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La présente invention concerne un dispositif utile
dans le contrôle des fuites de boues de forage et plus precise-
ment un dispositif permettant de mesurer simultanement à la sor-
tie d'un puits en cours de forage divers paramètres relatifs au
fluide de forage, notamment: son debit, sa densite et sa tempe-
rature, et de contrôler à partir de ces mesures les pertes et
les gains de fluide prejudiciables à l'equilibre du puits.
On sait en effet que dans les tèchniques connues de
forage, un fluide, encore appele boue de forage, est injecte en
permanence dans le train de tiges à partir de la surface, qu'il
descend jusqu'au fond du puits où il passe à travers les events
du trepan pour ensuite remonter vers la surface par l'espace
annulaire entre le train de tiges et la paroi du puits, et que,
retourne à la surface, il est deverse à nouveau dans les bacs
de stockage après tamisage pour retirer les deblais rocheux
remontes.
Le but de l'invention est de detecter et mesurer les
échanges de fluide qui peuvent eventuellement avoir lieu entre
la boue qui circule dans l'espace annulaire du puits et les
zones permeables des terrains traverses, echanges qui peuvent
se produire dans deux directions:
1) Invasion de la boue dans lesdites couches permeables,
phenomène qui conduit à des <~pertes de boue, il y a alors
perte de fluide;
2) Irruption dans le puits de fluides contenus dans l'espace
poreux des couches permeables, ces fluides peuvent être de
l'eau de formation, de l'huile ou du gaz~ ou un melange de
ceux-ci; il y a alors gain de fluide.
L'existence et la direction de tels echanges depend
d'une part de la presence de couches permeables à travers les-
quelles les fluides peuvent transiter, d'autre part de la diffe-
rence de pression entre la boue dans l'espace annulaire du puits
et la pression de formation des fluides dans les
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1~,",' ~ .
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pores des terrains traversés. Si cette "pression différentielle"
est positive, il y a possibilité de perte de boue, si elle est
négative, il y a risque d'éruption.
La détection et la mesure de tels échanges est impor-
tante à deux titres dans l'exercice de la surveillance du
fonctionnement d'un forage, et dans l'obtention de renseignements
géologiques :
1) L'existence d'échanges est la preuve de la présence d'une
couche poreuse et perméable et la direction de l'échange
(perte ou gain) renseigne sur le régine des pressions dans
le puits et par conséquent sur la pression de formation,
2) Les pertes et les gains de fluide sont préjudiciables à
l'équilibre du puits et dans certains cas peuvent conduire
rapidement à des situations dangereuses, il importe donc de
détecter, rapidement même, de faibles variations.
Le moyen classique de contrôler les pertes et les
gains consiste à enregistrer en permanence le volume de boue
dans les bacs de stockage en surface qui sont insérés dans le
circuit du puits à partir de mesures de niveaux faites dans
chacun de ces bacs. Cette méthode, simple et souvent efficace,
est pourtant fréquemment mise en défaut par les manipulations
qui sont effectuées sur la boue et changent son volume sans que
le puits soit en cause : adjonction d'eau ou de produits de
traitement, filtrage des particules rocheuses, transvasement de
boue fraîche etc... De plus, en cas de forage en mer sur barge
flottante donc soumise aux mouvements de la houle, la surface
dc la bouc dans lcs bacs cst agit~c, ct lcs mcsurcs de nivcau
ne donnent plus que des résultats imprécis.
Le dispositif objet de la présente invention permet de
mesurer simultanément :
- le débit différentiel de boue dans le puits, c'est-à-dire la
différence entre le débit de boue injecté à l'entrée dans les
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tiges et le débit de boue qui ressort de l'espace annulaire en
tête de puits, cette différence est nulle dans un puits en
équilibre, toute valeur non nulle indique suivant son signe,
soit une perte, soit un gain ,
- la densité de la boue ,
- la température de la boue.
Enfin, le dispositif comprend un système pour effectuer
la différence des deux débits mesurés et un dispositif d'enre-
gistrement de toutes ces valeurs mesurées.
La mesure du débit d'entrée ne pose pas de problème
particulier, car la boue refoulée par les pompes circule dans
une canalisation sous pression, sur laquelle on peut intercaler
par des moyens connus un débitmètre, le type généralement
employé étant du type débitmètre électromagnétique , ce systeme
connu ne comporte aucune pièce mécanique en mouvement mais
seulement deux électrodes au contact de la boue qui laissent
entièrement libre la section circulaire de passage de la boue ,
un champ magnétique créé extérieurement perpendiculaire d'une
part à l'axe des deux électrodes et d'autre part à la direction
d'écoulement, est responsable de la création entre les deux
électrodes d'une différence de potentiel électrique proportion-
nelle à la moyenne des vitesses d'écoulement des filets liquides
dans la section de passage, c'est-à-dire au débit de liquide.
Par contre, à la sortie du puits, la boue déhouche
à la pression atmosphérique et s'écoule généralement à l'air vers
les tamis vibrants et les bacs de stockage, et un dispositif
particulicr est ncccssaire pour adapter une mesure de dC~bit
à ce niveau.
