Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~3~54
L'invention se rapporte à un procédé d'équilibrage
des pressions des couches forées, lorsque ces pressions sont
trop faibles pour qu'il soit possible de les compenser par une
colonne liquide contenue dans le puits de forage, en raison de
la densité insuffisamment faible des liquides usuels de faible
densité ou des inconvénients présentés par les mélanges de très
faibles densités.
C'est ainsi que, dans certains cas, la baisse de pres-
sion des zones a hydrocarbures r~sultant de la production peut
nécessiter un fluide dont la densité peut descendre à 0,5, la
pression pouvant n'être que de 50 bars à 3000 m de profondeur.
Cette densité peut même atteindre des valeurs encore plus
faibles. La nécessité d'utiliser des fluides de densité pres-
que nulle peut encore se rencontrer lorsque les zones à exploi-
ter ne sont pas encore vidées de leurs hydrocarbures, comme cela
peut se produire dans des régions montagneuses où l'on doit
forer jusqu'au niveau de la vallée.
Etant donné l'absence de liquide convenable de densité
inférieure à 0,75, on fait appel à la faible densité des gaæ
en utilisant, soit de la mousse, soit une boue aérée.
L'emploi de la boue aéré a pour inconvénient majeur
de constituer un mélange instable dont on ne peut connaitre la
densité avec une précision suffisante pour contrebalancer la
pression de la couche ou pour empêcher l'envahissement de celle-
ci. De plus, ce procédé nécessite l'utilisation de tiges con-
centriques intérieures aux tiges de perforation et de très -
grande longueur, de l'ordre de 2/3 ~ 3/4 de la profondeur du
puits, ce qui complique et allonge la durée des opérations. En
outre, l'injection nécessite une très forte compression et la
réutilisation du gaz nécessite son nettoyage.
Dans le cas d'utilisation de mousse, on peut obtenir
des mélanges stables permettant de calculer la densité en depit
-1- ~ : ~
36~
de sa variation le long de la colonne en fonction de la
température et de la pression. Cependant, ~a grande différence
de pression existant entre la pression en circulation et la
pression à l'arrêt lors de manoeuvres diverses e~traine l'obli-
gation de rétablir la contre-pression nécessaire au moyen d'un
liquide.
L'objet de la présente invention est de pallier les
inconvénients de ces méthodes antérieures en exercant la contre-
pression désirée au moyen de la circulation d'un fluide de
densité déterminée à la partie inférieure du puits et de la
circulation d'un fluide d'entraînement de plus faible densité
- à la partie supérieure du puits, ce fluide entra~nant la circu~
lation du fluide se trouvant à la partie inférieure.
Ce procédé permet, non seulement de pallier les incon-
vénients précédents, mais 11 permet encore d'obtenir beaucoup
; plus commodément la contre-pression désirée, qu'eIle que soit
la nature des fluides utilisés. ~
Un autre objet de l'invention est une méthode d'équi- ~-
librage des pressions par double circulation dont le fluide de
la circulation d'entra~nement est un gaz et le fluide inférieur
un liquide, ce fluide servant de fluide de forage, son niveau
supérieur étant choisi pour que la pression hydrostatique
qu'il exerce sur les couches de terrain communiquant avec le
puits soit légèrement supérieure à la pression des fluides
contenus dans ces couches.
De cette manière et contrairement aux méthodes utili-
sant des mousses, il n'est plus nécessaire, en cas d e arrêt de
la circulation, de compenser les pressions.
Un autre objet de l'invention est d'entrainer la cir-
culation inférieure par la création d'une différence de pres-
sion à la partie supérieure du liquide au moyen d'une canalisa-
tion de la première circulation débouchant au-dessous du niveau
-2-
36sg l :
supérieur du liquide.
De ce fait, on évite l'emploi de tubes intérieurs de
très grande longueur, comme ceux utilisés clans le procédé de la
boue aéree.
Un autre objet de l'invention est d'utiliser l'espace
d'entralnement de la circulation inférieure au moyen de la cir-
culation supérieure comme lieu de séparation des déblais
entralnés par la circulation inférieure, la remontée des déblais
accumulés s'effectuant au cours de la remontée des tiges de
forage, une partie des déblais légers étant entralnée par la
circulation supérieure.
