et 28 (en communication avec l'intérieur), est inversée par rapport au piston annulaire 25. Ce dernier est ici solidaire du manchon 14 ~
et permet le coulissement du conduit 9. `~ -Par ailleurs, du côté de l'élément 21 a opposé à la chambre ,. ..
8~76~ ~
26 est ménagee une chambre annulaire 32 contenant de l'air à la pression atmosphérique, cette chambre etant limitee par un piston annulaire 33 qui la separe d'une autre chambre annulaire, la chambre 34, communiquant par l'orifice 35 avec l'exterieur de la garniture de forage.
Dans le mode de realisation illustre par la figure 2, on ` ~:
soustrait l'organe deformable 1 ~ l'influence de la.pression hydro- -~
statique et de la pression differentielle entre l'interieur et l'ex-terieur de la garniture de forage en construisant le dispositif de façon que :
S -- S
et .Sl x Pi = 52 x Pi .
S2 x Pe = 51 x Pe ce qui implique :
Sl = S2 - Sl S2 La figure 3 illustre un autre mode de réalisation qui se distingue de celui de la figure 1, par le dedoublement des chambres annulaires 26 et 28 (chambres annulaires 26 a et 26 b de sections annulaires efficaces sl et s'l respectivement, communiquant avec ~ -l'exterieur de la garniture de forage et chambres annulaires 28 a et 28 b de sections annulaires efficaces s2 et s'2 respectivement~
communiquant avec l'interie~r de la garniture).
Les chambres annulaires 26 a et 28 a sont menagees de part et d'autre du piston 25 et les chambres annulaires 26 b et 28 sont menagees de part.et d'autre d'un autre piston annulaire 36, qui est dispose entre le piston annulaire 20 a et l'element annulaire 21, et lie au conduit 9 par le filetage 36 a. Un piston 37, lie au manchon 1~ et permettant le coulissement du conduit 9, separe la chambre 28 a de la chambre 28 b.
Dans ce mode de realisation, la compensation des effets de la pression hydrostatique et de la pression differentielle entre l'intérieur et l'e~terieur de la garniture de forage est obtenue en ~.~LZ~76~ ~
construisant le dispositif de fa~on que :
s2 S'2 = S
., , ' .
51 = s'1 = 53- .
Ce mode de réalisation peut, en particulier, être intéres~
sant dans le cas de garnitures de forage de faible diamètre, la double condition ci-dessus étant alors plus facile à réaliser que les deux conditions ~-S2 = Sl et sl S2 attachées au mode de réalisation illustré par la figure 1. -~
~ .
.,~: . .
- '~,';
- ~,.
:'"', ~;
, ' ' '''~ ~ '.
... .. ..... . .. . ~ . .
On connaît déjà des dispositifs de ce type par le brevet fran~ais n 2 041 342 et par le brevet U.S. n~ 3 855 853.
Ces dispositifs comprennent des moyens de mesure constitues par des jauges de contraintes, ces moyens étant fixés à au moins un organe élastiquement déformable sous l'ef~et des contraintes~ou corps d'épreuve (manchon métallique d'épaisseur relativement faible), qui relie deux conduits se raccordant respectivement à une section `~
supérieure et à une section inférieure de la garniture de forage.
Un manchon solidaire d'un desdits conduits protege l'orga-ne déforma~le contre la pression radiale et des moyens de sécurité
limitent le déplacement relatif desdits conduits sous l'effet des contraintes appliquées à la garniture de foraye, afin d'éviter la détérioration, ou la rup-ture, de l'organe déformable sous l'effet d'un accroissement momentané des contraintes appliquées.
Ces dispositifs antérieurs sont cependant soumis à des contraintes longitudinales importantes dues à la pression hydrosta-tique de la boue de forage et a un effet de pistonnage du au rétré-cissement de la section d'écoulement du fluide de forage (effet cle fond).
. ~,.
Par exemple t si dans un outil de diametre nominal 9 1/2 pouces, aucune précaution n'a été prise pour éliminer ces effets, on peut avoir avec 600 bars de pression hydrostatique, une force axiale de compression de 70 tonnes sur le corps d'épreuve, alors que l'on veut mesurer des forces de 0 à 40 tonnes. De même, la force due à l'effet de fond, quand une pression differentielle de 200 bars s'exerce entre l'interieur de l'o~til et llexterieur, .
peut atteindre une force axiale de traction de 20 tonnes ou une ~`
force compressionnelle axiale de 20 tonnes si la pression exterieure est supérieure ~ la pression intérieure de 200 bars.
