EP1329586A1 - Elément profilé pour un équipement de forage rotatif - Google Patents

Elément profilé pour un équipement de forage rotatif Download PDF

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EP1329586A1
EP1329586A1 EP03290005A EP03290005A EP1329586A1 EP 1329586 A1 EP1329586 A1 EP 1329586A1 EP 03290005 A EP03290005 A EP 03290005A EP 03290005 A EP03290005 A EP 03290005A EP 1329586 A1 EP1329586 A1 EP 1329586A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
profiled element
zone
axis
drill pipe
drilling fluid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03290005A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean Gilbert Boulet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
S M F International
Original Assignee
S M F International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by S M F International filed Critical S M F International
Publication of EP1329586A1 publication Critical patent/EP1329586A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/22—Rods or pipes with helical structure

Definitions

  • the invention relates to a profiled element for drilling equipment. rotary.
  • Such sets of rods can in particular make it possible to produce deviated boreholes, i.e. boreholes whose inclination can be varied from vertical or azimuth direction, during drilling.
  • a drill pipe comprising at least one support zone having a central support part and two end sections on either side of the central support zone comprising on their external surface at least one groove arranged along a propeller and whose cross section has an undercut portion.
  • the drill rod support area which has a larger diameter the diameter of the end sections and which can come into contact with the borehole wall, provides some reduction in friction between the drill pipe and the wall of the borehole.
  • the end parts which have hydraulic profiles enable the circulation of the drilling fluid and take off the debris hanging on the wall of the hole drilling.
  • FR-99 01391 has proposed a profiled element for equipment rotary drilling rig with a global shape of revolution and a axis directed along the axis of rotation of the borehole and the projecting parts and recessed parts in radial directions on its outer surface, following arrangements substantially in the form of helices having for axis the axis of drilling equipment rotation including the projecting parts and the parts hollows have at least one geometric and dimensional characteristic which varies along the axial direction of the element, on a part at less than the length of this profile element.
  • the hollow parts or grooves arranged according to profile element propellers have a cross section by a plane perpendicular to the axis of the drill rod decreasing in the axial direction and in the direction of circulation of the drilling fluid in the annular drilling.
  • Such profiled elements have certain advantages when are used on a drill string used in the case of drilling directional but in some cases it appeared that it might be desirable to further improve the agitation and entrainment effect of the drilling fluid and debris in the ring finger.
  • the object of the invention is therefore to propose a profiled element for a rotary drilling equipment having a global form of revolution and an axis directed along the axis of rotation of the borehole and the projecting parts and recessed parts in radial directions perpendicular to the axis on its external surface, in arrangements substantially in the form of a helix having as axis the axis of rotation of the drilling equipment, so as to produce an effect of controlled agitation and acceleration of the rise of a drilling fluid and cuttings in an annular space between the profiled element and the wall of the borehole during the rotation of the drilling equipment, this profiled element having improved fluid agitation properties drilling and debris and driving the drilling fluid in the ring finger drilling.
  • the angle of inclination of the propellers according to which are arranged the projecting parts and the hollow parts of the profiled element by relative to a plane perpendicular to the drilling axis increases in the direction axial circulation of the drilling fluid in the annular space, that is to say from bottom to top, the axial circulation of the drilling fluid being accelerated along the projecting and recessed parts due to the direction of rotation of the drill pipe.
  • the invention also relates to other characteristics of the element profile which, combined with projecting and recessed portions of variable inclination according to the invention make it possible to further increase the stirring effect and for driving the drilling fluid and debris in the annular drilling.
  • the drill pipe usually has at one of its ends (upper end), a female connector 1a and, at its end lower, a male connector 1b constituted by threaded parts of form frustoconical allowing to assemble successive rods 1 of a drill train.
  • the rod section constituting the profiled element 2 mainly comprises a zone 3 extending over most of the length of the section profile intended to ensure agitation of a drilling fluid around the rod drill hole 1, inside the borehole, in the annular space 10 between the outer surface of the drill pipe and the wall of the borehole shown in figure 1.
  • the outer surface of the drill pipe is shaped general cylindrical having as its axis the drilling axis 4 of the drilling rod has recessed portions 5 and protruding portions 6 extending from continuously along the entire length of zone 3 of agitation and turbulence of the profiled element.
  • the hollow parts 5 are formed in the form of grooves, the cross section may have the shape shown in Figure 4A (first embodiment) or in FIG. 4B (second embodiment).
  • the protruding parts 6 have the form of blades separating two successive recesses or grooves 5.
  • the grooves 5 and the blades 6 have a respective axis 5a, 6a arranged along a propeller having as axis the axis 4 of the coiled drill pipe in a direction allowing to favor the ascent of the drilling fluid in annular 10, due to the direction of rotation of the drill pipe (arrow Q on Figure 2.
  • the propellers 5a and 6a have an inclination increasing in the direction of circulation of the drilling fluid in the ring finger of drilling (arrow 7), i.e. in the direction from bottom to top, in the operating position of the drill pipe 1 inside the borehole, by relative to a transverse plane perpendicular to the axis 4 of the drill pipe.
  • FIG. 2 there is shown the trace, on the plane of the figure, of a plane of cross section 8 and the tangent to the propellers 5a and 6a of a groove 5 and a blade 6 of the area of agitation 3 of the profiled element.
  • the tangents to the propellers 5a and 6a constituting the axes or median lines of the grooves 5 and the blades 6 make with the trace plane 8, in FIG. 2, an angle ⁇ y which is the angle of inclination of the propeller at level of the cross-sectional plane of trace 8 having the ordinate (in the direction of the axis 4 of the drill pipe) y.
  • ⁇ y is increasing with y, the ordinates of the points of the drill pipe in the direction of the axis 4 being increasing from bottom to top, that is to say in the direction 7 of circulation of the drilling fluid in the ring finger 10.
  • angles of inclination ⁇ e of the propellers 5a and 6a at the entrance to zone 3 are less than the angles of inclination ⁇ s of the propellers at the exit from zone 3 of agitation and drive of the drill rod.
  • the grooves 5 can have, in cross section, a shape as described and claimed in the French patent application 97 03207, this form making it possible to produce a intense scooping of the drilling fluid in the annulus 10 of the borehole, the fact that the section of the groove 5 has in particular a part in undercut delimited by a straight part of the section making an angle ⁇ 1 with the direction perpendicular to the axis 4 of the drill pipe, following the external edge of the section 5 disposed towards the rear of the groove 5, considering the direction of rotation Q of the drill pipe around its axis of rotation 4 ( Figure 2).
  • grooves arranged in a helix around the rod of drilling provide drilling fluid and drilling debris in the ring finger 10, upwards in the direction of the arrow 7, due to rotation of the drill pipe.
