FR2827333A1 - Shock-absorber element for a drill string comprises abrasion resistant elastomer - Google Patents
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Abstract
Description
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DISPOSITIF AMORTISSEUR POUR UNE INSTALLATION DE FORAGE. SHOCK ABSORBER DEVICE FOR A DRILLING INSTALLATION.
La présente invention concerne un dispositif amortisseur pour une installation de forage présentant un train de tiges qui porte à son extrémité aval un outil de forage. The present invention relates to a damping device for a drilling installation having a drill string which carries at its downstream end a drilling tool.
Les trains de tiges d'une telle installation sont susceptibles d'être soumis à des vibrations verticales, torsionnelles et latérales. The rod trains of such an installation are likely to be subjected to vertical, torsional and lateral vibrations.
Ce phénomène peut apparaître rapidement et conduire à la détérioration, voire à la mise hors d'usage, de l'outil de forage ou d'autres équipements de fond, ce qui nécessite leur remplacement. This phenomenon can appear quickly and lead to the deterioration, or even the end of use, of the drilling tool or other equipment background, which requires replacement.
Aucune technique connue ne permet à ce jour d'apporter de solution à ce problème. No known technique to date can provide a solution to this problem.
Le Brevet des Etats-Unis US 4 958 692 (ANDERSON) concerne un stabilisateur pourvu de lames dont chacune forme une spirale. U.S. Patent No. 4,958,692 (ANDERSON) relates to a stabilizer provided with blades each of which forms a spiral.
Chaque lame est pourvue de billes libres en rotation, dont chacune présente un degré de liberté radial. Each blade is provided with free balls in rotation, each of which has a radial degree of freedom.
Un siège sur lequel s'appuie une bille est rappelé radialement vers l'extérieur par une rondelle Belleville. Les mouvements du siège de la bille créent une pression dans un puits à graisse, ce qui permet de contrôler le déplacement de la bille dans la direction radiale vers l'intérieur. A seat on which a ball is supported is biased radially outward by a Belleville washer. The movements of the ball seat create a pressure in a grease well, which makes it possible to control the movement of the ball in the radial direction towards the interior.
Ce stabilisateur à billes, dont les billes présentent un déplacement ommi-directionnel, permet de réduire les forces de frottement ainsi que le couple de forage. This ball stabilizer, whose balls have an ommi-directional displacement, makes it possible to reduce the friction forces as well as the drilling torque.
Il ne permet pas par contre de solutionner le problème posé. It does not allow to solve the problem.
Le Brevet des Etats-Unis US 4 162 619 (MAURER ENGENIEERING) concerne un dispositif permettant d'amortir des vibrations longitudinales radiales et torsionnelles, mais il s'agit de vibrations qui sont communiquées à un outil de forage par son système d'entraînement. Ce dispositif ne permet pas non plus d'apporter une solution au problème que propose de résoudre la présente invention. U.S. Patent No. 4,162,619 (MAURER ENGENIEERING) relates to a device for damping longitudinal radial and torsional vibrations, but it is vibrations that are communicated to a drilling tool by its drive system. This device also does not provide a solution to the problem that proposes to solve the present invention.
On notera subsidiairement que la demande de brevet français FR-2 757 562 au nom des Demanderesses, prévoit de munir un outil de forage d'amortisseurs de chocs. Ces amortisseurs de chocs sont constitués It will be noted in the alternative that the French patent application FR-2 757 562 in the name of the Applicants, provides to provide a drill tool shock absorbers. These shock absorbers consist of
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par des plots de petites dimensions qui sont disposés au voisinage des taillants de l'outil et qui ont pour fonction essentielle de protéger ceux-ci des chocs subis lors de la coupe. L'action de ces plots est très localisée et l'énergie qu'ils peuvent dissiper est trop faible pour avoir une influence notable sur les vibrations complexes auxquelles est soumis le train de tiges en amont de l'outil de coupe. Comme dans le cas du Brevet US 4 162 619, l'amortisseur n'agit que sur la contrainte subie par les outils de coupe. by small studs which are arranged in the vicinity of the cutting of the tool and whose essential function is to protect them from shocks suffered during cutting. The action of these pads is very localized and the energy they can dissipate is too low to have a significant influence on the complex vibrations to which the drill string is subjected upstream of the cutting tool. As in the case of US Pat. No. 4,162,619, the damper acts only on the stress experienced by the cutting tools.