Les mesures effectuees par le corps d'épreuve dans ces ~,:
: . , ., ,: , : ., ~LZ~76~
condi~ions doivent être corrigées de valeurs largement superieures à la plage de mesure. Ces corrections ne peuvent être faites que si les pressions sont connues avec precision7 sinon, aucune mesure valable ne peut être faite.
L'objet de l'invention est, par suite, de realiser un dis-positif de mesure du type indique qui ne soit pas soumis à des con-traintes longitudinales dues à la pression hydrostatique et à l'effet ~;~
de fond.
L'invention permet donc la reduction de la section utile du corps d'epreuve au minimum afin d'obtenir la sollicication ma- ~
ximale des capteurs de mesure et d'obtenir ainsi la sensibilite ma- ~ -ximale.
- L'invention est illustree par les figures annexees où :
- la figure 1 illustre un exemple de realisation de l'invention, - la figure 2 represente, en vue partielle, une variante de ce mode de realisation, - la figure 3 illustre un autre mode de realisation pouvant notam-ment convenir à des garnitures de forage de petit diamètre~
Sur la figure 1, illustrant à gauche la partie superieure et à droite la partie inferieure d'un premier mode de realisation de l'invention, la reference 1 designe un organe deformable sous ;
l'effet des contraintes appliquees à la conduite de forage, cet or-gane etant, par exemple, constitue par un tube metallique dont une partie au moins (la partie 1 a sur la figure 1) est d'epaisseur ré-duite de manière à être relativement deformable sous l'action de contraintes de traction, de compression et/ou de torsion s'exerçant sur la garniture de forage.
Les deformations de cet organe peuvent être detectees par ;~
des-jauges de contraintes 2 pouvant être d'un type connu et compre-nant, par exemple, des jauges disposees parallèlement à l'axe dudispositif pour la mesure des contraintes de traction et de compres-sion et des jauges perpendiculaires aux precedentes, pour mesurer les contraintes de torsion. Ces jauges sont reliees electriquement en 3 à des circuits electroniques 4 auxquels sont egalement connec-:
t~s d'autres capteurs mesurant d'autres paramè-tres au fond du puits Poré, par exemple le caoteur 5 mesurant la temperature et les cap-teurs 6 a et 6 b mesurant respectivement la pression à l'exterieur et à l'interieur de la garniture de forage. Les mesures de ces di-" vers capteurs sont transmises des circuits 4 jusqu'à la surface par l'intermediaire du cable 7 relie à une fiche coaxiale 8.
Dans le cas o~ la conduite de forage est une conduite fle-xible à laquelle sont incorpores des conducteurs de transmission d'information, la fiche ~ peut être raccordee à l'un au moins de ces conducteurs.
Le dispositif peut aussi être relie à un système de trans-mission par impulsions de pression dans la boue de forage ou ~ tout autre système de transmission. Dans ce cas, des circuits electroni-ques appropries traitent les informations pour les rendre compati-bles avec ledit système de transmission.
L'alimentation des circuits electriques 4 en énergie elec- ;
trique pourra être réalisee c~ partir ~e batteries plac~es au fond ou par l'intermediaire de conducteurs relies à la surface du puits fore, ou bien le dispositif sera alimente en energie par le systeme de transmission.
:
L'organe d~formable 1 relie deux conduits adjacents 9 et 10 auxquels il est, par exemple, fixé par des clavettes 11 et 1~.
Un manchon externe 14, rendu solidaire du conduit 10 par tout moyen approprie, par exemple des clavettes 15 et ecrou 15 a, prot~ge l:or-gane deformable 1 contre la pression radiale externe. Le conduit 9 se raccorde par le filetage 9 a à une section inferieure de la gar-niture de forage et un embout 14 a du manchon 14, solidaire du con-duit 10 se raccorde par le filetage 14 c à une section superieure de cette garniture. Le fluide de ~orage peut s'ecouler dans ]es ~ 30 conduits 9 et 10 ~flèche), à travers des canaux tels que le canal - 13 menage dans le conduit 10.
Des joints annulaires isolent de la boue de forage la par-tie 1 a de faible epaisseur de l'organe deformable 1.
Des moyens de securite limitent l'amplitude du deplacement relatif des conduits 9 et 10 sous l'effet des contraintes appli~uees à la garniture de forage, afin d'empêcher la rupture de l'organe 76~
déformable 1, qui pourrait résulter de valeurs accidentellement éle-vées des contraintes (au-del~ de la gamme de mesure).