  • the increasing inclination of the propellers in the direction from bottom to top produces an increasing speed of the drilling fluid in the ring finger and an increased sweeping effect of the borehole.
  • the increase in the inclination of the propellers in the y direction can be adjusted as a function operating conditions of the drill pipe.
  • the sections s y of the grooves 5 are decreasing in the direction of arrow 7, that is to say in the direction of the increasing ordinates y.
  • the decreasing sections s y of the grooves 5 can be obtained either from the fact that the grooves 5 have a decreasing depth in the direction of increasing ordinates y or from the fact that they have a decreasing width in the direction of increasing ordinates, or also from the because they have decreasing depth and width.
  • the protruding parts 6 or blades each arranged between two grooves 5 successive have, due to the section and the decreasing width of the grooves 5, an increasing section and width in the direction of the ordinates increasing y (or of the circulation of the fluid in the annular 10 represented by arrow 7).
  • the grooves 5 can have, in cross section, an asymmetrical shape with no undercut part, the scooping and agitation effect of the drilling fluid being however less intense than in the case of the grooves according to the first embodiment shown in Figure 4A, having an undercut portion.
  • the grooves according to the second embodiment the machining of which is easier, however make it possible to obtain a satisfactory scooping and agitation effect, due to the presence of the blades 6 between two successive grooves 5.
  • the grooves 5 can have a decreasing section, depth and / or width in the direction 7 of circulation of the fluid in the annular 10 (direction of the ordinates y increasing), the blades 6 having a corresponding cross-section and width growing.
  • the profiled element 2 comprises, in upstream of zone 3 of agitation and training, considering the meaning of circulation 7 of the drilling fluid, successively, a zone of prior agitation 9, a hydraulic preload zone 11 and a turbulence zone 13.
  • the preload zone 11 is formed by a part of the drill rod having a diameter ⁇ r substantially greater than the maximum diameter of the drill rod 1 in the agitation zone 3.
  • the zone 11 may be delimited, on the external surface of the drill pipe, by a toric surface, as shown in particular in FIGS. 1 and 3, the maximum diameter ⁇ r then being the diameter of the middle part of the zone 11 of shape ring.
  • connection of the preload zone 11 of the drill pipe with the stirring zone 3 is achieved through zone 13 or turbulence zone in which the drill pipe has a decreasing diameter, along a curved surface whose section is shown on the figure 3.
  • the preload zone 11 is connected to the current part of the rod drilling, below the profiled element 2, through zone 9 prior agitation whose diameter is increasing in the direction of the ordinates y increasing (or direction of circulation 1 of the drilling fluid in the ring finger 10) and whose curved longitudinal section is substantially similar to the longitudinal section of the turbulence zone 13, as it is visible on Figure 3.
  • the inclination of the curved part of the prior agitation zone 9 relative to a direction parallel to the axis 4 of the drill pipe, at the level of its connection with the preload zone 11, is less than the inclination of the connecting curve part of the turbulence zone 11 with the support zone (angle ⁇ 2 ⁇ ⁇ 3) (in Figure 3).
  • the current part of the drill pipe has a nominal diameter ⁇ DN .
  • the profiled element 2 is also connected to the current part of the drill pipe 1 with nominal diameter ⁇ DN , at its downstream end, by a support zone 14 at the level of which the pipe has a substantially larger maximum diameter ⁇ u or equal to the diameter ⁇ r of the upstream preload zone 11 (which can, in certain cases, also be a support zone).
  • the diameters ⁇ r and ⁇ u are substantially greater than the nominal diameter ⁇ DN of the current part of the drill pipe, the preload 11 and support 14 zones constituting two zones projecting radially, in the upstream end parts and downstream, respectively, of the profiled element 2.
  • the profiled element 2 has recessed or projecting parts 16 spaced apart from each other in the circumferential direction of the drill pipe and each arranged according to a propeller 16a whose inclination relative to a transverse plane of the drill pipe is increasing in the ordinate direction increasing y, in the same way as the propellers 5a and 6a of the grooves and projecting parts 5 and 6 of the stirring zone 3.
  • the parts 16 are hollow parts in the radial direction and constitute grooves, their section, their depth and / or their width can be constant or decreasing in the y-direction growing there.
  • their section and / or their width can be constant or increasing in the direction of increasing ordinates y.
  • Their height can be decreasing in the direction increasing ordinates there.
  • the cross section of grooves 16 is shown. arranged in helices and constituting recessed parts of the area prior agitation 9 and the preload zone 11, in a first mode of achievement.
  • the grooves 16 generally have a depth and a constant width and therefore a cross-section in the direction of circulation of the fluid 7 or direction of increasing ordinates y. However, the width and / or the depth and therefore the section of the grooves 16 may also be decreasing in the direction of increasing ordinates.
  • the grooves 16 are obtained by machining the outer surface of the drill pipe, at the level of the curved connecting surface of the current part of the rod drilling with the O-ring zone 11.
  • FIG. 5B there is shown, according to a second embodiment, protruding parts 16 constituting ribs along helices around the axis of the drill pipe.
  • the inclination of the propellers according to which are arranged the ribs 16 is increasing in the direction of the ordinates growing.
  • the width of the ribs 16 may be decreasing and / or their height decreasing along the direction of the ordinates y increasing, so that the cross section of the recessed areas 17 between two projecting parts 16 is decreasing in the y direction growing. Cross-flow of drilling fluid is thus obtained which increase turbulence and agitation.
  • the preload zone 11 allows deflection of the fluid drilling to the outside, which favors the ascent of the cuttings in the ring finger 10.
  • the preload zone 11 allows, like the zone 9, to create a pre-agitation of the drilling fluid and the cuttings before zone 3.
  • the drilling fluid is also brought under pressure (preload) in zone 11.
  • a second charging zone 11 ′ can be located downstream of the support zone 14 (in the direction of circulation 7 of the fluid in the ring finger 10), in order to reinforce the effect of recovery of spoil. This additional area constitutes an area of post-charge for the device.
  • a second radial projecting part constituting zones similar to shaking zones 9 and preload zones 11 located upstream of the device.
  • FIGs 2 and 3 there is also shown a nozzle 18 which is introduced and fixed in the wall of the tubular drill pipe 1, in the shaking and training area 3.
  • the nozzle 18 can be placed for example in the bottom and in the part median of a groove 6 of the agitation and training zone 3.
  • the nozzle 18 has a first conduit, or inlet channel 18a, in one direction substantially radial from the drill pipe, opening into space internal of the tubular drill pipe 1 and a second conduit 18b, or channel outlet, communicating with the inlet channel 18a having a direction substantially axial or slightly inclined towards the outside of the drill pipe 1, from bottom to top.