L'invention, telle que revendiquee ici en termes
generaux, est un procédé d'équilibrage des pressions faibles des
fluides contenus dans les couchès de terrain communiquant avec
un puits selon lequel on dispose, ~ ia partie inférieure du
- puits, un fluide dont le niveau supérieur est maintenu à une
~cote correspondant à une pression hydrostatique exercee par le
fluide sur les couches communiquantes, cette pression étant
légèrement supérieure à la pression des fluides contenus dans ces
- couchesj et selon lequel on utilise ce fluide comme fluide de
forage, caracterisé en ce que la circulation du fluide inférieur
est o~tenue par l'entralnement de la partie du fluide située dans
une région ad~acente au niveau supérieur du fluide, au moyen de
la circulation d'un fluide de plus faible densité et en faisant
.:: .
communiquer l'annulaire, délimité par le tubage, avec l'inté- ~
rieur du train de tiges à un niveau inférieur à ladite cote.
On y revendique également une structure pour equili-
brer les pressions de fluides contenus dans des couches de ter-
rains qui communiquent avec un puits, comprenant: des moyens
pour contenir un fluide inf~rieur dans le puits et pour en main-
tenir la surface ~ une cote correspondant a une pression hydro-
statique du-fluide inférieur légèrement superieure à la pression
~- ~:
~ 3 ~
.. .. ~,, .
3~5~
des fluides contenus dans ces couches, un train de tiges dis- :
posé dans le puits et muni d'un moyen de réception d'une cana-
lisation d'amenée d'un`fluide supérieur, de plus ~aible densité,
mis en circulation, cette canalisation étant dispos~e dans le
,.~ ; train de tiges avec son extrémité inférieure située plus bas
que ladite cote, caracterise en ce qu'au moins un passage fai-
sant communiquer les fluides intér:ieur et extérieur au train de
tiges est prévu a un niveau compris entre ladite cote et ladite
- extr mit8 inférieure et en ce que des paniers à sédiments sont
lO- -installés en-dessous de ce passage.
: D'autres objets et caractéristiques de l'invention
ressortiront de la description suivante faite en référence aux
dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limita-
tif, un mode de mise en oeuvre du procédé.
Sur les dessins:
la figure l est une vue générale et schématique d'un
puits dont l'échelle des longueurs dans la direction axiale, -~
beaucoup plus réduite que celle de la direction perpendiculaire,
; permet d'illustrer les rapports des longueurs des tubes,
la figure 2 est une vue schématique en coupe de la
partie du puits a la rencontre des deux circulations,
la figure 3 une vue schematique de la partie du puits
a la rencontre des deux circulations, la circulation inférieure
étant inversée dans cette région par rapport à celle de la
- figure 2, et
- la figure ~ est une vue schématique en coupe d'une
variante de l'invention.
Dans le mode de mise en oeuvre du procédé illustré
figures l et 2, on a représenté un ensemble l, environ a mi-
chemin entre le fond du puits 7 et la surface 3, reposant sur
un raccord 13 servant de siege. Cet ensemble est pourvu de tiges
- 3a -
~ '`.
11!1336S4
internes 19 dont la longueur est petite par rapport à la
profondeur du puits, par exemple de 100 à 200 m pour un puits
de 3.000 m.
Le raccord 13, plus visible figure 2, est vissé en
14 aux tiges supérieures de forage 10 et en 15 aux tiges
inférieures de forage 9. Ces tiges inférieures comportent,
sur leur périphérie externe, des paniers à sédiments 3 dont
les parois 21 peuvent être faites de toles perforées ou non
et cbmportant, selon leurs dimensions, des nervures de renfor-
cement 24. Bien que la fixation des paniers puisse être amo-
vible, on peut aussi les souder sur les tiges 9. De cette
façon, ils peuvent résister aux chocs éventuels et, étant
pourvus de nervures de renforcement, ils peuvent aussi résis-
ter à l'écrasement entre les tiges 9 et le tubage 4 ou les
parois du trou de forage 5. Les dimensions des paniers 3
dépendent du nombre et de la quantité des déblais que 1'on
s~attend à devoir remonter.