L'idée de base de la présente invention est d'absorber au moins partiellement les vibrations latérales à l'aide d'un système d'amortissement des chocs, installé sur un tubage du train de tiges de forage. The basic idea of the present invention is to at least partially absorb the lateral vibrations by means of a shock absorbing system, installed on a casing of the drill string.
On évite ainsi les cas les plus critiques dans lesquels les outils et autres équipements peuvent être détruits. Ceci peut conduire avantageusement à une augmentation de la vitesse d'avancement de l'outil par rapport à une installation de forage de l'art antérieur dont le train de tiges n'est pas été équipé de tels moyens d'amortissement. Alternativement, il serait possible d'augmenter la durée de vie de l'outil de forage en maintenant la même vitesse de forage. This avoids the most critical cases in which tools and other equipment can be destroyed. This can advantageously lead to an increase in the forward speed of the tool compared to a drilling rig of the prior art whose drill string is not equipped with such damping means. Alternatively, it would be possible to increase the life of the drill bit by maintaining the same drilling speed.
L'invention concerne un dispositif amortisseur pour train de tiges de forage caractérisé en ce qu'il présente au moins un élément amortisseur au moins en partie en élastomère qui est disposé sur une face externe dudit dispositif amortisseur. The invention relates to a damping device for drill string characterized in that it has at least one damper element at least partly made of elastomer which is disposed on an outer face of said damping device.
La mise en oeuvre des propriétés d'amortissement de l'élastomère permet un amortissement efficace au moins des vibrations latérales. The implementation of the damping properties of the elastomer allows efficient damping of at least lateral vibrations.
Le dispositif amortisseur peut présenter au moins un élément amortisseur de forme cylindrique. The damping device may have at least one damping element of cylindrical shape.
Il peut présenter une pluralité d'éléments amortisseurs qui sont, par exemple, répartis selon la circonférence du dispositif amortisseur, ou bien encore disposés sur au moins une nervure. Cette nervure peut avoir un axe qui est parallèle à un axe longitudinal du dispositif amortisseur ou bien qui est incliné par rapport à celui-ci. It may have a plurality of damping elements which are, for example, distributed along the circumference of the damping device, or else arranged on at least one rib. This rib may have an axis which is parallel to a longitudinal axis of the damping device or which is inclined relative thereto.
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Un élément amortisseur peut être au moins en partie revêtu d'un élément protecteur par exemple en acier, en carbure de tungstène ou en un matériau incluant du diamant. A damping element may be at least partly coated with a protective element, for example steel, tungsten carbide or a material including diamond.
Un élément amortisseur peut être en élastomère résistant à l'abrasion, par exemple en un élastomère chargé. A damping element may be made of abrasion-resistant elastomer, for example a filled elastomer.
Un élément amortisseur peut comporter une pièce en élastomère qui présente au moins une inclusion constituée par une plaque métallique. A damping element may comprise an elastomer part which has at least one inclusion consisting of a metal plate.
Au moins un élément amortisseur peut être démontable, ce qui facilite la maintenance. Il peut comporter un ensemble démontable comportant par exemple un patin, un ou plusieurs éléments amortisseurs en élastomère solidaires du patin, ainsi qu'une pièce de protection. At least one damping element can be dismountable, which facilitates maintenance. It may comprise a removable assembly comprising for example a pad, one or more elastomer damping elements integral with the pad, and a protective piece.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif amortisseur comporte un palier ayant une partie interne qui est apte à permettre un montage du dispositif amortisseur sur une tige d'un train de tiges tout en assurant son découplage en rotation. According to a preferred embodiment, the damping device comprises a bearing having an inner portion which is adapted to allow mounting of the damping device on a rod of a drill string while ensuring its decoupling in rotation.
Le dispositif amortisseur peut comporter au moins un élément amortisseur hydraulique. Celui-ci peut comporter deux cavités contenant un fluide hydraulique tel qu'une graisse, ces cavités étant reliées par au moins un canal. The damping device may comprise at least one hydraulic damping element. This may comprise two cavities containing a hydraulic fluid such as a grease, these cavities being connected by at least one channel.