  • the outlet channel 18b opens into the ring finger 10 outside the drill pipe on an upper end portion of the nozzle 18 directed upwards.
  • the drilling fluid circulating from top to bottom in the internal space of the annular drill pipe 1 has a pressure substantially higher than the pressure of the drilling fluid flowing from bottom to top in the drill ring 10 outside the drill rod (arrow 7). From this done, drilling fluid is entrained inside the inlet channel 18a of the nozzle 18 then ejected through the outlet channel 18b upwards inside the groove 5 in which the nozzle 18 is fixed. The circulation speed is thus increased and agitation of the fluid, using one or more nozzles arranged preferably inside one or more agitation and drive grooves 5 of zone 3 of the profiled element 2 of the drill pipe.
  • FIG 6 there is shown a drill pipe designated so general by reference 1 which has two double profiled elements according to the invention and according to an alternative embodiment designated by the reference 2 '.
  • the profiled element 2 ′ of the rod drilling 1 is carried out in double form and comprises successively, from the bottom upwards, a first agitation and training zone 3'a, a first 13'a mechanical support and activation zone, a second activation zone and drive 3'b and a second support and mechanical activation zone 13'b.
  • the activation and training zones 3'a and 3'b are produced according to the invention, that is to say that they have grooves 5 ′ separated by blades 6 'arranged in helices whose angle with a transverse plane perpendicular to axis 4 of the drill pipe is increasing in the direction of flow 7 of the drilling fluid in a drilling ring 10 to the outside of the rod 1.
  • the widths and / or the depths and therefore the sections transverse grooves 5 ' can be decreasing in the direction 7 for circulation of the drilling fluid in the annular 10, so as to increase turbulence and to produce a fluid bearing effect.
  • stirring zones 3'a and 3'b are also produced under the shape of deflection zones according to French patent application 01 05752, the outer surface of the drill pipe at the agitation zones and drive 3'a and 3'b inclined relative to the axis 4 of the rod borehole with a meridian line in an axial plane which moves away from the axis 4 of the profiled element 2 and the drill rod 1, in the direction of circulation 7 of the drilling fluid in the annular, that is to say in the direction going from bottom to top in the service position of the drill pipe inside of a borehole.
  • the direction of rotation of the drill pipe in service in a borehole has been shown in the form of a circular arrow Q.
  • the current part of the drill pipe with diameter ⁇ DN is shown, on either side of the profiled element 2 ′, on the upstream side and on the downstream side, the current part of the drill pipe with diameter ⁇ DN .
  • the profiled element 3 ′ has, in the support and mechanical activation zones 13 ′ a and 13 ′ b, a maximum diameter substantially greater than the diameter ⁇ DN .
  • the outer surface of the profiled element is machined to present two successive parts of maximum diameter separated by a central part of smaller diameter.
  • the two parts of maximum diameter of the support and activation zones mechanical 13'a and 13'b are machined so as to present at least a continuous helical groove having a small tilt angle, usually less than 30 ° from the transverse planes of the drill pipe perpendicular to axis 4, so that the two parts of the zones support and mechanical activation 13'a and 13'b on both sides of the area central without helical groove have a shape similar to a threaded element whose successive threads have substantially helical shapes.
  • FIG 8 there is shown the section of a profiled element 2 of a drill pipe 1, at a stirring zone such as the stirring zone 3 in which the profiled element 2 has asymmetrical grooves 5 and can have an undercut part ensuring perfect scooping the drilling fluid into the annular 10 inside the borehole 20, during rotation of the drill pipe in the direction of the arrow ⁇ .
  • the drilling fluid causes debris 19 products by drilling inside and along the throats 5 of the agitation zone and drive 3 of the profiled element.
  • drill pipe 1 approaches the edge of the drill hole, so that the ring finger 10 has a variable width in the circumferential direction of the drill pipe.
  • FIG 8 there is shown the cross section of the rod drilling seen from the bottom of the drilling, the circulation of the drilling fluid in the drill ring causing the debris 9 occurring in a direction perpendicular to the section plane of Figure 8 and towards the back of the plan of figure 8.
  • the realization of the agitation and training zone 3 of the element profile of the drill pipe according to the invention ensures scooping and an upward drive of the drilling fluid and debris 19, such so that the recirculation of the drilling fluid and debris in the ring finger 10 occurs preferentially, in the remote zone 21 maximum of the outside surface of the drill pipe of the wall of the borehole 20 and not in zones 22 where the ring finger 10 does not not have a maximum width.
  • the arrangements according to the invention thus allow in fact to obtain an ideal distribution of drive speeds vertical in the ring finger 10 around the drill pipe.
  • the preload zone 11 makes it possible to create a gradient of speed and therefore pressure in the flow of drilling fluid in the ring finger 10, so as to direct the flow preferentially towards the zone 21.
  • the profiled element according to the invention therefore makes it possible to optimize agitation and entrainment of drilling fluid and drilling debris inside the ring finger, in particular in the case of deviated boreholes with parts practically horizontal.
  • the invention applies to any element of a drill string and in particular the drill string elements used for drilling directional.

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Abstract

L'élément profilé comporte au moins une zone d'agitation et d'entraînement (3) dans laquelle l'élément profilé (2) comporte, sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hélices ayant pour axe l'axe de rotation (4) de la tige de forage (1), des parties en creux (5) et des parties en saillie (6) enroulées dans un sens tel qu'elles favorisent la circulation d'un fluide de forage dans le sens de la remontée dans un espace annulaire entre la tige de forage et la paroi d'un trou de forage, sous l'effet de la rotation de la tige de forage. L'angle d'inclinaison des hélices (5a, 6a) suivant lesquelles sont disposées les parties en creux (5) et les parties en saillie (6) de l'élément profilé (2) augmente dans le sens de circulation du fluide de forage, dans l'espace annulaire. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un élément profilé pour un équipement de forage rotatif.
Dans le domaine de la recherche et de l'exploitation de gisements pétroliers, on utilise des trains de tiges de forage rotatifs constitués de tiges et éventuellement d'autres éléments tubulaires qui sont assemblés bout à bout, selon les besoins du forage.
De tels trains de tiges peuvent permettre en particulier de réaliser des forages déviés, c'est-à-dire des forages dont on peut faire varier l'inclinaison par rapport à la verticale ou la direction en azimut, pendant le forage.
Dans le cas de forages déviés à grand déport comportant des tronçons horizontaux ou pratiquement horizontaux, les couples de frottement dus à la rotation de la garniture de forage peuvent atteindre des valeurs très élevées, au cours du forage. Les couples de frottement peuvent remettre en cause les équipements utilisés ou les objectifs du forage. En outre, la remontée des déblais produits par le forage est très souvent difficile, compte tenu de la sédimentation des débris produits dans le trou de forage, en particulier dans la partie fortement inclinée du trou de forage. II s'ensuit un mauvais nettoyage du trou et une augmentation à la fois des coefficients de frottement des tiges du train de tiges à l'intérieur du trou de forage et des surfaces de contact entre les tiges et les parois du trou.
