La présente invention concerne un dispositif comportant deux éléments articulés d un seul plan, ayant des moyens de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléme l'un par rappoπ à l'autre. L'un des éléments pouvant avoir la liberté de tourner autour son axe longitudinal quel que soit l'angle de son désalignement avec l'autre élément.

Dans le domaine du forage pétrolier, il est souvent nécessaire d'utiliser des racco coudés pour dévier le forage des puits dans une direction désignée tout en suivant u trajectoire prédéterminée.

Pour avoir des moyens de conduite précis, et qui dans le même temps limitent l pertes de temps en manoeuvre de garniture de forage, on utilise des raccords coudés à an variable réglables depuis la surface.

L'art antérieur peut être illustré par le brevet FR-A-2432079 qui concerne dispositif comportant deux éléments tubulaires assemblés entre eux, le premier des éléme pouvant pivoter autour d'un axe formant un angle avec l'axe de l'autre élément. La rotati du premier élément par rappoπ à l'autre provoque un désalignement des deux éléments. désalignement est maximum pour une rotation de 180° et s'annule pour 360°.

Mais le principe de ce dispositif fait décrire au premier élément les génératrices d' cône. Cela procure de grands inconvénients, en temps de réglage et en précision lorsq l'on veut ou doit maintenir la trajectoire du puits suivant un plan. En effet, si l'on se réfè au plan définit par l'axe du filetage supérieur du raccord et l'axe de l'élément inférieur, plan change d'orientation pour chaque valeur d'angle de désalignement. Donc, à chaq réglage du coude, il faut rétablir l'orientation correcte de ce plan pour suivre la trajectoi projetée.

De plus, ce principe de déplacement provoque des couples de torsion sur la garnitu de forage.

La présente invention, en permettant le contrôle de l'angle de désalignement dans plan unique pour toutes les positions, résout efficacement ce problème.

On connaît par le brevet US-A-3627356, un raccord coudé articulé dans un plan do la variation d'angle se fait notamment par l'envoi de tige rigide à travers la garniture forage.

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Ce dispositif ne peut pas être utilisé lorsque la gravité n'est plus active comme c'est le cas dans les forages foπement inclinés. De plus, le diamètre du passage intérieur de circulation des fluides est notablement diminué.

L'an antérieur illustré par ces deux brevets ne décrit pas de dispositif articulé permettant de faire tourner sur son axe un des éléments du dispositif, en effet lorsque l'on utilise un raccord coudé dans une garniture de forage, on intercale obligatoirement, un moteur de fond entre l'outil de forage et la connexion inférieure du raccord coudé. Cela éloigne d'autant le coude de l'outil de forage et réduit considérablement l'effet déviateur d'une telle garniture.

Le dispositif, objet de l'invention, peut être intercalé entre outil de forage et moteur de fond puisque l'élément inférieur peut être entraîné en rotation par le rotor du moteur. On ne soπira pas du cadre de cette invention si un moteur de fond est placé entre l'outil de forage et ledit dispositif

La présente invention permet de résoudre ces problèmes par l'utilisation de la rotation d'un excentrique comme moyens de contrôle de l'angle de désalignement d'un élément par rappoπ à l'autre.

La présente invention utilise le principe d'une articulation en rotule ce qui lui confère une grande résistance mécanique aux effoπs axiaux ou de flexion, en effet la répaπition des effoπs y est bien meilleure comparativement avec une articulation plane, notamment un axe.

Ainsi, la présente invention concerne un dispositif permettant à deux éléments reliés par une articulation de prendre des angles de désalignement l'un par rappoπ à l'autre, dans un même plan désigné par plan de déplacement, l'un des éléments désigné comme inférieur se prolongeant au-delà de l'articulation sous forme d'un bras de levier situé dans un deuxième élément creux désigné comme supérieur.

Ce dispositif se caractérise en ce que l'articulation est de type rotule, en ce que ledit dispositif compoπe des moyens de guidage maintenant le déplacement des deux éléments dans ledit plan de déplacement, lesdits moyens sont incorporés dans l'élément supérieur, en ce que ledit dispositif compoπe également dans l'élément supérieur des moyens de contrôle dudit angle de désalignement, et en ce que lesdits moyens de contrôle compoπe un excentrique dont la position détermine ledit angle.

