EP0506919B1 - Tete d'injection motorisee munie d'un ensemble de mesure dynamometrique - Google Patents

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EP0506919B1
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Henry Henneuse
Denis Becq
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Societe National Elf Aquitaine
Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
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    • E21B3/00—Rotary drilling
    • E21B3/02—Surface drives for rotary drilling
    • E21B3/022—Top drives
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/16—Connecting or disconnecting pipe couplings or joints
    • E21B19/165—Control or monitoring arrangements therefor
    • E21B19/166—Arrangements of torque limiters or torque indicators
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/007—Measuring stresses in a pipe string or casing
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency

Definitions

  • the present invention relates to an injection head provided with a dynamometric measuring assembly and, more particularly to such an injection head intended to rotate a drill pipe.
  • the first, and most classic, is the rotation table which is mounted on the floor of the drill mast and has a square or hexagonal opening intended to receive a drive rod of complementary section. The table is rotated and thus causes the rotation of the drill string.
  • the other type of device is the motorized injection head, where an electric or hydraulic motor, mounted adjacent to the movable block, is connected directly to the upper end of the drill string.
  • the motor is mounted on a carriage which slides on rails arranged vertically on the mast thus allowing the carriage to move while absorbing the torque generated during drilling.
  • dynamometric measurement assemblies which are intended to be mounted on the drill string in order to be able to measure the forces and capture the various vibrations of the latter which are generated during drilling and which can be characteristic of either behavior of the drill string, either the state of wear of the tool, or the type of rock being destroyed.
  • Document US-A-4,715,451 describes a drilling assembly comprising a motorized head and a drill rod element provided with a measuring assembly.
  • the drill pipe member is disposed at the upper end of the drill string.
  • the positioning of the dynamometric measuring assembly below the automatic key is a source of difficulty because, during certain maneuvers, for example the removal of only a few elements from the drill string while maintaining the circulation of the mud, first remove the measuring system. Additional time, resulting from this removal and reassembly of the measuring assembly, therefore adds to the maneuver.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a motorized injection head provided with a dynamometric measuring assembly which is simple, reliable in construction and which makes it possible to carry out all types of maneuvers without dismantling the measuring assembly. .
  • the invention proposes a motorized injection head, intended to drive in rotation a drill pipe, comprising a motor provided with a main shaft, an assembly of automatic key, an elevator and a dynamometric measurement assembly comprising at least one sensor, mounted on an extension of the main shaft, characterized in that the dynamometric measuring assembly is mounted adjacent to the engine outlet between the engine and the automatic key assembly.
  • FIG 1 a motorized injection head 10 fixedly mounted on a carriage 12 provided with rollers 14 which allow it to slide on two rails 16 arranged vertically and integral with the drilling mast (not shown).
  • the injection head 10 comprises an engine 18 which can be electric or hydraulic and which comprises a hollow main shaft 20 which is connected by a bearing to a head injection 22 also fixedly mounted on the carriage 12. Conventionally, the injection head is suspended from the hook 24 of the movable block 26 which is part of the mast winch (not shown).
  • the injection head 22 is supplied with mud, in a known manner, by a flexible conduit 28 connected to a source of pressurized mud (not shown). Below the motor 18, and connected thereto by torque transmission arms 30, are the automatic key assembly 32 and 34 of the elevator 36.
  • the dynamometric measurement assembly 38 is disposed between the motor 18 and the automatic key assembly 32 and the elevator 36.
  • the dynamometric measuring assembly represented at 38, comprises a hollow extension 40 of the main shaft 20 which comprises, at its lower end, a male thread 42 intended to cooperate with a female thread corresponding to the upper end of the drill string (not shown).
  • the dynamometric measurement assembly 38 comprises a series of sensors mounted fixed on its outer surface and forming a measurement assembly.
  • the assembly comprises two traction gauges 44 and 46, a pair 48, 50 of torsion gauges, a temperature gauge 52, a pair of longitudinal accelerometers 54, 56, and three transverse accelerometers 58, 60, 62.
  • the assembly is provided with a pressure sensor 64.
  • the data generated by the sensors are processed by an electronic conditioning circuit 66 which allows digital multiplexing of the signals.
  • the electronic circuit is connected to a pair of annular tracks 68, 70 arranged around the shaft 40.
  • a brush holder assembly 72 mounted in rotation relative to the shaft 40, is intended to pick up the signals from the annular tracks 68 , 70.
  • This assembly 72 is connected to a connector 74 disposed on a flange 76 also mounted free to rotate on the shaft 40, the whole forming a rotating collector assembly.
  • the signals are sent to a processing center distant from the drill mast by an ordinary transmission cable 78.
  • the signals can be sent by radio or by magnetic induction.
  • a sheath 80 is intended to be mounted on the flange 76 to protect the various sensors.
  • a centralized measuring assembly is arranged integrally in the motorized injection head so as not to require additional maneuvering on the part of the driller.