Afin de diminuer le coefficient de frottement et la surface de contact entre le train de tiges et les parois du trou de forage et d'améliorer le nettoyage du trou de forage et l'évacuation de débris dans le fluide de forage, on a proposé, dans la demande de brevet FR-97 03207, une tige de forage comportant au moins une zone d'appui ayant une partie centrale d'appui et deux tronçons d'extrémité de part et d'autre de la zone centrale d'appui comportant sur leur surface externe au moins une rainure disposée suivant une hélice et dont la section transversale présente une partie en contre-dépouille. La zone d'appui de la tige de forage qui présente un diamètre supérieur au diamètre des tronçons d'extrémité et qui peut venir en contact avec la paroi du trou de forage, assure une certaine réduction du frottement entre la tige de forage et la paroi du trou de forage. Les parties d'extrémité qui comportent des profils hydrauliques permettent d'activer la circulation du fluide de forage et de décoller les débris accrochés sur la paroi du trou de forage.
On a proposé dans le FR-99 01391 un élément profilé pour un équipement de forage rotatif présentant une forme globale de révolution et un axe dirigé suivant l'axe de rotation du forage et des parties en saillie et des parties en creux dans des directions radiales sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hélices ayant pour axe l'axe de rotation de l'équipement de forage dont les parties en saillie et les parties en creux présentent au moins une caractéristique géométrique et dimensionnelle qui varie suivant la direction axiale de l'élément, sur une partie au moins de la longueur de cet élément profilé.
De préférence, les parties en creux ou rainures disposées suivant des hélices de l'élément profilé présentent une section de passage transversale par un plan perpendiculaire à l'axe de la tige de forage décroissante dans la direction axiale et dans le sens de circulation du fluide de forage dans l'annulaire de forage.
De tels éléments profilés présentent des avantages certains, lorsqu'ils sont utilisés sur un train de tiges de forage utilisé dans le cas d'un forage directionnel mais, dans certains cas, il est apparu qu'il pouvait être souhaitable d'améliorer encore l'effet d'agitation et d'entraínement du fluide de forage et des débris, dans l'annulaire de forage.
Le but de l'invention est donc de proposer un élément profilé pour un équipement de forage rotatif présentant une forme globale de révolution et un axe dirigé suivant l'axe de rotation du forage et des parties en saillie et des parties en creux dans des directions radiales perpendiculaires à l'axe sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hélice ayant pour axe l'axe de rotation de l'équipement de forage, de manière à produire un effet d'agitation contrôlé et d'accélération de la remontée d'un fluide de forage et de déblais dans un espace annulaire entre l'élément profilé et la paroi du trou de forage pendant la rotation de l'équipement de forage, cet élément profilé présentant des propriétés améliorées d'agitation du fluide de forage et de débris et d'entraínement du fluide de forage dans l'annulaire de forage.
Dans ce but, l'angle d'inclinaison des hélices suivant lesquelles sont disposées les parties en saillie et les parties en creux de l'élément profilé par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de forage, augmente dans le sens de circulation axiale du fluide de forage dans l'espace annulaire, c'est-à-dire du bas vers le haut, la circulation axiale du fluide de forage étant accélérée le long des parties en saillie et des parties en creux du fait du sens de rotation de la tige de forage.
L'invention concerne également d'autres caractéristiques de l'élément profilé qui, combinées à des parties en saillie et en creux d'inclinaison variable selon l'invention, permettent d'augmenter encore l'effet d'agitation et d'entraínement du fluide de forage et des débris dans l'annulaire de forage.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemples, en se référant aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation d'une tige de forage comportant des éléments profilés suivant l'invention. '
  • La figure 1 est une vue en élévation latérale d'une tige de forage comportant trois éléments profilés suivant l'invention, en position de travail dans un trou de forage.
  • La figure 2 est une vue développée d'un élément profilé de la tige de forage représentée sur la figure 1.
  • La figure 3 est une demi-vue en coupe axiale de l'élément profilé représenté sur la figure 2, sous forme développée.
  • La figure 4A est une vue en coupe transversale selon 4-4 de la figure 2, montrant une partie de la section de l'élément profilé suivant un premier mode de réalisation.
  • La figure 4B est une vue en coupe transversale selon 4-4 de la figure 2, montrant un second mode de réalisation d'une partie de la section transversale de l'élément profilé.
  • La figure 5A est une vue en coupe transversale suivant 5A-5A de la figure 2 montrant un premier mode de réalisation de la section transversale.
  • La figure 5B est une vue en coupe suivant 5B-5B de la figure 2 montrant la section transversale d'une partie de l'élément profilé, suivant un second mode de réalisation.
  • La figure 6 est une vue en élévation d'une tige de forage comportant deux éléments profilés suivant un second mode de réalisation.
  • La figure 7 est une vue en élévation latérale et en coupe partielle d'un élément profilé de la tige représentée sur la figure 6.
  • La figure 8 est une vue en coupe transversale d'une tige de forage comportant un élément profilé suivant l'invention, en position de service dans un trou de forage.
    • Sur la figure 1, on voit une tige de forage désignée dans son ensemble par le repère 1 qui comporte, dans trois zones espacées suivant la direction axiale de la tige, trois éléments profilés 2 suivant l'invention.
    La tige de forage comporte, de manière habituelle, à l'une de ses extrémités (extrémité supérieure), un raccord femelle 1a et, à son extrémité inférieure, un raccord mâle 1b constitués par des parties filetées de forme tronconique permettant d'assembler entre elles des tiges successives 1 d'un train de forage.
    Sur la figure 2, on a représenté à plus grande échelle un tronçon de la tige constituant un élément profilé 2, sous forme développée.
    Le tronçon de tige constituant l'élément profilé 2 comporte principalement une zone 3 s'étendant sur la majeure partie de la longueur du tronçon profilé destinée à assurer une agitation d'un fluide de forage autour de la tige de forage 1, à l'intérieur du trou de forage, dans l'espace annulaire 10 entre la surface extérieure de la tige de forage et la paroi du trou de forage représenté sur la figure 1.
    Dans la zone 3, la surface extérieure de la tige de forage de forme générale cylindrique ayant pour axe l'axe de forage 4 de la tige de forage comporte des parties en creux 5 et des parties en saillie 6 s'étendant de manière continue suivant toute la longueur de la zone 3 d'agitation et de turbulence de l'élément profilé.