Les moyens de contrôle peuvent compoπer une pièce sensiblement en forme d'anneau dont l'évidement intérieur, dans lequel est positionné ledit bras de levier, présente

une section droite de forme circulaire dont le centre est excentré par rappoπ à l'axe l'élément supérieur, et au niveau dudit anneau, ledit bras de levier peut compoπer deux fa symétriques par rappoπ à son axe longitudinal et perpendiculaires au plan de déplacem des deux éléments, ledit évidement peut compoπer un organe guidé en rotation par l évidement et comportant lui-même une lumière éventuellement oblongue coopérant a lesdites faces du bras de levier.

L'élément inférieur peut être creux et compoπer à l'extrémité supérieure dudit bras levier une liaison souple et étanche coopérant avec l'extrémité d'une canalisation permett la circulation d'un fluide à travers l'élément inférieur.

L'élément inférieur peut tourner autour de son axe, et ledit bras de levier p coopérer avec une fourrure coaxiale dont la position angulaire est fixe par rappoπ audit p de déplacement.

La canalisation coopérant avec l'extrémité supérieure de l'élément inférieur peut ê un arbre creux de transmission de couple de rotation sur l'élément inférieur.

Les moyens de guidage et de contrôle peuvent compoπer des systèmes de lumière de faces et certaines, au moins, desdites faces peuvent être poπées par ladite fourrure.

L'organe guidé en rotation par ledit évidement peut comporter deux secte identiques comblant les deux espaces délimités par chaque face et l'évidement intérieur l'anneau, et cet évidement peut avoir une forme de troncature symétrique de sphère, lesdits secteurs peuvent être des secteurs de troncature de ladite sphère.

L'élément supérieur peut compoπer un arbre de commande qui lui est concentriq et ledit arbre de commande peut être solidaire en rotation à l'anneau.

Le dispositif peut compoπer des moyens de télécommande des moyens de contr de l'angle de désalignement des deux éléments.

La présente invention concerne également l'application du dispositif à un ensem intégré notamment dans une garniture de forage.

L'application du dispositif peut être caractérisée en ce que le dispositif coopère a un outil de forage vissé sur l'élément inférieur, avec un moteur de fond, un ensem d'éléments aπiculés, des masses-tiges, des tiges de forage.

Le dispositif peut être également appliqué à une garniture de forage qui p compoπer de bas en haut : un outil de forage, ledit dispositif, un moteur de fond,

éléments aπiculés, des masses-tiges, des tiges de forage. Moteur de fond et éléments articulés peuvent être intervertis.

Le dispositif peut être également appliqué à une garniture de forage qui se caractérise en ce que la garniture de forage peut compoπer un moteur de fond vissé sur l'élément inférieur dudit dispositif et en ce qu'un outil de forage est alors vissé sur le rotor dudit moteur.

La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la description qui suit d'exemples particuliers, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles:

- la figure 1 représente un schéma de principe concernant les moyens de guidage et de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléments,

- la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif appliqué à un raccord coudé pour forage,

- les figures 3a et 3b montrent les coupes droites respectivement suivant les plans A et B du dispositif représenté en figure 2,

- la figure 4 représente le détail de la fouπure et des faces coopérants avec les moyens de guidage et de contrôle, suivant un mode de réalisation préférentiel,

- les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5e représentent les coupes droites par les plans A et B en fonction de cinq positions en rotation de l'anneau,

- la figure 6 représente un mode d'application du dispositif au forage incliné,

- la figure 7 représente un autre agencement des équipements dans un mode d'application du dispositif au forage incliné,

- la figure 8 représente un mode de réalisation préférentiel d'éléments articulés,

- la figure 8a représente la vue de face de l'articulation d'un élément articulé,

- la figure 9 représente un autre mode de réalisation d'éléments aπiculés comportant un arbre de transmission en matériau composite,

- la figure 9a représente un guidage de l'arbre de transmission en composite.