Dans les exemples de réalisation illustrés, ces moyens de sécurité sont constitués par des galets 16, 17 fixés à un embout 14 b du manchon 14 et traversant des boutonnières ou fentes 16 a ou une gorge 17 a, dont chacune offre aux galets qui les traversent : :
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Ces moyens permettent à l'organe 1 d'avoir des deformations limitées dans plusieurs directions correspondant aux différentes contraintes ~traction, compression, torsion) appliquées à la garni-ture de forage.
~.
Lorsque la limite de déformation fixée pour l'organe 1 est atteinte, l'un au moins des galets 16, 17 vient en butée con-tre le bord d'une boutonnière dont le profil a été déterminé suivant la valeur-limite admise pour la déformation de l'élément sensible sous l'effet des contraintes, dans chaque direction de celle-ci.
On fixera, par exemple, cette limite à ~0 tonnes pour des efforts de traction et ~ 1 000 mkg pour des couples de torsi.on s'exer~ant sur la garniture de forage, ces valeurs n'étant, bien entendu~ donnees qu'à titre d'ordres de grandeur.
Lorsque la limite est atteinte, le conduit 9 prend en char-ge une partie des efforts que subissait jusgu'alors le seul organe déformable 1~ .
D'autres moyens de sécurité peuvent être utilisés pour re-lier avec un jeu limité l'organe déformable 1 au conduit 9, par exemple des filetages carrés complémentaires ayant entre eux un certai.n jeu.
Dans les différents modes de réalisation illustrés, le conduit 9 présente au voisinage de l'extrémite 18 du conduit 10 une première portion de paroi cylindrique ayant sensiblement meme diamètre externe (correspondant à la section Sl) que le conduit ~.0 au voisinac~e de son extremité 18 (section SO du conduit 10).
~LlZ~76~
Cette egalite de section supprime toute force axiale pou-vant resulter de la pression hydrostatique agissant sur les extré-mites adjacentes des conduits 9 et 10 du dispositif. En effet, le volume 1 a soumis à la pression atmosphérique qui contient ~es cir-cuits électroniques 4 et le corps d'épreuve 1 ne possède aucune section transversale exposée à la pression hydrostatique, ce qui élimine tout effet de piston ou vérin. Les poussées radiales sont contenues par les parties cylindriques des pièces 1, 9, 10, 14 et les poussées axiales par la section au niveau de l'écrou 15 a en haut et par la paroi annulaire 20 en bas, toutes parties solidaires de la meme piece 14. Par ailleurs, le dispositif selon l'invention supprime l'influence sur les mesures de l'organe de l'inévitable ;~
réduction de sec-tion d'écoulement à l'extrémité inférieure de la garniture de forage a laquelle est raccordée le trépan et éventuel-lement un moteur de fond entrainant celui-ci, cette réduction de section se traduisant normalement (compte-tenu de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture de forage) par une poussée axiale diri~ée vers le bas, que l'invention compense par la disposition qui va être décrite ci-dessous.
Le manchon 14 forme avec le conduit 9 les parois latérales d'un espace annulaire limité par deux éléments annulaires 20 et 21 qui constituent les paro.is d'extrémité de cet espace annulaire.
:.
L'un de ces éléments, l'élément 20, est situé au niveau de la premi~re portion cylindrique 19 du conduit 9 et l'autre element, l'elément 21, est situe au niveau d'une seconde portion de paroi c~lindrique 22 de section externe S2 du conduit 9. L'element annu- ~;
laire 20 est fixé au manchon 14 en 23 et permet le coulissement de la première portion de paroi externe 19 du conduit 9.
L'élément annulaire 21 est fixé au manchon 14 par le file-ta~e 24 et permet le coulissement de la seconde portion de paroi externe 22 du conduit 9.
Dans le mode de réalisation illustré par la figure 1, l'es-pace annulaire entre les élements 20 et 21 est divise par le piston annulaire 25 en une première chambre annulaire 26 en communication avec l'extérieur de la garniture de forage ~ travers au moins un orifice 27 et en une seconde chan~re annulaire 28 en communication avec l'intérieur de la ~arniture à travers au moins un orifice 29.
.; ~
21~7~
Dans l'exemple cle la figure 1, le piston annulaire 25 est connecté au conduit 9 par le filetage 25 a et peut coulisser de ~a~
~on étanche à l'interieur du manchon 14.