    Les parties en creux 5 sont constituées sous la forme de gorges dont la section transversale peut présenter la forme représentée sur la figure 4A (premier mode de réalisation) ou sur la figure 4B (second mode de réalisation).
    Les parties en saillie 6 présentent la forme de lames séparant deux parties en creux ou gorges 5 successives.
    Les gorges 5 et les lames 6 présentent un axe respectif 5a, 6a disposé suivant une hélice ayant pour axe l'axe 4 de la tige de forage enroulée dans un sens permettant de favoriser la remontée du fluide de forage dans l'annulaire 10, du fait du sens de la rotation de la tige de forage (flèche Q sur la figure 2.
    Selon l'invention, les hélices 5a et 6a présentent une inclinaison croissante dans le sens de circulation du fluide de forage dans l'annulaire de forage (flèche 7), c'est-à-dire dans le sens allant du bas vers le haut, dans la position de service de la tige de forage 1 à l'intérieur du trou de forage, par rapport à un plan transversal perpendiculaire à l'axe 4 de la tige de forage.
    Sur la figure 2, on a représenté la trace, sur le plan de la figure, d'un plan de section transversale 8 et la tangente aux hélices 5a et 6a d'une gorge 5 et d'une lame 6 de la zone d'agitation 3 de l'élément profilé. Les tangentes aux hélices 5a et 6a constituant les axes ou lignes médianes des gorges 5 et des lames 6 font avec le plan de trace 8, sur la figure 2, un angle αy qui est l'angle d'inclinaison de l'hélice au niveau du plan de section transversale de trace 8 ayant pour ordonnée (dans la direction de l'axe 4 de la tige de forage) y.
    Selon l'invention, αy est croissant avec y, les ordonnées des points de la tige de forage dans la direction de l'axe 4 étant croissantes de bas en haut, c'est-à-dire dans le sens 7 de circulation du fluide de forage dans l'annulaire 10.
    En particulier, les angles d'inclinaison αe des hélices 5a et 6a à l'entrée de la zone 3 sont inférieurs aux angles d'inclinaison αs des hélices à la sortie de la zone 3 d'agitation et d'entraínement de la tige de forage.
    Comme il est visible sur la figure 4A, les gorges 5 peuvent présenter, en section transversale, une forme telle que décrite et revendiquée dans la demande de brevet français 97 03207, cette forme permettant de réaliser un écopage intense du fluide de forage dans l'annulaire 10 du trou de forage, du fait que la section de la gorge 5 présente en particulier une partie en contre-dépouille délimitée par une partie droite de la section faisant un angle β1 avec la direction perpendiculaire à l'axe 4 de la tige de forage, suivant l'arête externe de la section 5 disposée vers l'arrière de la gorge 5, en considérant le sens de rotation Q de la tige de forage autour de son axe de rotation 4 (figure 2).
    De plus, les gorges disposées suivant une hélice autour de la tige de forage assurent un entraínement du fluide de forage et des débris de forage dans l'annulaire 10, vers le haut suivant la direction de la flèche 7, du fait de la rotation de la tige de forage.
    L'inclinaison croissante des hélices dans le sens allant du bas vers le haut produit un entraínement à vitesse croissante du fluide de forage dans l'annulaire et un effet de balayage accru du trou de forage. On obtient de ce fait une modification du champ de vitesse à l'intérieur de l'annulaire 10, les vitesses étant modifiées en valeur absolue et en direction suivant la direction y de l'axe 4 de la tige de forage et de l'élément profilé 2. L'augmentation de l'inclinaison des hélices suivant la direction y peut être modulée en fonction des conditions opératoires de la tige de forage.
    De plus, les sections sy des gorges 5 sont décroissantes dans le sens de la flèche 7, c'est-à-dire dans le sens des ordonnées croissantes y. Les sections décroissantes sy des gorges 5 peuvent être obtenues, soit du fait que les gorges 5 ont une profondeur décroissante dans le sens des ordonnées croissantes y soit du fait qu'elles ont une largeur décroissante dans le sens des ordonnées croissantes, soit encore du fait qu'elles présentent une profondeur et une largeur décroissantes.
    Les parties en saillie 6 ou lames disposées chacune entre deux gorges 5 successives ont, du fait de la section et de la largeur décroissante des gorges 5, une section et une largeur croissantes dans le sens des ordonnées croissantes y (ou de la circulation du fluide dans l'annulaire 10 représentée par la flèche 7).
    Comme il est visible sur la figure 4B, les gorges 5 peuvent présenter, en section transversale, une forme dissymétrique sans partie en contre-dépouille, l'effet d'écopage et d'agitation du fluide de forage étant toutefois moins intense que dans le cas des gorges suivant le premier mode de réalisation représenté sur la figure 4A, présentant une partie en contre-dépouille. Les gorges selon le second mode de réalisation, dont l'usinage est plus facile, permettent cependant d'obtenir un effet d'écopage et d'agitation satisfaisant, du fait de la présence des lames 6 entre deux gorges successives 5. Comme dans le cas du premier mode de réalisation, les gorges 5 peuvent présenter une section, une profondeur et/ou une largeur décroissantes dans le sens 7 de circulation du fluide dans l'annulaire 10 (sens des ordonnées y croissantes), les lames 6 ayant corrélativement une section et une largeur croissantes.
    Comme il est visible sur la figure 2, l'élément profilé 2 comporte, en amont de la zone 3 d'agitation et d'entraínement, en considérant le sens de circulation 7 du fluide de forage, successivement, une zone d'agitation préalable 9, une zone de précharge hydraulique 11 et une zone de turbulence 13.
    Comme il est visible sur la figure 3, la zone de précharge 11 est constituée par une partie de la tige de forage ayant un diamètre Φr sensiblement supérieur au diamètre maximal de la tige de forage 1 dans la zone d'agitation 3. La zone 11 peut être délimitée, sur la surface extérieure de la tige de forage, par une surface torique, comme représenté en particulier sur les figures 1 et 3, le diamètre maximal Φr étant alors le diamètre de la partie médiane de la zone 11 de forme torique.
    Le raccordement de la zone de précharge 11 de la tige de forage avec la zone d'agitation 3 est réalisé par l'intermédiaire de la zone 13 ou zone de turbulence dans laquelle la tige de forage présente un diamètre décroissant, suivant une surface courbe dont la section est représentée sur la figure 3.
    La zone de précharge 11 se raccorde à la partie courante de la tige de forage, en-dessous de l'élément profilé 2, par l'intermédiaire de la zone 9 d'agitation préalable dont le diamètre est croissant dans le sens des ordonnées y croissantes (ou sens de circulation 1 du fluide de forage dans l'annulaire 10) et dont la section longitudinale courbe est sensiblement analogue à la section longitudinale de la zone de turbulence 13, comme il est visible sur la figure 3. L'inclinaison de la partie courbe de la zone d'agitation préalable 9 par rapport à une direction parallèle à l'axe 4 de la tige de forage, au niveau de son raccordement avec la zone de précharge 11, est inférieure à l'inclinaison de la partie courbe de raccordement de la zone de turbulence 11 avec la zone d'appui (angle β2 ≤ β3) (sur la figure 3).