La figure 1 représente un schéma de principe du dispositif qui permettra de mie comprendre le fonctionnement des moyens de contrôle de l'angle de désalignement des de éléments l'un par rappoπ à l'autre.

L'élément inférieur 1 est assemblé avec l'élément supérieur 2 par un moyen aπicu de type rotule 3. L'élément inférieur 1 est prolongé au-delà de l'articulation 3 par un bras levier 7. Celui-ci présente sur la figure 1, une portion de longueur en forme de pris régulier dont la section droite compoπe quatre cotés parallèles deux à deux et dont l couples de faces sont perpendiculaires entre eux. Les moyens de guidage et de contrôle so situés au niveau de cette portion du bras de levier.

Les moyens de guidage 4 comportent une lumière 11 de forme allong dimensionnée pour guider le bras de levier 7 dans le plan de déplacement. Les moyens guidage 4 sont solidaires de l'élément supérieur 2.

Les moyens de contrôle de l'angle de désalignement des deux éléments 1 et compoπent une pièce sensiblement en forme d'anneau 5. La surface extérieure de cet annea 5 est concentrique dans le corps de l'élément supérieur 2 et libre en rotation autour de l'a

12.

L'anneau 5 compoπe un évidement intérieur de forme circulaire dont le centre e décentré par rappoπ à l'axe 12 qui représente l'axe de rotation de l'anneau 5. Cet évideme excentrique donnera l'appellation d'excentrique à l'anneau 5. Ce terme sera employé dans l suite de la description.

Un arbre de commande 9 est solidaire en rotation avec l'anneau excentrique 5.

Une pièce 6, notamment en forme de disque est inscrite audit évidemment. La pièc 6 compoπe une lumière 10 de forme allongée dimensionnée pour coopérer avec les faces 1 et 15 du bras de levier. Cette lumière est de préférence centrée sur l'axe de la pièce 6.

On ne soπira pas du cadre de cette invention si les moyens de guidage sont plac ailleurs qu'au niveau du bras de levier 7. Ds peuvent être notamment sensiblement au nivea de l'articulation rotule 3 ou même à l'opposé du bras de levier 7 par rappoπ à l'aπiculation.

On ne soπira pas du cadre de cette invention par l'utilisation d'autres procédés d guidage latéral que celui compoπant une lumière 11.

Le principe du dispositif représenté en figure 1 est le suivant:

Les moyens de guidage maintiennent le déplacement angulaire de l'élément inférieur dans un plan unique contenant l'axe 12 de l'élément supérieur. Pour la simplicité de la figure 1 et de l'exposé du principe, on a représenté en exemple un moyen de guidage qui de plus exclut la rotation de l'élément inférieur autour de son axe longitudinal 13. Cela n'est pas limitatif du principe qui est basé notamment sur le fait que les faces de guidages de la lumière de la pièce 6 doivent rester perpendiculaires au plan de déplacement et parallèles à l'axe 13. Cela est particulièrement le cas où l'on souhaite réduire les jeux mécaniques. Dans l'exemple décrit figure 1, les faces 14 et 15 sont fixées en rotation par les moyens de guidage et la coopération des faces 14 et 15 avec la lumière 10 indexe la position de la pièce 6 suivant la direction désirée.

On ne soπira pas du cadre de cette invention par l'utilisation d'autres moyens d'indexation de la position angulaire de la pièce 6.

Lorsque l'on fait tourner l'arbre de commande 9 d'un tour, la rotation sur 360° de l'excentrique 5 autour de l'axe 12 fait décrire au centre de la pièce 6 un cercle dont le rayon a pour valeur l'excentration de l'évidement de l'anneau 5.

Les faces 14 et 15 qui sont assujetties à rester dans le plan perpendiculaire au plan de déplacement du bras de levier sont entraînées, par la coopération avec la lumière 10 de la pièce 6, sensiblement dans un mouvement de translation de pan et d'autre de l'axe 12. L'élément inférieur, lié audites faces par le bras de levier, est déplacé par ce fait d'une façon angulaire autour de l'articulation et dans le plan de déplacement. L'angle de désalignement a pour valeur (i), angle entre l'axe 12 et l'axe 13.