Description

  • La présente invention se rapporte à une tête d'injection munie d'un ensemble de mesure dynamométrique et, plus particulièrement à une telle tête d'injection destinée à entraîner en rotation une tige de forage.
  • Il existe deux types de dispositifs qui peuvent être utilisés sur un mât de forage pour entraîner en rotation un train de tiges. Le premier, et le plus classique, est la table de rotation qui est montée sur le plancher du mât de forage et comporte une ouverture carrée ou hexagonale destinée à recevoir une tige d'entraînement de section complémentaire. La table est mise en rotation et provoque ainsi la rotation du train de tiges.
  • L'autre type de dispositif est la tête d'injection motorisée, où un moteur électrique ou hydraulique, monté adjacent au moufle mobile, est relié directement à l'extrémité supérieure du train de tiges. Le moteur est monté sur un chariot qui coulisse sur des rails disposés verticalement sur le mât permettant ainsi le déplacement du chariot tout en absorbant le couple généré lors du forage.
  • D'autre part, il existe des ensembles de mesure dynamométrique qui sont destinés à être montés sur le train de tiges afin de pouvoir mesurer les efforts et capter les vibrations diverses de ce dernier qui sont générées lors du forage et qui peuvent être caractéristiques soit du comportement du train de tiges, soit de l'état d'usure de l'outil, ou encore du type de roche en cours de destruction.
  • Le document US-A-4.715.451 décrit un ensemble de forage comportant une tête motorisée et un élément de tige de forage muni d'un ensemble de mesure. L'élément de tige de forage est disposé à l'extrémité supérieure de la garniture de forage.
  • Le document FR-A-2 649 155 au nom de la demanderesse décrit un tel ensemble de mesure dynamométrique pour tige de forage dans lequel une série de capteurs est montée sur un élément de tige de forage de longueur réduite, plus communément appelé "sub". Ce dispositif est monté sur l'extrémité supérieure du train de tiges en dessous de la clef automatique qui est disposée à la sortie du moteur.
  • Malgré ces avantages, le positionnement de l'ensemble de mesure dynamométrique en dessous de la clef automatique est une source de difficultés car, lors de certaines manoeuvres, par exemple le retrait de quelques éléments seulement du train de tiges tout en maintenant la circulation de la boue, il faut préalablement retirer l'ensemble de mesure. Un temps supplémentaire, résultant de ce retrait et remontage de l'ensemble de mesure, s'ajoute, donc, à la manoeuvre.
  • La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant une tête d'injection motorisée munie d'un ensemble de mesure dynamométrique qui est de construction simple, fiable et qui permet de réaliser tout type de manoeuvres sans démontage de l'ensemble de mesure.
  • Pour ce faire, l'invention propose une tête d'injection motorisée, destinée à entraîner en rotation une tige de forage, comprenant un moteur muni d'un arbre principal, un ensemble de clef automatique, un élévateur et un ensemble de mesure dynamométrique comportant au moins un capteur, monté sur une prolongation de l'arbre principal caractérisé en ce que l'ensemble de mesure dynamométrique est monté adjacente à la sortie du moteur entre le moteur et l'ensemble de clef automatique.
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective d'une tête d'injection motorisée munie d'un ensemble de mesure dynamométrique selon la présente invention,
    • la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble de mesure destiné à être monté dans la tête d'injection de la figure 1.