Avantageusement, un dit élément protecteur présente au moins un bord intérieur guidé par une pièce de guidage séparant les deux cavités. Advantageously, a said protective element has at least one inner edge guided by a guide piece separating the two cavities.
Le dispositif amortisseur selon l'invention est plus particulièrement destiné à être disposé sur un tubage d'un train de tiges, en particulier en répartissant plusieurs dispositifs amortisseurs le long du train de tiges. The damping device according to the invention is more particularly intended to be disposed on a casing of a drill string, in particular by distributing several damping devices along the drill string.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après, en liaison avec les dessins, dans lesquels : Other features and advantages of the invention will appear on reading the description below, in conjunction with the drawings, in which:
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les figures la, lb et 2 représentent en vue latérale trois variantes de l'invention, dont les figures 3 et 4 illustrent deux modes de réalisation en coupe transversale, - les figures 5 à 8 représentent des variantes d'éléments amortisseurs cylindriques selon l'invention, - les figures 9a, 9b, 10a et 10b illustrent des variantes d'un autre mode de réalisation de l'invention, - les figures 11 a et 11 b représentent respectivement en demi-coupe AA et coupe BB une autre variante de l'invention, - la figure 12 illustre un mode de réalisation de l'invention mettant en oeuvre des inclusions métalliques dans un élément amortisseur, - les figures 13a, 13b d'une part et, 14a et 14b d'autre part, illustrent deux modes de réalisation d'éléments amortisseurs démontables selon l'invention.
FIGS. 1a, 1b and 2 show in side view three variants of the invention, of which FIGS. 3 and 4 illustrate two embodiments in cross-section; FIGS. 5 to 8 represent variants of cylindrical damping elements according to FIG. FIGS. 9a, 9b, 10a and 10b illustrate variants of another embodiment of the invention; FIGS. 11a and 11b show respectively in half-section AA and section BB another variant of the invention; FIG. 12 illustrates an embodiment of the invention implementing metallic inclusions in a damping element, FIGS. 13a, 13b on the one hand and, 14a and 14b on the other hand, illustrating two modes. embodiment of removable damping elements according to the invention.
- et la figure 15 représente en coupe un mode de réalisation avec effet amortisseur hydraulique. - And Figure 15 shows in section an embodiment with hydraulic damping effect.
Comme le montrent les figures 1 a, 1 b et 2, un dispositif amortisseur 3 est monté sur un tubage 2 solidaire du train de tiges et comporte dans sa partie centrale des nervures 4 et des rainures 5. Les nervures 4 portent des éléments en élastomère 6 revêtus d'une plaque de protection 7, par exemple en acier, en carbure de tungstène ou bien en un matériau contenant du diamant. Les nervures 4 peuvent être inclinées par rapport à l'axe du train de tiges qui est également l'axe du dispositif 3, ceci étant illustré par les figures 1 a et 1 b. A la figure 1 a, les nervures 4 sont droites et portent chacune un seul élément amortisseur élastomère 6, 7. Dans le mode de réalisation de la figure 1 b, les nervures 4 sont préférentiellement hélicoïdales et portent chacune (au moins) deux éléments élastomères 6 de forme allongée, dont chacun est recouvert d'une plaque de protection 7 et qui sont espacés l'un de l'autre. As shown in Figures 1a, 1b and 2, a damping device 3 is mounted on a casing 2 secured to the drill string and has in its central portion of the ribs 4 and grooves 5. The ribs 4 are elastomeric elements 6 coated with a protective plate 7, for example steel, tungsten carbide or a diamond-containing material. The ribs 4 may be inclined relative to the axis of the drill string which is also the axis of the device 3, this being illustrated by Figures 1a and 1b. In FIG. 1a, the ribs 4 are straight and each carry a single elastomeric damping element 6, 7. In the embodiment of FIG. 1b, the ribs 4 are preferably helical and each carry (at least) two elastomeric elements. 6 of elongate form, each of which is covered with a protective plate 7 and which are spaced apart from each other.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les nervures 4 sont parallèles à l'axe du train de tiges et comportent chacune un élément 6 en élastomère de forme générale allongée, recouvert en partie d'une plaque de In the embodiment of FIG. 2, the ribs 4 are parallel to the axis of the drill string and each comprise an elastomer element 6 of generally elongate shape, partly covered with a plate of
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protection 7, par exemple en acier, en carbure de tungstène ou bien en un matériau contenant du diamant. protection 7, for example steel, tungsten carbide or a material containing diamond.