    De part et d'autre de l'élément profilé 2, la partie courante de la tige de forage présente un diamètre nominal ΦDN.
    L'élément profilé 2 se raccorde également à la partie courante de la tige de forage 1 à diamètre nominal ΦDN, à son extrémité aval, par une zone d'appui 14 au niveau de laquelle la tige présente un diamètre Φu maximal sensiblement supérieur ou égal au diamètre Φr de la zone de précharge amont 11 (qui peut, dans certains cas, être également une zone d'appui).
    Les diamètres Φr et Φu sont sensiblement supérieurs au diamètre nominal ΦDN de la partie courante de la tige de forage, les zones de précharge 11 et d'appui 14 constituant deux zones en saillie radiale, dans les parties d'extrémité amont et aval, respectivement, de l'élément profilé 2.
    Dans la zone d'agitation préalable 9 et dans la zone de précharge 11, l'élément profilé 2 comporte des parties en creux ou en saillie 16 espacées l'une de l'autre suivant la direction circonférentielle de la tige de forage et disposées chacune suivant une hélice 16a dont l'inclinaison par rapport à un plan transversal de la tige de forage est croissante dans le sens des ordonnées croissantes y, de la même manière que les hélices 5a et 6a des gorges et parties en saillie 5 et 6 de la zone d'agitation 3.
    Lorsque les parties 16 sont des parties en creux dans la direction radiale et constituent des gorges, leur section, leur profondeur et/ou leur largeur peuvent être constantes ou décroissantes dans le sens des ordonnées croissantes y. Lorsque les parties 16 sont des parties en saillie, leur section et/ou leur largeur peuvent être constantes ou croissantes dans le sens des ordonnées croissantes y. Leur hauteur peut être décroissante dans le sens des ordonnées y croissantes.
    On obtient ainsi un effet d'entraínement accru du fluide de forage dans la zone d'agitation initiale 9 et dans la zone de précharge 11.
    En outre, la présence de la surface courbe des zones 9 et 11 qui présente un diamètre croissant dans le sens d'écoulement du fluide produit un décollement des filets de fluide de la tige de forage, ces filets de fluide étant ensuite renvoyés suivant un écoulement turbulent, à partir de la zone de précharge 11, dans la zone de turbulence 13 où le fluide de forage constitue des tourbillons favorables pour assurer un mélange et un entraínement des débris de forage par le fluide de forage qui est ensuite repris par la zone d'entraínement et d'agitation principale 3.
    Sur la figure 5A, on a représenté la section transversale de gorges 16 disposées suivant des hélices et constituant des parties en creux de la zone d'agitation préalable 9 et de la zone de précharge 11, dans un premier mode de réalisation. Les gorges 16 présentent généralement une profondeur et une largeur et donc une section constantes dans le sens de circulation du fluide 7 ou sens des ordonnées croissantes y. Toutefois, la largeur et/ou la profondeur et donc la section des gorges 16 peuvent être également décroissantes dans le sens des ordonnées croissantes. Les gorges 16 sont obtenues par usinage de la surface extérieure de la tige de forage, au niveau de la surface courbe de raccordement de la partie courante de la tige de forage avec la zone d'appui torique 11.
    Sur la figure 5B, on a représenté, selon un second mode de réalisation, des parties en saillie 16 constituant des nervures suivant des hélices autour de l'axe de la tige de forage. L'inclinaison des hélices suivant lesquelles sont disposées les nervures 16 est croissante dans la direction des ordonnées croissantes. De plus, la largeur des nervures 16 peut être décroissante et /ou leur hauteur décroissante suivant la direction des ordonnées y croissantes, de sorte que la section transversale des zones en creux 17 entre deux parties en saillie 16 est décroissante dans le sens des ordonnées y croissantes. On obtient ainsi des circulations transversales de fluide de forage qui accroissent la turbulence et l'agitation.
    La zone de précharge 11 permet de réaliser une déflection du fluide de forage vers l'extérieur, ce qui favorise la remontée des déblais dans l'annulaire 10. De plus, la zone de précharge 11 permet, comme la zone 9, de créer une pré-agitation du fluide de forage et des déblais avant la zone 3.
    Le fluide de forage est également porté en pression (précharge) dans la zone 11.
    Une seconde zone de charge 11', analogue à la zone 11 qui a été décrite plus haut, peut être située en aval de la zone d'appui 14 (dans le sens de circulation 7 du fluide dans l'annulaire 10), afin de renforcer l'effet de remontée des déblais. Cette zone supplémentaire constitue une zone de post-charge pour le dispositif.
    Pour cela, on prévoit, en aval de la partie en saillie radiale 14 du dispositif de forage, une seconde partie en saillie radiale constituant des zones analogues aux zones 9 d'agitation et 11 de précharge situées en amont du dispositif.
    Sur les figures 2 et 3, on a également représenté une buse 18 qui est introduite et fixée dans la paroi de la tige de forage 1 de forme tubulaire, dans la zone d'agitation et d'entraínement 3.
    La buse 18 peut être placée par exemple dans le fond et dans la partie médiane d'une gorge 6 de la zone d'agitation et d'entraínement 3. La buse 18 présente un premier conduit, ou canal d'entrée 18a, dans une direction sensiblement radiale de la tige de forage, débouchant dans l'espace interne de la tige de forage 1 tubulaire et un second conduit 18b, ou canal de sortie, communiquant avec le canal d'entrée 18a ayant une direction sensiblement axiale ou légèrement inclinée vers l'extérieur de la tige de forage 1, du bas vers le haut. Le canal de sortie 18b débouche dans l'annulaire 10 à l'extérieur de la tige de forage sur une partie d'extrémité supérieure de la buse 18 dirigée vers le haut.
    Le fluide de forage circulant de haut en bas dans l'espace interne de la tige de forage 1 annulaire (flèche 7') présente une pression sensiblement supérieure à la pression du fluide de forage circulant de bas en haut dans l'annulaire de forage 10 à l'extérieur de la tige de forage (flèche 7). De ce fait, du fluide de forage est entraíné à l'intérieur du canal d'entrée 18a de la buse 18 puis éjecté par le canal de sortie 18b vers le haut à l'intérieur de la gorge 5 dans laquelle est fixée la buse 18. On accroít ainsi la vitesse de circulation et l'agitation du fluide, en utilisant une ou plusieurs buses disposées de préférence à l'intérieur d'une ou de plusieurs gorges 5 d'agitation et d'entraínement de la zone 3 de l'élément profilé 2 de la tige de forage.