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` Le dispositif dccrit dans cc brcvot est donc un
ensemble permettant de placer sur le flot de boue sortant du
puits un débitmètre électromagn~tique qui puisse fonctionner
normalement c'est-à-dire avec un remplissage complet par la
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boue de toute la section du debitmètre, sans entrainement de
bulles d'air atmospherique, avec une vitesse moyenne d'ecoule-
ment qui soit comprise dans les limites de mesure du debit-
mètre, et, en.evitant que les deblais rocheux remontes par la
boue ne puissent se sedimenter ni obstruer totalement ou
partiellement le passage de la boue,:tout en reservant à la
boue un parcours de secours lorsqu'une intervention sur le
dispositif de mesure est necessaire.
Ce dispositif comporte en outre une mesure de la
densite de la boue par un densimètre à rayons gamma, et une
mesure de la temperature au:moyen d'une sonde à resistance.
En consequence,-l'invention revendiquee dans la pre-
sente demande.vise un dispositif destine à canaliser et à
regulariser la totalite du debit de la boue de forage à la
sortie d'un puits en production pour permettre d'effectuer, sur
la totalite de ce debit, des mesures fiables et precises, dis-
positif comportant un conduit de mesure en forme de V ayant une
branche descendante et une branche ascendante reliees entre
elles et construit pour permettre un ecoulement laminaire de
ladite boue, caracterise en ce que: ladite branche descendante
comporte en succession un segment de raccordement pyramidal dont
l'axe fait un angle d'environ 30 avec l'horizontal, segment muni
de moyens destinés à le relier à la tête dudit puits pour y
capter la totalite de la boue de forage dechargee à la sortie
dudit puits; une grille anti-vortex montee dans ledit segment
de raccordement et une vanne regulatrice de la vitesse d'ecoule-
ment de la boue destinee à eviter les entrees d'air dans le
conduit de mesure; un premier.segment arque faisant un angle de
65 à 75, segment reliant entre elles lesdites.branches des-
cendante et ascendante et construit pour preven.ir la sedimenta-
tion, entre les branches precitees, de deblais rocheux entraines
par ladite boue de forage; ladite branche ascendante comporte, à
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son extrémité libre de sortie de la boue, un deuxieme segment
arque dont l'angle de courbure est complementaire a celui du
premier segment pour.ramener la boue horizontalement, et des
moyens prevus le long dudit conduit pour y monter des instru-
ments de mesure.
Afin d'expliciter l'invention, on donne ci-dessous
une description du dispositif selon une realisation particu-
liere-illustree par les figures suivantes:
La figure 1 represente schematiquement l'installa-
tion d'un puits en cours de forage montrant l'implantation desdifferents elements..classiques du circuit de boue.
La figure 2 represente une forme de realisation de
l'invention applicable aux circuits de boue de sortie comportant
un canal à l'air libre dit gouIotte relie à un tube en V où
sont disposes les appareils.de mesure.
La figure 3 represente l'aire developpee du conduit
pyramidal raccordant la goulotte au tube en V.
La figure 4 montre un système double porte contrôlant
le passage de la boue de la goulotte dans le tube en V.
La figure 5 représente une grille anti-vortex.
Les figures 6, 7 et 8 représentent 3 modeles diffé-
.rents de raccordement du débitmètre au tuyau en V.
Les figures 6A, 7A et 8A representent des brides
s'adaptant aux raccordements precedents.
La figure 9 represente en plan la disposition du
: densimètre à rayons gamma.
Les figures 10,. 11 et 12.representent, en plan et
.~
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suivant deux vues en élévation, un exemple de réalisation du
dispositif objet du présent brevet sur un forage de mer.
Sur la figure 1, on observe la tour de forage classique
comportant un train de tiges A comportant à sa partie inférieure
au fond du puits un trépan de forage B, à sa partie supérieure
une tête d'injection C suspendue au crochet D du mouffle mobile
E, dans laquelle la boue de forage est injectée par l'inter-
médiaire de la canalisation montante F et du flexible G la boue
étant mue par des pompes non représentées situées en amont , la
boue descendant dans le train de tiges, après avoir traversé
les évents du trépan remonte dans l'espace annulaire H jusqu'à
la tête de puits J puis s'écoule par le "tube fontaine" K dans
le canal à l'air libre L : celui-ci est raccordé à un déversoir M
qui alimente un ou plusieurs tamis vibrants N.
En se référant maintenant à la figure 2, celle-ci
représente le détail de l'installation particulière qui est
ajoutée à l'installation classique pour permettre l'implantation
des capteurs de mesure, dans le cas d'un écoulement de boue dans
un canal à l'air libre L encore appelé "goulotte". Cette
installation particulière est schématisée sur la figure 1 par
la dérivation P.
Le système représenté sur la figure 2 est une dériva-
tion d'un circuit ordinaire permettant une alimentation et un
remplissage convenable des capteurs de mesure, par lesquels tout
le débit de boue est dérivé, le circuit normal de la goulotte
étant conservé à titre de secours.