Les nervures sont par exemple au nombre de trois. The ribs are for example three in number.
Les figures 3 et 4 illustrent deux autres modes de réalisation. Figures 3 and 4 illustrate two other embodiments.
La figure 3 présente une réalisation avec trois nervures 8 équipées chacune d'un élément en élastomère 6'recouvert d'un capot protecteur 7'. Un espace
8'est ménagé entre le capot 7'et l'élément 6'de manière à faciliter les débattements de l'élément amortisseur 6'dans plusieurs directions. La figure 4 diffère du mode de réalisation de la figure 3 par la présence de trois lames pleines 9 intercalées entre les nervures 8. Figure 3 shows an embodiment with three ribs 8 each equipped with an elastomeric element 6 'covered with a protective cover 7'. An area
8 is formed between the cover 7 'and the element 6' so as to facilitate the movements of the damping element 6 'in several directions. FIG. 4 differs from the embodiment of FIG. 3 by the presence of three solid blades 9 interposed between the ribs 8.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus permettent une mise en oeuvre simple du dispositif amortisseur, sous la forme d'un stabilisateur dont les lames sont remplacées par des patins amortisseurs. Les stabilisateurs sont utilisés de manière classique dans les installations de forage, et ils sont disposés à des distances choisies de manière à guider le train de tiges pour un forage, soit linéaire, soit incliné vers le haut, soit incliné vers le bas. The embodiments described above allow a simple implementation of the damping device in the form of a stabilizer whose blades are replaced by damping pads. Stabilizers are conventionally used in drilling rigs, and are arranged at selected distances to guide the drill string for drilling, either linear, upward inclined, or downwardly inclined.
On remarquera toutefois qu'une telle mise en oeuvre des dispositifs selon l'invention en vue d'un amortissement des vibrations du train de tiges, n'interfère pas avec les fonctions de guidage des stabilisateurs classiques mis en oeuvre sur le train de tiges. It will be noted, however, that such an implementation of the devices according to the invention to damp the vibrations of the drill string, does not interfere with the guide functions of conventional stabilizers implemented on the drill string.
Le mode de réalisation de la figure 4 permet plus particulièrement d'intégrer des éléments amortisseurs à un stabilisateur classique en lui conférant une fonction supplémentaire d'amortissement du train de tiges, sans toutefois modifier notablement sa fonction de guidage, alors que les modes de réalisation des figures 1 a, 1 b, 2 et 3 permettent seulement l'amortissement du train de tiges. The embodiment of FIG. 4 more particularly makes it possible to integrate damping elements with a conventional stabilizer by conferring on it an additional damping function of the drill string, without, however, significantly modifying its guiding function, while the embodiments Figures 1a, 1b, 2 and 3 only allow the damping of the drill string.
Les figures 5,6, 7 et 8 illustrent des modes de réalisation dans lequel un dispositif amortisseur comporte un ou plusieurs éléments amortisseurs cylindriques de révolution. Ces amortisseurs sont par exemple disposés au voisinage de l'outil de coupe 10 qui présente des taillants 11. Figures 5, 6, 7 and 8 illustrate embodiments in which a damping device comprises one or more cylindrical damping elements of revolution. These dampers are for example arranged in the vicinity of the cutting tool 10 which has cutting edges 11.
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L'outil de coupe 10 présente une extrémité amont 12 montée dans une extrémité complémentaire 25 de l'extrémité aval 23 du train de tiges 20. A titre d'exemple, les éléments amortisseurs présentent une pièce en élastomère cylindrique 16 à génératrice elliptique protégée par un capot métallique 17. L'ensemble est maintenu à ses extrémités par des coquilles 15 logées dans des rainures de l'extrémité aval 23 du train de tiges, ces rainures étant ménagées dans un manchon entourant le train de tiges. A la figure 5, l'élément amortisseur jouxte immédiatement l'outil de coupe 10, alors que dans la figure 6, la coquille aval 15 est espacée de la face supérieure 14 de l'outil de coupe 10. La figure 7 montre l'association de deux éléments amortisseurs, l'un 31 jouxtant l'outil de coupe 10, et l'autre 32 étant disposé en amont du premier amortisseur 31. The cutting tool 10 has an upstream end 12 mounted in a complementary end 25 of the downstream end 23 of the drill string 20. By way of example, the damping elements have a cylindrical elastomer piece 16 with an elliptical generator protected by a metal cover 17. The assembly is held at its ends by shells 15 housed in grooves of the downstream end 23 of the drill string, these grooves being formed in a sleeve surrounding the drill string. In FIG. 5, the damping element immediately adjoins the cutting tool 10, whereas in FIG. 6, the downstream shell 15 is spaced from the upper face 14 of the cutting tool 10. FIG. combination of two damping elements, one 31 adjoining the cutting tool 10, and the other 32 being disposed upstream of the first damper 31.