  • Sur la figure 1 est représentée une tête d'injection motorisée 10 montée fixe sur un chariot 12 muni de galets 14 qui lui permettent de coulisser sur deux rails 16 disposés verticalement et solidaires du mât de forage (non représenté). La tête d'injection 10 comprend un moteur 18 qui peut être électrique ou hydraulique et qui comporte un arbre principal 20 creux qui est relié par un roulement à une tête d'injection 22 également montée fixe sur le chariot 12. De manière classique, la tête d'injection est suspendue au crochet 24 du moufle mobile 26 qui fait partie du treuil du mât (non représenté).
  • La tête d'injection 22 est alimentée en boue, de façon connue, par un conduit flexible 28 relié à une source de boue sous pression (non représentée). En dessous du moteur 18, et reliés à celui-ci par des bras de transmission de couple 30, se trouvent l'ensemble de clef automatique 32 et 34 de l'élévateur 36.
  • Selon l'invention, l'ensemble de mesure dynamométrique 38 est disposé entre le moteur 18 et l'ensemble de clef automatique 32 et l'élévateur 36.
  • Comme représenté sur la figure 2, l'ensemble de mesure dynamométrique, représenté en 38, comprend une prolongation creuse 40 de l'arbre principal 20 qui comporte, à son extrémité inférieure, un filetage 42 mâle destiné à coopérer avec un filetage femelle correspondant à l'extrémité supérieure du train de tiges (non représentés).
  • L'ensemble de mesure dynamométrique 38 comprend une série de capteurs montés fixes sur sa surface extérieure et formant un ensemble de mesure. Dans l'exemple illustré, l'ensemble comporte deux jauges de traction 44 et 46, un couple 48, 50 de jauges de torsion, une jauge de température 52, un couple d'accéléromètres longitudinaux 54, 56, et trois accéléromètres transversaux 58, 60, 62. De plus, l'ensemble est muni d'un capteur de pression 64. Les données générées par les capteurs sont traitées par un circuit électronique de conditionnement 66 qui permet un multiplexage numérique des signaux. Le circuit électronique est relié à une paire de pistes annulaires 68, 70 disposées autour de l'arbre 40. Un ensemble porte-balais 72, monté en rotation par rapport à l'arbre 40, est destiné à relever les signaux des pistes annulaires 68, 70. Cet ensemble 72 est relié à un connecteur 74 disposé sur une collerette 76 également montée libre en rotation sur l'arbre 40, le tout formant un ensemble collecteur tournant. Les signaux sont envoyés à un centre de traitement éloigné du mât de forage par un câble de transmission 78 ordinaire. Dans un mode de réalisation alternatif, les signaux peuvent être envoyés par radio ou par induction magnétique. Un fourreau 80 est destiné à être monté sur la collerette 76 pour protéger les divers capteurs.
  • Ainsi, grâce à la présente invention un ensemble de mesure centralisé est disposé de manière intégrale dans la tête d'injection motorisée de façon à ne pas nécessiter de manoeuvre supplémentaire de la part du foreur.

Claims (4)

  1. Tête d'injection motorisée, destinée à entraîner en rotation une tige de forage, comprenant un moteur (18) muni d'un arbre principal (20), en ensemble de clef automatique (32), un élévateur (36) et un ensemble de mesure dynamométrique (38) comportant au moins un capteur (44 à 64), caractérisé en ce que l'ensemble de mesure dynamométrique (38) est monté sur une prolongation de l'arbre principal (20) à la sortie du moteur entre le moteur (18) et l'ensemble de clef automatique (32).
  2. Tête d'injection motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'ensemble de mesure est relié à un centre de traitement par un câble (78), le câble (78) étant relié aux capteurs (44 à 64) par un ensemble collecteur tournant.
  3. Tête d'injection motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'ensemble de mesure est relié à un centre de traitement par radio ou par induction magnétique.
  4. Tête d'injection motorisée selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que l'ensemble de mesure comprend une jauge de torsion (48, 50), une jauge de traction (44, 46) et des accéléromètres (54 à 62).
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