Par ailleurs, si l'on designe par S la section interne du.
manchon 14 au niveau du piston 25, l'alre sl = S - Sl de la section droite-efficace de la première chambre annulaire 26 au niveau.du .sommet du piston 25 est, par construction, sensiblement egale a l'aire (S2) de la section droite externe de la seconde portion de paroi cylindrique 22 du conduit 9 et l'aire s2 = S - S2 de la sec-tion droite efficace de la seconde chambre annulaire 28 est sensi- , blement égale a l'aire (Sl) de la section droite externe de la pre-- :
miere portion de paroi cylindrique 19 du conduit 9.
Les effets de cet agencement sont les suivants : ~.
ler cas : la pression a l'intérieur de la ~arniture de forage est supérieure à la pression Pe à l'extérieur de cette qarni-ture.
' .
Compte tenu de la réduction de la section d'ecoulement du fluide de forage à la partie inférieure de la garniture de forage, due ~ la présence du trépan (éventuellement surmont~. d'un moteur de fond), une force verticale dirigée vers le bas, de valeur (Pi - Pe) x S
est appliquée au conduit 9.
A cette force sloppose une force verticale dirigée vers le haut, de valeur .
appliquée au piston 25.
Ces deux forces appliquées aux pieces solidai~es 9 et 25 se compensent, puisque s2 = Sl.
2ème cas : la pression à l'extérieur de la garniture de forage Pe est supérieure à la pression Pi à l'intérieur de cette garniture.
~Z~769 ~
Il en résulte une force verticale dirigee vers le haut, de valeur : -,, (Pe - Pi3 x S2 appliquée au conduit 9.
A cette force s'oppose une force verticale dirigée vers le bas, de valeur :
(Pe - Pi) x s appliquée au piston 25.
Ces deux forces appliquées aux mêmes p1èces solidaires 9 et 25 se compensent, puisque sl = S2.
Llagencement de la figure 1 permet donc de compenser l'ef-fet sur l'organe déformable 1~ de la pression différentielle entre l'interieur et l'extérieur de la garniture de forage.
Il convient de noter ~ue dans ce mode de réalisation de ~.
la figure 1, on a l'égalité :
Sl + 51 = S2 + S2' La figure 2 represente, en vue partielle, une variante du mode de réalisation précédent, comportant un certain nombre de ~-~
modif1cations. ~ :
20Tout dlabord, les éléments annulaires 20 et 21 du mode de :~
réalisation précédent sont remplacés par des éléments 20 a et 21 a : :
- respectivement, qui, cette fois, sont solidaires du conduit 9 (fi-letages 30 et 31 respectivement) et peuvent coulisser le long de la paroi interne du manchon 14 et la disposition des chambres annulai-res 26 (en communication avec l'extérieur de la garniture de forage) .:~
et 28 (en communication avec l'intérieur), est inversée par rapport au piston annulaire 25. Ce dernier est ici solidaire du manchon 14 ~
et permet le coulissement du conduit 9. `~ -Par ailleurs, du côté de l'élément 21 a opposé à la chambre ,. ..
8~76~ ~
26 est ménagee une chambre annulaire 32 contenant de l'air à la pression atmosphérique, cette chambre etant limitee par un piston annulaire 33 qui la separe d'une autre chambre annulaire, la chambre 34, communiquant par l'orifice 35 avec l'exterieur de la garniture de forage.
Dans le mode de realisation illustre par la figure 2, on ` ~:
soustrait l'organe deformable 1 ~ l'influence de la.pression hydro- -~
statique et de la pression differentielle entre l'interieur et l'ex-terieur de la garniture de forage en construisant le dispositif de façon que :
S -- S
et .Sl x Pi = 52 x Pi .
S2 x Pe = 51 x Pe ce qui implique :
Sl = S2 - Sl S2 La figure 3 illustre un autre mode de réalisation qui se distingue de celui de la figure 1, par le dedoublement des chambres annulaires 26 et 28 (chambres annulaires 26 a et 26 b de sections annulaires efficaces sl et s'l respectivement, communiquant avec ~ -l'exterieur de la garniture de forage et chambres annulaires 28 a et 28 b de sections annulaires efficaces s2 et s'2 respectivement~
communiquant avec l'interie~r de la garniture).
Les chambres annulaires 26 a et 28 a sont menagees de part et d'autre du piston 25 et les chambres annulaires 26 b et 28 sont menagees de part.et d'autre d'un autre piston annulaire 36, qui est dispose entre le piston annulaire 20 a et l'element annulaire 21, et lie au conduit 9 par le filetage 36 a. Un piston 37, lie au manchon 1~ et permettant le coulissement du conduit 9, separe la chambre 28 a de la chambre 28 b.