La figure 2 représente une réalisation préférentielle du dispositif compoπant:

- un élément inférieur 16 assemblé sur l'élément supérieur 18 par le moyen d'une rotule sphérique 17. Ce type d'assemblage présente de grands avantages pour obtenir une grande résistance mécanique indispensable à ce dispositif. En effet que ce soit en traction ou compression, les effoπs peuvent être répartis sur une grande surface grâce à la forme sphérique de l'articulation. D'autre pan, l'élément inférieur pouvant tourner sur son axe 13, la constitution de l'aπiculation compoπe deux hémisphères emprisonnant une butée bidirectionnelle à galets liée à l'élément inférieur 16.

L'élément inférieur 16 est traversé entièrement par un canal 42,

- un bras de levier 19 comportant à son extrémité une fourrure 20 concentrique à l'axe 13 et montée sur roulement,

- un joint souple et étanche 21 coopère avec une canalisation 22,

- un système de liaison en rotation 23 solidarise en rotation la canalisation 22 av l'élément inférieur 16 par l'intermédiaire de la partie supérieure du bras de levier 19, canalisation 22 sera alors également un arbre de transmission de couple de rotation l'élément inférieur,

- un moyen de guidage latéral sensiblement au niveau de la coupe B est solidaire d l'élément supérieur 18. Il compoπe deux secteurs 28 et 29 solidaires du corps de l'éléme supérieur. Ces deux secteurs coopèrent avec les deux plats 31 et 32 de la fourrure 20. L système de guidage est ainsi suffisamment éloigné de l'aπiculation afin de mieux résist aux efforts mécaniques notamment de flexion,

- un moyen de contrôle de l'angle de désalignement au niveau de la coupe A. compoπe un anneau 25 dont la surface extérieure est concentrique au corps de l'éléme supérieur 18. Cet anneau compoπe un évidement 30 en forme de troncature de sphère. L centre de cet évidement est excentré par rappoπ à l'axe 12. Un arbre 24 de commande e rotation est solidaire de l'anneau excentrique 25. L'ensemble arbre et anneau est monté st des roulements coaxiaux avec le corps de l'élément supérieur. Des secteurs 26 et 2 complémentaires à la forme de l'évidement fixent latéralement la fourrure 20 par le moye des plats 33 et 34. Les plats 33 et 34 sont perpendiculaires à l'autre couple de plats 31 et 3 de la même fourrure. Les secteurs 26 et 27 sont libres de glisser dans l'évidement 3 notamment dans le plan perpendiculaire à l'axe 13 et passant par le centre de la troncature d sphère de l'évidement 30.

- un tube souple 43 est fixé, d'un coté à l'extrémité inférieure de l'élément supérieu et de l'autre à l'élément inférieur 16 afin d'isoler l'alésage de l'élément supérieur 18 d l'ambiance extérieure dans laquelle baigne le dispositif de notre invention.

L'arbre de commande 24 est connecté par des moyens de couplage, avec u équipement d'actionnement à distance tel celui enseigné par le brevet FR- 2641320.

La figure 3a représente la coupe du dispositif au niveau A de la figure 2:

- l'excentrique 25 compoπe notamment un évidement 30 décentré par rappoπ à l'ax 12 de l'élément supérieur,

- des pièces 26 et 27 de section en demi-lunes maintiennent la position de la fourrur

20 dans l'évidement excentré 30.

La figure 3b représente la coupe du dispositif au niveau B de la figure 2 :

- les pièces 28 et 29 guident, par l'intermédiaire de la fourrure 20, l'élément inférieu 16 dans le plan représenté par la ligne xy. Les pièces 28 et 29 sont solidaires de l'élémen supérieur 18.

La figure 4 représente en perspective la fourrure 20. Cette fourrure montée su roulement sur le bras de levier laisse la libeπé à l'élément inférieur 16 de tourner autour d son axe tout en étant déplacé angulairement par l'excentrique :

- les faces 31 et 32 coopèrent avec les pièces 28 et 29,

- les faces 33 et 34 coopèrent avec les pièces 26 et 27.