On remarquera que les éléments 16 en élastomère sont avantageusement pourvus d'ouvertures internes 19 (voir figure 8) permettant de faciliter les débattements dans les directions où ils sont sollicités, d'où une meilleure linéarité et un amortissement plus efficace. It will be noted that the elements 16 made of elastomer are advantageously provided with internal openings 19 (see FIG. 8) making it possible to facilitate the movements in the directions in which they are stressed, hence a better linearity and a more effective damping.
Dans le mode de réalisation de la figure 8, l'amortisseur 33 est de plus monté sur un palier 34 qui permet de le laisser libre en rotation tout en le découplant du train de tiges. Ceci permet de diminuer les contraintes subies par le dispositif amortisseur. In the embodiment of Figure 8, the damper 33 is further mounted on a bearing 34 which allows to leave it free in rotation while uncoupling the drill string. This makes it possible to reduce the stresses on the damping device.
Dans le mode de réalisation des figures 9a et 9b, un élément d'amortissement 30 présente un corps central 38 logé dans une rainure 26 de la tige de forage 20 (ou d'un manchon entourant celle-ci). Le corps 38 présente des faces latérales 38'sur lesquelles sont adhérisées des pièces en élastomère 36 et 36', elles-mêmes adhérisées à des bords tombants 37 d'un capot 31 qui, en position de repos, vient en butée sur des pattes 35. Les pièces 36 et 36'sont espacées l'une de l'autre de manière à ménager un espace central 33 permettant un débattement du capot 31 dans les diverses directions de sollicitation, radiale, transversale et de torsion. Cet espace 33 améliore l'amortissement en augmentant la plage de débattement linéaire de l'amortisseur et en évitant tout effet de butée préjudiciable. En outre, il peut être également prévu un trou de fixation 32 permettant de fixer la position du In the embodiment of Figures 9a and 9b, a damping member 30 has a central body 38 housed in a groove 26 of the drill pipe 20 (or a sleeve surrounding it). The body 38 has side faces 38 'on which are adhered elastomer parts 36 and 36', themselves adhered to the falling edges 37 of a cover 31 which, in the rest position, abuts on lugs 35 The parts 36 and 36 'are spaced from each other so as to provide a central space 33 for a clearance of the cover 31 in the various directions of stress, radial, transverse and torsion. This space 33 improves the damping by increasing the range of linear movement of the damper and avoiding any detrimental abutment effect. In addition, it can also be provided a fixing hole 32 for fixing the position of the
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corps 38 dans la rainure 26 de la tige de forage 20. A la figure 9b, (qui est une coupe partielle BB de la figure 9a), le repère 201 désigne un coin de protection qui est solidaire de la tige de forage 5 et qui assure la résistance aux efforts en limitant les débattements dans la direction longitudinale L.
body 38 in the groove 26 of the drill rod 20. In FIG. 9b, (which is a partial section BB of FIG. 9a), the mark 201 indicates a protective wedge which is integral with the drill rod 5 and which ensures the resistance to the forces by limiting the deflections in the longitudinal direction L.
Le capot 31 constitue une partie active en contact avec la formation. Il est en acier résistant à l'usure, en carbone, ou bien encore il est recouvert d'un revêtement de surface dure ou diamantée. La partie en élastomère 36, 36'assure la déformation et l'amortissement dans le sens radial R ainsi que dans les directions longitudinale L et transversale T. The cover 31 constitutes an active part in contact with the formation. It is made of wear-resistant steel, carbon, or it is covered with a hard or diamond surface coating. The elastomer portion 36, 36 provides deformation and damping in the radial direction R as well as in the longitudinal L and transverse T.