Dans ce mode de realisation, la compensation des effets de la pression hydrostatique et de la pression differentielle entre l'intérieur et l'e~terieur de la garniture de forage est obtenue en ~.~LZ~76~ ~
construisant le dispositif de fa~on que :
s2 S'2 = S
., , ' .
51 = s'1 = 53- .
Ce mode de réalisation peut, en particulier, être intéres~
sant dans le cas de garnitures de forage de faible diamètre, la double condition ci-dessus étant alors plus facile à réaliser que les deux conditions ~-S2 = Sl et sl S2 attachées au mode de réalisation illustré par la figure 1. -~
~ .
.,~: . .
- '~,';
- ~,.
:'"', ~;
, ' ' '''~ ~ '.
... .. ..... . .. . ~ . .
Claims (3)
1. Nouveau dispositif de mesure des contraintes appliquées à une garniture de forage, comportant des moyens de mesure associés à au moins un organe élastique reliant deux conduits adjacents qui se raccordent respectivement à une section supérieure et à une section inférieure de la garniture de forage, un manchon protégeant ledit organe déformable contre la pression radiale externe, caractérisé en ce que lesdits conduits ont sensiblement même diamètre externe à leurs extrémités adjacentes, et en ce que ledit manchon et l'un desdits conduits constituent les parois latérales d'un espace annulaire dans lequel est logé au moins un piston annulaire intermédiaire et qui est limité par des éléments annulaires formant les parois d'extrémité dudit: espace, lesdits éléments annulaires étant solidairès d'une première desdites parois latérales et coulissant sur la seconde paroi, tandis que ledit piston est solidaire de la seconde paroi et coulisse sur la première, ledit piston séparant deux chambres annulaires dont l'une communique avec l'espace extérieur à la garniture et l'autre avec l'espace intérieur, les sections droites annulaires efficaces desdites chambres de part et d'autre dudit piston étant choisies en fonction des valeurs du plus petit diamètre dudit espace annulaire aux niveaux respectifs desdites parois d'extrémité de cet espacer de façon à éliminer sensiblement toute contrainte axiale pouNant résulter d'une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il comporte un seul piston annulaire intermédiaire séparant deux chambres annulaires, la section droite efficace de chacune de ces chambres au voisinage dudit piston étant égale à la section droite externe dudit conduit constituant une paroi latérale dudit espace annulaire, mesurée au niveau de la paroi d'extrémité dudit espace annulaire située de l'autre côté du piston par rapport à ladite chambre.
en ce qu'il comporte un seul piston annulaire intermédiaire séparant deux chambres annulaires, la section droite efficace de chacune de ces chambres au voisinage dudit piston étant égale à la section droite externe dudit conduit constituant une paroi latérale dudit espace annulaire, mesurée au niveau de la paroi d'extrémité dudit espace annulaire située de l'autre côté du piston par rapport à ladite chambre.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'il comporte trois pistons annulaires intermédiaires séparant ledit espace annulaire en quatre chambres annulaires, les deux chambres situées de part et d'autre d'un même piston annulaire étant l'une en communication avec l'espace externe et l'autre avec l'espace interne de la garniture de forage.
la somme des aires des sections annulaires efficaces des chambres en communication avec l'espace externe étant sensiblement égale à l'aire de la section droite externe dudit conduit cons-tituant une paroi latérale dudit espace annulaire, mesurée au niveau de la paroi d'extrémité dudit espace, limitant une chambre annulaire en communication avec l'espace interne, et la somme des aires des sections annulaires efficaces des chambres en communication avec l'espace interne étant sensiblement égale à l'aire de la section droite externe dudit conduit mesurée au niveau de la paroi d'extrémité dudit espace limitant une chambre annulaire en communication avec l'espace externe de la garniture de forage.
en ce qu'il comporte trois pistons annulaires intermédiaires séparant ledit espace annulaire en quatre chambres annulaires, les deux chambres situées de part et d'autre d'un même piston annulaire étant l'une en communication avec l'espace externe et l'autre avec l'espace interne de la garniture de forage.
la somme des aires des sections annulaires efficaces des chambres en communication avec l'espace externe étant sensiblement égale à l'aire de la section droite externe dudit conduit cons-tituant une paroi latérale dudit espace annulaire, mesurée au niveau de la paroi d'extrémité dudit espace, limitant une chambre annulaire en communication avec l'espace interne, et la somme des aires des sections annulaires efficaces des chambres en communication avec l'espace interne étant sensiblement égale à l'aire de la section droite externe dudit conduit mesurée au niveau de la paroi d'extrémité dudit espace limitant une chambre annulaire en communication avec l'espace externe de la garniture de forage.
Applications Claiming Priority (2)
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