    Sur la figure 6, on a représenté une tige de forage désignée de manière générale par le repère 1 qui comporte deux éléments profilés doubles suivant l'invention et suivant une variante de réalisation désignés par le repère 2'.
    Comme il est visible sur la figure 7, l'élément profilé 2' de la tige de forage 1 est réalisé sous forme double et comporte successivement, du bas vers le haut, une première zone d'agitation et d'entraínement 3'a, une première zone d'appui et d'activation mécanique 13'a, une seconde zone d'activation et d'entraínement 3'b et une seconde zone d'appui et d'activation mécanique 13'b.
    Les zones d'activation et d'entraínement 3'a et 3'b sont réalisées suivant l'invention, c'est-à-dire qu'elles comportent des gorges 5' séparées par des lames 6' disposées suivant des hélices dont l'angle avec un plan transversal perpendiculaire à l'axe 4 de la tige de forage est croissant dans le sens de circulation 7 du fluide de forage dans un annulaire de forage 10 à l'extérieur de la tige 1. Les largeurs et/ou les profondeurs et donc les sections transversales des gorges 5' peuvent être décroissantes dans le sens de circulation 7 du fluide de forage dans l'annulaire 10, de manière à accroítre la turbulence et à produire un effet de palier fluide.
    De plus, les zones d'agitation 3'a et 3'b sont également réalisées sous la forme de zones de déflection selon la demande de brevet français 01 05752, la surface extérieure de la tige de forage au niveau des zones d'agitation et d'entraínement 3'a et 3'b inclinée par rapport à l'axe 4 de la tige de forage présentant une ligne méridienne dans un plan axial qui s'éloigne de l'axe 4 de l'élément profilé 2 et de la tige de forage 1, dans le sens de circulation 7 du fluide de forage dans l'annulaire, c'est-à-dire dans le sens allant de bas en haut dans la position de service de la tige de forage à l'intérieur d'un trou de forage.
    On obtient ainsi un effet d'agitation accru par le fait qu'on ajoute une composante de direction radiale à la vitesse du fluide de forage entraíné par les gorges 5' et les parties en saillie 6' des zones d'agitation et d'entraínement 3'a et 3'b.
    On a figuré sous la forme d'une flèche circulaire Q le sens de rotation de la tige de forage en service dans un trou de forage. On a représenté, de part et d'autre de l'élément profilé 2', du côté amont et du côté aval, la partie courante de la tige de forage de diamètre ΦDN.
    L'élément profilé 3' présente, dans les zones d'appui et d'activation mécanique 13'a et 13'b, un diamètre maximal sensiblement supérieur au diamètre ΦDN. Dans les zones 13'a et 13'b, la surface extérieure de l'élément profilé est usinée pour présenter deux parties successives de diamètre maximal séparées par une partie centrale de plus faible diamètre.
    Les deux parties de diamètre maximal des zones d'appui et d'activation mécanique 13'a et 13'b sont usinées de manière à présenter au moins une gorge hélicoïdale continue ayant un angle d'inclinaison faible, généralement inférieur à 30° par rapport aux plans transversaux de la tige de forage perpendiculaires à l'axe 4, de sorte que les deux parties des zones d'appui et d'activation mécanique 13'a et 13'b de part et d'autre de la zone centrale sans rainure hélicoïdale ont une forme analogue à un élément fileté dont les filets successifs ont des formes sensiblement hélicoïdales. On obtient ainsi un effet d'entraínement du fluide dans la zone d'appui, lors de la rotation de la tige de forage suivant la flèche Ω (effet de vis d'Archimède) et un effet de palier fluide au niveau des appuis de la tige de forage par l'intermédiaire des zones d'appui 13'a et 13'b.
    Sur la figure 8, on a représenté la section d'un élément profilé 2 d'une tige de forage 1, au niveau d'une zone d'agitation telle que la zone d'agitation 3 dans laquelle l'élément profilé 2 comporte des gorges 5 dissymétriques et pouvant présenter une partie en contre-dépouille assurant un parfait écopage du fluide de forage dans l'annulaire 10 à l'intérieur du trou de forage 20, lors de la rotation de la tige de forage dans la direction de la flèche Ω. Dans l'annulaire 10, le fluide de forage entraíne des débris 19 produits par le forage à l'intérieur et le long des gorges 5 de la zone d'agitation et d'entraínement 3 de l'élément profilé. Lors de sa rotation à l'intérieur du trou de forage 20, la tige de forage 1 s'approche du bord du trou de forage, de sorte que l'annulaire 10 présente une largeur variable dans la direction circonférentielle de la tige de forage.
    Sur la figure 8, on a représenté la coupe transversale de la tige de forage vue depuis le bas du forage, la circulation du fluide de forage dans l'annulaire de forage provoquant l'entraínement des débris 9 se produisant dans une direction perpendiculaire au plan de coupe de la figure 8 et vers l'arrière du plan de la figure 8.
    La réalisation de la zone d'agitation et d'entraínement 3 de l'élément profilé de la tige de forage suivant l'invention permet d'assurer un écopage et un entraínement vers le haut du fluide de forage et des débris 19, de telle manière que la recirculation du fluide de forage et des débris dans l'annulaire 10 se produise de manière préférentielle, dans la zone 21 d'éloignement maximal de la surface extérieure de la tige de forage de la paroi du trou de forage 20 et non dans les zones 22 où l'annulaire de forage 10 ne présente pas une largeur maximale. Les dispositions suivant l'invention permettent ainsi en effet d'obtenir une répartition idéale des vitesses d'entraínement vertical dans l'annulaire 10 autour de la tige de forage.
    De même, la zone de précharge 11 permet de créer un gradient de vitesse et donc de pression dans l'écoulement du fluide de forage dans l'annulaire 10, de manière à diriger l'écoulement préférentiellement vers la zone 21.
    L'élément profilé suivant l'invention permet donc d'optimiser l'agitation et l'entraínement du fluide de forage et des débris de forage à l'intérieur de l'annulaire, en particulier dans le cas de forages déviés présentant des parties pratiquement horizontales.
    L'invention ne se limite pas strictement aux modes de réalisation qui ont été décrits.
    On peut imaginer certaines variantes de réalisation des éléments profilés combinant plusieurs zones d'agitation, de charge et/ou précharge et d'entraínement et plusieurs zones d'appui et d'activation mécanique telles que celles qui ont été décrites.
    L'invention s'applique à tout élément d'un train de tiges de forage et en particulier aux éléments de trains de tiges de forage utilisés pour le forage directionnel.