Les figures 10a et 10b représentent en coupe longitudinale et en coupe transversale une variante du dispositif des figures 9a et 9b, dans lequel les bords tombant de la plaque 37 se prolongent par des pattes 37'qui viennent se loger sous des pattes d'extrémités 35'. Dans cette configuration, la plaque 37 est maintenue sur tout son pourtour par la plaque 35'. Figures 10a and 10b show in longitudinal section and in cross section a variant of the device of Figures 9a and 9b, wherein the falling edges of the plate 37 are extended by tabs 37 'which are housed under end tabs 35 . In this configuration, the plate 37 is held around its entire periphery by the plate 35 '.
Les figures 11 a et 11 b se distinguent en outre par la mise en oeuvre de pièces élastomères en plusieurs parties pour former des secteurs annulaires 41 à 44 séparés par des interstices 45 à 47. De la sorte, les possibilités de débattement des éléments amortisseurs sont augmentées. On notera un intervalle 48 qui est ménagé entre l'élément amortisseur d'extrémité 41 et le bord tombant 37'pour procurer un amortissement plus efficace et faciliter les débattements. On notera également la présence éventuelle d'inclusions sous forme de plaques métalliques 50 qui permettent d'augmenter la rigidité des éléments 41 à 44 dans la direction radiale et donc d'augmenter sélectivement la raideur radiale de l'amortissement. Il est possible d'assurer une précontrainte des éléments 41 à 44 lors du serrage des pattes de maintien 35'. FIGS. 11a and 11b are further distinguished by the use of multi-part elastomeric parts to form annular sectors 41 to 44 separated by interstices 45 to 47. In this way, the travel possibilities of the damping elements are increased. Note a gap 48 which is provided between the end damping element 41 and the falling edge 37 'to provide a more effective damping and facilitate the deflections. It will also be noted the possible presence of inclusions in the form of metal plates 50 which make it possible to increase the rigidity of the elements 41 to 44 in the radial direction and thus to selectively increase the radial stiffness of the damping. It is possible to ensure a prestressing of the elements 41 to 44 when tightening the retaining tabs 35 '.
La figure 12 montre un dispositif amortisseur 60 de forme cylindrique de révolution à génératrice ellipsoïdale qui présente une armature externe 61, une armature interne 62 et des ouvertures internes 63 ménagées dans le corps amortisseur en élastomère 65. L'armature 62 augmente la raideur radiale, alors que les ouvertures 63 augmentent l'amplitude des débattements. FIG. 12 shows a shock absorber device 60 of cylindrical shape of revolution with an ellipsoidal generator which has an external reinforcement 61, an internal reinforcement 62 and internal openings 63 formed in the elastomer damper body 65. The reinforcement 62 increases the radial stiffness, while the openings 63 increase the amplitude of the deflections.
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Les figures 13a et 13b représentent un mode de réalisation du dispositif amortisseur 70 qui comporte un patin 71 portant des éléments amortisseurs élastomères 73. Le patin 71 peut être introduit dans une rainure complémentaire 76 d'une pièce 75 solidaire de la tige de forage. Figures 13a and 13b show an embodiment of the damping device 70 which comprises a shoe 71 carrying elastomeric damping elements 73. The pad 71 can be introduced into a complementary groove 76 of a part 75 integral with the drill pipe.
Le dispositif 70 comporte une pièce de protection 72 recouvrant les éléments amortisseurs élastomères 73 qui sont espacés les uns des autres par des intervalles 74. The device 70 comprises a protective part 72 covering the elastomeric damping elements 73 which are spaced from each other by intervals 74.
On peut ainsi remplacer facilement le dispositif amortisseur lors d'une opération de maintenance. It is thus possible to easily replace the damping device during a maintenance operation.
Enfin, les figures 14a et 14b illustrent un autre mode de réalisation dans lequel l'élément amortisseur 80 est introduit par translation et précontrainte dans une ouverture 86 d'une pièce 85 solidaire de la tige de forage. Après libération de la précontrainte, le capot protecteur, qui est solidaire de la pièce d'amortissement en élastomère 81, émerge à travers l'ouverture 86. Finally, Figures 14a and 14b illustrate another embodiment in which the damping element 80 is introduced by translation and preload in an opening 86 of a part 85 integral with the drill pipe. After release of the prestress, the protective cover, which is integral with the elastomeric damping piece 81, emerges through the opening 86.