Les figures 5a, 5b, 5c, 5d et 5e représentent les positions relatives de l'axe 13 de l'élément inférieur par rappoπ à l'axe 12 de l'élément supérieur en figurant les deux coupes B et A respectivement au niveau du guidage latéral et au niveau du dispositif de déplacement La fourrure n'est pas représentée ici afin de simplifier les figures. Le repère 35 permet de visualiser la rotation de l'excentrique :

- en figure 5a, le repère 35 est dans le plan perpendiculaire au plan de déplacement de l'élément inférieur, les axes 12 et 13 sont confondus,

- en figure 5b, l'excentrique a subi une rotation de 45° et l'axe 13 est décalé de l'axe 12 d'un angle intermédiaire, dans le même mouvement les secteurs 26 et 27 ont glissé relativement aux faces de la fourrure,

- en figure 5c, l'excentrique a tourné de 90° et l'axe 13 a atteint le décalage angulaire maximal du coté du repère 35,

- en figure 5d, l'excentrique a tourné de 180° au total, les axes 12 et 13 sont confondus comme en figure 5a,

- en figure 5e, l'excentrique a tourné de 270° au total, le décalage angulaire de 13 par rappoπ à 12 est à son maximum, mais du coté opposé à celui de la figure 5c.

On ne sortira pas du cadre de cette invention si les composants dudit dispositif sont agencés et construits de manière à ce que la variation angulaire entre les axes 12 et 13 se fait uniquement entre une valeur nulle et une valeur maximale d'angle, et cela dans un seul sens. En effet, il est souvent inutile d'avoir, comme sur les figures 5C et 5E, un désaxage angulaire de pan et d'autre de la position coaxiale représentée su les figures 5A et 5D. Cela

est aisément réalisable notamment par un dessin adapté de l'élément inférieur (1, 16) par rappoπ au bras de levier (7, 19).

La figure 6 représente l'application dudit dispositif au forage incliné:

- un outil de forage 36 vissé sur l'élément inférieur 16 permet le forage d'un puits 4 de trajectoire courbe,

- l'élément supérieur 18 est connecté à des éléments articulés 37. Un mode de réalisation de ces éléments articulés 37 est représenté figure 8. Les extrémités des tubes 45 sont vissées sur des raccords 46 compoπant dans leur paπie centrale une articulation plane 44. Les éléments articulés 37 ont leurs articulations 44 toutes dans le même plan afin que la déformation de l'ensemble souple ainsi constitué soit sensiblement un arc de cercle. La courbure atteinte est fixée par le déplacement angulaire de chaque rotule et la longueur de tubes de chaque élément entre deux raccords 46. Les éléments 37 sont creux afin de contenir un arbre souple de transmission du couple à l'élément inférieur dudit dispositif. En figure 8, on a représenté un arbre de transmission comportant des tubes 47 en acier, assemblés au niveau des raccords 46 par des joints type cardan 48. Cet arbre de transmission transmet le couple de rotation du rotor du moteur de fond 38 à la canalisation 22 dudit dispositif. Les figures 9 et 9a représentent un autre mode de réalisation des éléments articulés comportant un arbre de transmission en matériau composite suffisamment souple pour ne pas nécessiter de joint aπiculé type cardan. La figure 9 donne un exemple de jonction 50 des tubes en matériau composite 49. La figure 9a montre un guidage 51 du tube en matériau composite, au niveau d'un raccord d'éléments articulés 37.

La figure 7 représente l'application du dispositif, objet de notre invention, pour le forage incliné, mais suivant la disposition suivante des équipements avec, de bas en haut:

- outil de forage 36 vissé sur l'élément inférieur,

- moteur de fond 38 vissé sur l'élément supérieur,

- éléments articulés 37,

- masses-tiges 39, puis tiges de forage 41 jusqu'en surface.

Dans les deux cas où le moteur de fond est soit vissé sur l'élément supérieur du dispositif, soit vissé sur l'élément inférieur, il est préférable d'utiliser un type de moteur de fond dont la longueur est comparable avec la longueur des éléments articulés 37.

Dans les deux cas précédents, les éléments articulés n'ont pas besoin de compoπer un arbre souple de transmission de couple, mais simplement permettre la circulation d'un fluide sous pression jusqu'à l'outil de forage.