    Claims (12)

    1. Elément profilé pour un équipement de forage rotatif tel qu'une tige de forage (1) présentant une forme globale de révolution et un axe dirigé suivant l'axe de rotation (4) du forage et des parties en saillie (6, 6') et des parties en creux (5, 5') dans des directions radiales perpendiculaires à l'axe (4) sur sa surface externe, suivant des dispositions sensiblement en forme d'hélices (5a, 6a) ayant pour axe l'axe de l'élément profilé (2), de manière à produire un effet d'agitation contrôlé et d'accélération de la remontée d'un fluide de forage et de déblais, dans un espace annulaire (10) entre l'élément profilé (2) de l'équipement de forage (1) et la paroi d'un trou de forage (20), pendant la rotation de l'équipement de forage (1), caractérisé par le fait que l'angle d'inclinaison (αy) des hélices (5a, 6a) suivant lesquelles sont disposées les parties en saillie (6, 6') et les parties en creux (5, 5') de l'élément profilé (2), par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'élément profilé (2), augmente dans le sens de circulation axiale (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), c'est-à-dire du bas vers le haut dans la position de service de l'équipement de forage (1), la circulation axiale du fluide de forage étant accélérée le long des parties en saillie et des parties en creux, du fait du sens de rotation de la tige de forage.
    2. Elément profilé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les parties en creux (5, 5') de l'élément profilé (2) constituées par des gorges (5, 5') présentent l'une au moins d'une largeur dans une direction circonférentielle de l'élément profilé (2) et d'une profondeur dans une direction radiale perpendiculaire à l'axe de l'élément profilé (2) et donc une section transversale dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'élément profilé (2), décroissantes dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10).
    3. Elément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comporte, de part et d'autre, dans la direction axiale, d'une zone d'agitation et d'entraínement (3) dans laquelle l'élément profilé (2) présente des parties en saillie (6) et des parties en creux (5) disposées suivant des hélices (5a, 6a), une zone de précharge (11) dans laquelle la tige de forage (1) présente une partie en saillie radiale vers l'extérieur et une zone d'appui (14) dans laquelle la tige de forage (1) présente également une partie en saillie radiale vers l'extérieur et un diamètre maximal supérieur au diamètre maximal de l'élément profilé dans la zone d'agitation et d'entraínement (3) et au diamètre nominal (ΦDN) de la tige de forage (1) dans des parties courantes disposées de part et d'autre dans la direction axiale de l'élément profilé (2).
    4. Elément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une seconde zone de charge (11') ou zone de post-charge analogue à la zone de précharge (11) située en aval de la zone d'appui (14), dans le sens de circulation du fluide de forage dans l'espace annulaire (10).
    5. Elément profilé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait qu'il comporte, de part et d'autre de la zone de précharge (11) disposée vers l'amont de la zone d'agitation et d'entraínement (3), dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), une zone d'agitation et d'entraínement préalable (9) située vers l'amont et une zone de turbulence (13) située vers l'aval dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), la surface extérieure de l'élément profilé présentant un diamètre croissant dans le sens de circulation du fluide de forage dans la zone d'agitation et d'entraínement préalable (9) et un diamètre décroissant dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), dans la zone de turbulence (13).
    6. Elément profilé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la zone d'agitation et d'entraínement préalable (9) et dans la zone de précharge (11), l'une au moins d'une pluralité d'éléments en creux et d'éléments en saillie (16) espacés dans la direction circonférentielle de l'élément profilé, disposés suivant des hélices (16a) ayant pour axe l'axe (4) de l'élément profilé (2), dont l'angle d'inclinaison par rapport à un plan transversal perpendiculaire à l'axe (4) de l'élément profilé (2) est croissant dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10).
    7. Elément profilé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la zone d'agitation et d'entraínement préalable (9) et dans la zone de précharge (11), des parties en creux (16) constituées par des gorges usinées suivant les hélices (16a) sur la surface extérieure de l'élément profilé (2) de la tige de forage (1).
    8. Elément profilé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans la zone d'agitation et d'entraínement préalable (9), des parties en saillie (16) constituées par des nervures disposées suivant des hélices (16a) entre lesquelles la surface extérieure de l'élément profilé de la tige de forage (1) est usinée pour constituer des parties en creux (17).
    9. Elément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte, au moins dans une zone d'agitation et d'entraínement (3) comportant des parties en creux (5) et des parties en saillie (6) disposées suivant des hélices (5a, 6a), au moins une buse (18) traversant une paroi tubulaire de l'élément profilé (2) d'une tige de forage (1) entre un espace central interne de circulation du fluide de forage dans la tige de forage et l'espace annulaire (10) extérieur à l'élément profilé (2) de la tige de forage (1) comportant un canal d'entrée (18a) de direction sensiblement radiale perpendiculaire à l'axe (4) de l'élément profilé (2) de la tige de forage débouchant dans l'espace interne de l'élément profilé de la tige de forage (1) et un canal de sortie (18b) communiquant avec le canal d'entrée (18a) et débouchant à l'extérieur de l'élément profilé de la tige de forage, dirigé dans une direction sensiblement parallèle à l'axe (4) de l'élément profilé (2) dans le sens de circulation (7) du fluide de forage dans l'espace annulaire (10), c'est-à-dire vers le haut dans la position de service de la tige de forage (1).
    10. Elément profilé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une zone d'agitation et d'entraínement (3'a, 3'b) comportant des parties en creux (5') et des parties en saillie (6') suivant des hélices ayant pour axe l'axe (4) de l'élément profilé (2) et, dans le prolongement axial de l'au moins une zone d'agitation et d'entraínement (3'a, 3'b), au moins une zone d'appui et d'activation mécanique (13'a, 13'b) dans laquelle la tige de forage présente un diamètre maximal et comporte, sur sa surface externe, au moins une rainure hélicoïdale.
    11. Elément profilé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que l'au moins une zone d'appui et d'activation mécanique (13'a, 13'b) comporte, dans la direction de l'axe (4) de l'élément profilé (2') de la tige de forage (1), une première partie de diamètre maximal de la tige de forage (1) usinée sur sa surface extérieure suivant au moins une rainure hélicoïdale sensiblement continue analogue à un filetage, une zone médiane ayant un diamètre inférieur au diamètre maximal de la tige de forage, sans rainure hélicoïdale et une seconde partie à diamètre maximal de la tige de forage (1) usinée sur sa surface extérieure pour présenter au moins une rainure hélicoïdale sensiblement continue.
    12. Equipement de forage tel qu'une tige de forage (1) comportant au moins un élément profilé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11.
    EP03290005A 2002-01-18 2003-01-02 Elément profilé pour un équipement de forage rotatif Withdrawn EP1329586A1 (fr)

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