Ce systèmc est constitue par un tube en V raccordC
en amont à la partie haute de la goulotte L et en aval au déver-
soir de boue M sur les tamis vibrants N. Le raccordement sur
le fond plat de la goulotte en amont est fait par un conduit
pyramidal 1 dont la figure 3 montre l'aire développée.
Au point de raccordement avec la goulotte, un système
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de double porte 3 avec anneaux fixés sur le cadre 2 (voir aussi
figure 4) permet à volonté soit de conserver le flot de boue
dans la goulotte L ou, en ouvrant les portes, de le dériver
entièrement dans le système de mesure. Dans le raccordement
pyramidal 1, une grille 4 (figure 5) composée de trois bandes
rectilignes permet d'éviter la formation du vortex.
En continuant d'examiner le conduit de mesure d'amont
en aval, on trouve une vanne à opercule 5, qui peut être
remplacée avantageusement par une vanne pneumatique à guillotine
à commande à distance ; cette vanne permet éventuellement de
ralentir la vitesse d'écoulement de la boue pour éviter que
de l'air atmosphérique ne soit entraîné à l'entrée du tube. A
partir de cette vanne, le tube (7) est un tube cylindrique
standard de 20 cm de diamètre intérieur par exemple.
On trouve ensuite le débitmètre électromagnétique 10,
avec un segment conique d'adaptation 8; sur la figure 2, le
débitmètre représenté a dans l'exemple considéré un diamètre de
passage utile pour la boue de 15 cm; suivant le débit de boue,
et donc la vitesse de circulation de la boue qui existent, on
peut être amené à installer des d~bitmètre ayant un diamètre de
passage plus grand (20 cm) ou plus petit (10 cm) afin que la
vitesse de passage de la boue reste dans les limites de mesure
du débitmètre; à cet effet, trois modèles de segment 8 sont
prévus de manière à pouvoir monter indifféremment l'un de ces
trois modèles de débitmètre en conservant le même encombrement
entre les brides 6 et 11. Les figures 6, 7 et 8 représentent
des modcles de segment 8 se raccordant à des dcbi-tmètres ayant
respectivement des diamètres de 20, 15 et 10 cm.
Les figures 6A, 7A et 8A représentent respectivement
les brides 6, 9 et 11.
On trouve ensuite un segment 12 permettant d'adapter un
densimètre à absorption de rayons gamma représenté en plan sur
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la figure 9 dans laquelle la source de rayonnement 24 et le
détecteur de rayonnement 24bis après traversée de la paroi du
tube et de la boue sont fixés à l'extérieur du tube et dans le
même axe de part et d'autre de celui-ci.
La partie la plus basse du conduit de mesure est
constituée par le segment 14 qui est arqué suivant un angle de
65 a 75 avec un rayon de courbure dans l'axe de 400mm. Ce
segment, ainsi que les segments 7 et 16 portent une bague 23
pour fixation aux structures de l'appareil de forage. Le
segment 14 comporte également un orifice à bouchon fileté 13 pour
la vidange et le nettoyage de la base du siphon.
La partie montante du tube en V est constituée par le
segment 15, qui comporte un orifice à presse étoupe 29 pour in-
troduction d'une canne de mesure de température.
Le segment 16, arqué d'un angle de 30 à 35 avec un
rayon de courbure dans l'axe de 400mm ramène la boue horizontale-
ment dans le déversoir M à travers une seconde vanne de réglage
17 d'où la boue se déverse sur les tamis vibrants.
Le dispositif décrit jusqu'à présent concerne principale-
ment les sondes possèdant un canal d'écoulement ouvert (goulotte)
' qui est le cas le plus fréquent des sondages à terre. Sur lessondages en mer, l'écoulement à partir de la tête de puits se
fait le plus souvent par une conduite fermée. Les figures 10
à 12 représentent un dispositif conforme à l'invention permettant
d'intercaler le même ensemble de capteurs de mesures sur la
branche descendante d'un tube en V, la branche montante étant
constituee par un reservoir parallélépipedique d'où la boue
s'écoule sur les tamis vibrants. La figure 10 est une vue en
plan du dispositif, les figures 11 et 12 en sont deux vues en
élévation,
A partir du déversoir de la tête de puits 26 la boue
s'écoule par une canalisation standard de 20 cm jusqu'à l'entrée
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- , . ~
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du dispositif 27. La branche descendante comprend comme dans la
forme de réalisation précédente une vanne 5, un segment conique
d'ajustage du diamètre 8, le débitmètre 10, le segment comportant
le sensimètre à rayons gamma 12, la deuxième vanne de réglage
17 et la prise de température 29, avant d'entrer dans le réservoir
28, d'où la boue s'écoule sur les déversoirs de tamis vibrants 30.
Une dérivation de secours du circuit de boue est consti-
tuée par le tube montant 32 et le déversoir 31 dans le réservoir
28.