L'invention est susceptible de s'appliquer aux installations de forage pourvues d'un tube de forage dont l'extrémité est équipée de tout type d'outil de forage (outil monobloc, outil à molette rotative mono, bi ou tricône, outil bicentre). The invention is applicable to drilling rigs provided with a drill pipe whose end is equipped with any type of drilling tool (monobloc tool, rotary single-wheel tool, bi or tricone, bicenter tool ).
Les éléments amortisseurs peuvent présenter une surface de contact qui, comme représenté dans les exemples ci-dessus, est en un matériau dur (plaque acier, carbure ou avec inclusion de diamant) qui permet une répartition de la charge sur la surface de l'amortisseur. The damping elements may have a contact surface which, as shown in the above examples, is made of a hard material (steel plate, carbide or with inclusion of diamond) which allows a distribution of the load on the surface of the damper .
Dans le cadre de l'invention, il est également possible de mettre en oeuvre une surface de contact souple déformable qui épouse les aspérités de la surface. Dans ce cas, on peut utiliser un élastomère résistant à l'abrasion (par exemple un élastomère chargé) ou bien un élastomère renforcé par des câbles en acier, en fibres aramides ("Kevlar"), ou bien en carbone. In the context of the invention, it is also possible to implement a flexible deformable contact surface that conforms to the roughness of the surface. In this case, it is possible to use an abrasion-resistant elastomer (for example a filled elastomer) or an elastomer reinforced with steel, aramid fiber ("Kevlar") or carbon cables.
Le mode de réalisation de la figure 8 est particulièrement intéressant en ce qu'il met en oeuvre une palier qui permet de découpler en The embodiment of FIG. 8 is particularly interesting in that it implements a bearing which makes it possible to decouple
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rotation le dispositif amortisseur par rapport au train de tiges tournant qui entraîne l'outil de coupe 10. rotating the damper device with respect to the rotating rod train which drives the cutting tool 10.
L'invention permet donc, en installant en amont de l'outil de forage, un ou plusieurs dispositifs amortisseurs de choc équipés de patins amortisseurs, d'éliminer ou de réduire au moins les vibrations et chocs latéraux générés sur le train de tiges et sur le trépan pendant le forage. Chaque patin ou lame d'amortissement de chocs est préférentiellement constitué d'une partie active dure résistant à l'abrasion, qui est fixée sur une deuxième partie élastique en élastomère ou tout autre matériau absorbeur de chocs, qui permet de réaliser l'absorption recherchée. The invention thus makes it possible, by installing upstream of the drilling tool, one or more shock-absorbing devices equipped with damping pads, to eliminate or reduce at least the vibrations and lateral shocks generated on the drill string and on the drill bit while drilling. Each pad or shock-absorbing blade preferably consists of a hard, abrasion-resistant active part, which is fixed on a second elastic part made of elastomer or any other shock-absorbing material, which makes it possible to achieve the absorption sought. .
Dans le cas où le dispositif est mis en oeuvre avec une forme semblable à celle d'un stabilisateur, le système peut être équipé d'un ou plusieurs patins (de 1 à 10 si nécessaires) qui peuvent être éventuellement disposés en alternance avec des lames standards de stabilisateur. Dans ce cas, on limite l'exposition aux chocs en protégeant le système et on préserve en plus la fonction directionnelle du stabilisateur. In the case where the device is implemented with a shape similar to that of a stabilizer, the system can be equipped with one or more pads (1 to 10 if necessary) which can be optionally alternately arranged with blades stabilizer standards. In this case, it limits the exposure to shocks by protecting the system and further preserves the directional function of the stabilizer.
Le dispositif amortisseur peut être fixé par un système de vis ou bien soudé. The damping device can be fixed by a screw system or welded.