Le raccord 13 comporte, en plus de sa partie conique
servant de siège, de larges orifices 16O Son diamètre inté- ;~
rieur est suffisant pour laisser passage aux tiges internes
19 et aux centreurs 20 dont elles peuvent etre pourvues. La
partie conique sert à recevoir le support 17 des tubes inter-
nes 19. Ce support, pourvu de joints d'étanchéité 36, s'ap-
- plique contre la partie conique du raccord 13 et peut être
descendu ou remonté au moyen de tous outils à commande de
verrouillage et de déverrouillage par câble venant se fixer
sur la tête 18 du support. Ces outils étant bien connus
n'ont pas été représentés.
La mise en place du raccord 13 dans le train de tiges
de forage s'effectue lors de la descente dans le puits pour
qu'il se trou~e en position de travail : forage, alésage ou
grattage des parois du trou par exemple, au niveau 26 du
~ 4
i~3654
du liquide où celui-ci exerce, sur les couches de terrain avec
lesquelles .il est en contact, une pression légèrement supé-
rieure à la pression des fluides contenus dans ces couches.
Les tiges 19 et leur support 17 ainsi que les centreurs
20 peuvent aussi.être mis en place lorsque le raccord 13 est
encore en surface.
:Dans le cas où le liquide inférieur est de l'eau et;
que celle-ci se trouve en excès et remplit le puits, on peut
ramenèr son niveau au point désiré en pompant du gaz sous pres-
sion, SOlt au fur et à mesure de la descente du raccord 13,
soit une fois lorsque le raccord a atteint la cote désirée.
Lorsque le niveau d'eau 26 que l'on a choisi est
atteint,:.on amorce la circùlation supérieure du gaz entrainant
la circulation inférieure du liquide.
-: A cet effet, le gaz est introduit dans le train de -
tiges 10 où il s'écoule dans le sens de la flèche 11 pour péné-
trer en 22 dans les tubes internes 19 où il refoule le liquide
jusqu'a l'extrémité inférieure de ces tubes, puis remonte en
23 dans l'espace annulaire 27 compris entre les tiges 19 et 9~ ;
Le remplacement, dans cette région, du liquide par du ~ :
gaz, provoque sur un même niveau une différence de pression
entre les fluides se trouvant respectivement à l'intérieur et
à l'extérieur-des tiges 9. ~n crée de la sorte une différence
sensible de pression de l'ordre de 10 bars, entre le niveau,du
liquide à l'intérieur des tiges 9 au bas des tubes 19 et le ::
niveau 26 du liquide à l'extérieur des tiges 9 pour une lon-
gueur,des tigés 19 de l'ordre de 100 m.
Ceci entraine une circulation du liquide remontant,
dans.la.région 29 des tiges-9 et dans,le sens de la flèche 30,
des déblais qu:i sont repris par la circulation du gaz passant
au bas de la t:ige 19 dans l'espace annulaire 27. Le liquide
30, chargé de déblais, remonte donc avec le gaz en 32 PouF
,
-5- :
i~313659L
ressortir par les orifices 16.
Une faible partie du liquide est encore entraînée sous
forme de brouillard par le gaz qui s'échappe en 12 pour remon-
ter en surface. La plus grande partie de l'eau retombe donc
avec les déblais dans l'espace annulaire 28, comme l'indique
la flèche 31, le liquide abandonnant les déblais dans les
paniers ~ sédiments 3. La section de l'annulaire 28 étant
plus~grande que celle de 1'espace intérieur 29 des tiges 9, la
remontée des déblais s'effectue plus rapidement que le retour
du liquide dans l'annulaire 28, ce qui contri~ue à améliorer
le nettoyage du liquide en traversant les paniers 3 lors de
son retour à l'outil de forage 6.
Les paniers 3 à sédiments sont remontés avec le train
de tiges lors du remplacement des outils de forage. Les paniers
peuvent aussi être fixés sur des supports amovibles que l'on
remonte à volonté en laissant en place le train de tige 9.
Le niveau hydrostatique 26 peut etre surveillé par
échosondeurs ou par tout autre moyen afin de maintenir le niveau
convenable par réinjection éventuelle de liquide de la surface
; 20 dans les tiges 10 ou dans l'espace annulaire compris entre le tubage 4 et les tiges 10.
On a représenté, ~igure 3, une illustration de la mise
en oeuvre du procédé avec inversion, dans la région annuIaire
25, de la circulation du liquide par rapport;à celle de la
figure 2. Pour plus de clarté du dessin, les centreurs 20 ont
été omis~
Dans ce mode de réalisation, l'extrémité 48 du tube
19, obturé à sa base, comporte un orifice latéral 40 débou-
chant sur un passage 41 du tube 9 en regard. Afin de ~acili~ -
ter la coqncidence des ouvertures 40 et 41, le passage 40 se
termine par des rebords cylindriques 46 dont les extrémit~s
comportent des ioints d'~tanchéité 47~s'appuyant sur la
--6--
65~
surface interne de la sur~paisseur 39 traversée par le passage
41. ~es paniers à s~diments 49 sont alors dispos~s en 50, en
dessous de la fermeture 48 du tube 19 qui est alors prolongé :~
vers le bas jusqu'au ~oisinage de l'outil de forage et à l'in-
térieur des tubes 9. Ils peuvent ainsi être remontés aisément
lors du retrait des tubes 19, sans qu'il soit nécessaire de
remonter les tubes 9.
Comme dans le cas précédent, le gaz 11 est injecté
dans'le tube 19, mais au lieu de remonter dans l'annulaire 27,
il circule dans le sens de la flèche 42. La différence des
pressions à un même niveau entre le liquide se trouvant dans
l'annulaire 27 et le liquide mélangé au gaz dans l'annulaire
25 entraine la remontée du liquide dans llannulaire 25 qui
s'écoule dans le sens de la flèche 42 jusqu'au niveau 26, en
contournant le déf,lecteur 44. Le gaz-s'échappe en 12, tandis
que le liquide chargé de déblais s'écoule, par le passage 16, .
dans l'annulaire 27 dans le sens de la flèche 45. Les déblais
sont retenus par les paniers à sédiments qui peuvent se répar- '~
tir selon toute disposition prédéterminée.
Bien que le.procédé ait été décrit en se référant à
deux modes de mise en oeuvre dans lesquels la circulation
supérieure d'entrainement s'effectue à l'aide d'un gaz et la ~-
circulation inférieure à l'aide d'un liquide, il va de soi-que
les fluides utilisés peuvent être deux mousses ou deux liquides
de densités différentes ou une mousse et un liquide. On ne
modifie pas non plus l'invention en rempla,cant le moyen d'en-
trainement de la circulation inféri'eure par un moyen équivalent
tel qu~un tube de venturi 55,.fiyure 4, disposé, dans le cas' , '
de la circulation inverse figure 2, à l'intérieur du train de ~ ?
tiges 9, la section la plus faible du tube de venturi ~5 étant
disposée à un niveau situé suffisamment en dessous des orifi-
ces 16, de façon que la partie 54 du gaz 11 provenant de la
_7_
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surface, puis du tube 19, débouche du venturi 55 dans une
direction ascensionnelle. La dépression créée par le venturi
55 entraine le liquide 30 provenant du puits et chargé de
déblais que l'on canalise vers le venturi 55 au moyen de la
paroi 62. Le m~lange 63 à la sortie du venturi passe en 58 dans
un dispositif de cyclonage délimité par les c8nes inférieur
56 et supérieur 50. La partie légère, dépourvue de déblais,
du mélange 63 remonte en 64 par l'orifice 59 du cône 50 dans
l'annulaire 60 entre les tubes 19 et 9. Cette partie s'échappe
alors par les orifices 16 en se séparant. Le gaz remonte en
12, le.liquide redescendant en 61. La partie lourde 65 char-
gée de déblais s'échappe de l'orifice du cône 56 pour se .
mélanger en 52 à une partie du gaz 11 et former un mélange 51
que l'on peut entrainer jusqu'à la surface à l'aide du tube :~
53, celui-ci pouvant ~ventuellement remonter jusqu~à la sur-
face ou déboucher au-dessus du niveau hydrostatique 26.
':