Le dispositif peut être installé sur une partie tournante, et dans ce cas, il aide à réduire l'interaction entre des vibrations et chocs latéraux et des vibrations de torsions. En effet, les vibrations d'un type (torsion, latérale ou axiale) sont très souvent interactives. C'est ainsi que des vibrations de type latéral engendrent des vibrations axiales et de torsion. Le fouettement du train de tiges qui est lié à des vibrations latérales est par exemple susceptible d'entraîner à son tour des vibrations verticales, ce qui provoque la surcharge de l'outil qui elle-même génère la torsion du train de tiges. The device can be installed on a rotating part, and in this case it helps to reduce the interaction between side vibrations and shocks and torsional vibrations. Indeed, the vibrations of a type (torsion, lateral or axial) are very often interactive. Thus, lateral type vibrations generate axial and torsional vibrations. The lashing of the drill string which is linked to lateral vibrations is for example likely to cause in turn vertical vibrations, which causes the overload of the tool which itself generates the twisting of the drill string.
Pour amortir efficacement les oscillations complexes du train de tiges, il faut en dernière analyse absorber le maximum d'énergie vibratoire, quelle que soit son origine (radiale, axiale, torsion...)
Le dispositif amortisseur est de préférence installé sur un manchon rotatif (voir figure 8) découplé de la tige de forage, ce qui s'avère plus efficace pour lutter contre les chocs et vibrations. Le palier 34 permet en To effectively dampen the complex oscillations of the drill string, it must ultimately absorb the maximum vibrational energy, regardless of its origin (radial, axial, torsion ...)
The damping device is preferably installed on a rotary sleeve (see Figure 8) uncoupled from the drill pipe, which is more effective in controlling shocks and vibrations. The bearing 34 allows in
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effet d'éviter que le dispositif amortisseur ne soit soumis aux vibrations de torsion. Ces vibrations de torsion seraient en effet susceptibles de diminuer la durée de vie du dispositif amortisseur. Le dispositif amortisseur absorbe alors essentiellement les vibrations radiales. effect of preventing the damping device from being subjected to torsional vibrations. These torsional vibrations are indeed likely to reduce the life of the damping device. The damping device then essentially absorbs the radial vibrations.
La figure 15 représente un mode de réalisation dérivé des figures 11 a et 11 b. Entre des pièces en élastomère 100 est logé un axe 90 dont la tête 91 présente un bord arrondi 92 qui vient en contact avec un bord interne 93 de la plaque 37, ce qui définit deux cavités fermées 94 et 95. La cavité 94 est disposée au dessus entre la face supérieure 96 de la tête 91 et la face inférieure 97 de la plaque 37 alors que la cavité 95 est disposée entre l'axe 90 et la face interne 101 des pièces 100. Un canal calibré 98,99 assure une communication entre les deux cavités 94 et 95 qui contiennent de la graisse. Fig. 15 shows an embodiment derived from Figs. 11a and 11b. Between elastomer parts 100 is housed an axis 90 whose head 91 has a rounded edge 92 which comes into contact with an inner edge 93 of the plate 37, which defines two closed cavities 94 and 95. The cavity 94 is disposed at above between the upper face 96 of the head 91 and the lower face 97 of the plate 37 while the cavity 95 is disposed between the axis 90 and the inner face 101 of the parts 100. A calibrated channel 98.99 provides communication between the two cavities 94 and 95 which contain fat.
L'amortisseur hydraulique permet de freiner les mouvements de la plaque 37, avec un effet qui s'accroît avec la vitesse, en synergie avec l'amortissement élastomérique apporté par les pièces 100. La forme arrondie (en coupe) des bords 92 permet une étanchéité suffisante entre les cavités 94 et 95 tout en permettant un guidage axial de la plaque 37 autorisant cependant une certaine inclinaison de celle-ci. The hydraulic damper makes it possible to slow down the movements of the plate 37, with an effect that increases with speed, in synergy with the elastomeric damping provided by the parts 100. The rounded shape (in section) of the edges 92 allows a sufficient sealing between the cavities 94 and 95 while permitting axial guidance of the plate 37 allowing however a certain inclination thereof.
Les dispositifs amortisseurs selon l'invention permettent avantageusement d'absorber des énergies de plusieurs milliers de Joules, ce qui permet d'amortir efficacement les oscillations du train de tiges, de préférence en disposant plusieurs dispositifs répartis le long du t rain de tiges. The damping devices according to the invention advantageously make it possible to absorb energies of several thousand Joules, which makes it possible to effectively damp the oscillations of the drill string, preferably by arranging a plurality of devices distributed along the t of rods.
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