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STABILISATEUR REALESEUR POUR LE FORAGE
D'UN PUITS PETROLIER
ORIGINE DE L'l~v~ lON ET ETAT DE LA TECHNIQUE
La présente invention se rapporte à un stabilisateur
réaléseur pour le forage d'un puits pétrolier.
Lors des forages de puits de pétrole, on rencontre
souvent des massifs rocheux comportant des fractures,
failles, ou m8me des joints de stratification (tels les
séries argilo-gréseuses, les flysch) qui peuvent être le
siège d'instabilités particulières par glissement sur ces
fractures, failles ou joints de stratification.
Ce mécanisme cause un décalage latéral provoquant
une sorte de marche d'escalier dans le profil longitudinal
du puits. Cette irrégularité peut bloquer le passage de
l'outil si elle est survenue en avant de l'outil dans une
partie déjà forée lors d'une redescente du train de tige. Si
cette marche d'éscalier survient derrière l'outil ou
derrière un stabilisateur, elle freine et peut même bloquer
irrémédiablement la remontee du train de tiges. Le blocage
se manifeste d'abord par une augmentation des tractions, du
couple, une perte de la rotation, et enfin un coincement
vers le haut. L'irrégularité du profil du puits peut
également bloquer le passage de l'outil si elle est survenue
en avant de l'outil dans une partie déjà forée lors d'une
redescente du train de tiges
Les moyens classiques de dégagement (tractions,
coulisses) ne parviennent en géneral qu'à mieux engager la
partie coincée dans le siège du coincement, pour en
définitive aboutir à un coincement total, nécessitant
dévissage, abandon de la partie coincée et départ en
déviation.
Le coincement se manifeste généralement au cours de
la remontée du train de tiges, en bloquant les
stabilisateurs qui sont au diametre nominal du trou et donc
plus large que le diamètre des tiges .
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Les incidents de ce type rencontrés lors des forages
entra~nent des pertes de temps importantes, quelques
semaines ou quelques mois sur certains forages, qui se
traduisent par des co~ts supplémentaires d'immobilisation
des appareils de forage pouvant atteindre plusieurs millions
de francs.
Des études ont été faites pour réaliser des
stabilisateurs spéciaux mais jusqu'à présent toutes les
modifications se sont avérées mal adaptées à un réal~sage de
profil de trou présentant des marches d'escalier dues à des
glissements sur fractures.
La présente invention a donc pour objet un
stabilisateur réaléseur qui permet de reforer les accidents
de terrain dans le puits lors de la remontée ou lors de la
descente du train de tiges.
Pour ce faire, l'invention propose un stabilisateur
possédant un véritable système de coupe qui comprend des
lames renforcées et rétractables.
Le stabilisateur réaléseur pour le forage d'un puits
pétrolier,objet de l'invention, monté en un point
intermédiaire d'une garniture de forage disposée dans le
puits, est caractérisé en ce qu'il comporte un corps et au
moins une lame, déplacable par un actionneur disposé à
l'interieur du corps, d'une première position à l'intérieur
du corps vers une deuxième position dans laquelle la lame
fait saillie à l'extérieur du corps.
DESCRIPTION DE L'lNV~I~ION
Les caractéristiques et avantages de la présente
invention apparaitront plus clairement à la lecture de la
description ci-après faite en référence aux dessins annexés
sur lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un
puits de pétrole,
- les figures 2A et 2B sont les coupes d'un puits
avec glissements de terrains
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- les figures 3A et 3B présentent les détails du
stabilisateur et du système d'alésage selon l'invention.
La figure 1 présente la coupe générale d'un puits
pétrolier représenté généralement en (1), dans lequel
s'étend un train de tiges de forage (2) appele encore
garniture de forage, muni de stabilisateurs (3), qui servent
à centrer les tiges entre les parois du puits (4), et d'un
outil de forage (5) situé à l'extrémité du train de tiges.
L'ensemble du train de tiges, des stabilisateurs et
de l'outil de forage est entraîné en rotation par un moteur
localisé dans un derrick(6).
De la boue (7) circule dans le puits en descendant à
l'intérieur des tiges de forage et en remontant par l'espace
annulaire entre les tiges et la paroi du puits.
La boue a plusieurs fonctions : assurer la remontée
des deblais, contrebalancer la pression du gisement par la
pression statique due au poids de la colonne de boue,
refroidir l'outil de forage, servir de moyen permettant de
transmettre des informations utiles au foreur sur le forage
et sur le puits.
Les stabilisateurs (3) sont des appareils visses
entre deux tiges,de même diamètre que l'outil de forage et
servant à centrer les tiges dans le puits pour empêcher les
battements de celles-ci lors de la rotation de la garniture
de forage.
La figure 2A représente la coupe d'un puits (1) avec
un glissement des terrains (6) sur une couche argileuse (7).
Lors de la redescente du train de tiges dans un trou déjà
foré, le stabilisateur rencontre une marche d'escalier (8)
qui bloque l'outil et qui doit donc être reforée.
La figure 2B représente le m~me phénomène de
glissement, avec coincement du stabilisateur (3) contre une
marche d'escalier (8) lors de la remontée du train de tiges.
Le stabilisateur ne peut passer cet obstacle que si la
marche d'escalier est forée
Afin de permettre le reforage, le stabilisateur,
selon l'invention, comprend un système escamotable de
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réalésage. Comme représenté sur la figure 3A, le
stabilisateur est constitué de plusieurs éléments:
- un corps (11) qui posséde des dimensions externes
similaires à celles des corps de stabilisateurs classiques;
le diamètre du corps est égal à celui de l'outil de forage.
- une chemise de commande (12) est équipée de joints
(13) haut et bas, en regardant le dessin, et assure
l'étanchéité intérieur-extérieur lorsque l'outil est dans sa
position rétractée illustrée par la figure 3A. De plus, la
chemise de commande (12) est munie d'un support de bille
(18) premettant le passage axial de la boue et faisant
également office de contrefort. Des évents de circulation de
boue (19) créent la perte de charge nécessaire et donc une
force suffisante pour assurer la translation de cette
chemise en butée basse lorsque la bille (20) est en place,
(ces évents peuvent être partiellement obturables par des
bouchons vissés pour une adaptation au débit utilisé),
- au moins deux lames (14), chacune montée sur une
de ses extrémités, équipées de pastilles de coupe en diamant
(25), pivotent sur des axes (15) fixés au corps et sont
manoeuvrables par des manetons (16) reprenant l'intégralité
de la charge radiale sans réaction axiale sur la chemise de
commande (12). Ces lames, disposées parallèlement à l'axe de
la garniture de forage, sont de forme incurvée et peuvent
donc forer dans les deux sens, vers le haut et vers le bas
en regardant le dessin.
- des taquets (17) solidaires des lames empêchent
l'ouverture des lames au-delà du diamètre nominal du trou à
restaurer,
- un ressort de rappel (21) ramène automatiquement
la chemise (12) en position haute, en regardant le dessin,
lorsque le débit de boue est réduit ou arrêté (outil fermé).
L'ensemble représenté par la chemise de commande(l2), les
manetons(l6) et le ressort(21) constitue l'actionneur qui
commande les lames.
- des lumières (22) et des duses amovibles (23), au
travers desquelles circule la boue, assurent le nettoyage
des lames. La boue circule à l'intérieur des tiges(2) vers
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l'espace annulaire(l) lorsque les lumières situées sur la
chemise de commande viennent en correspondance avec celles
situées sur le corps du stabilisateur.
L'actionneur (12),(16),(21) peut être d'un type
différent de celui présenté dans l'invention. Par exemple on
peut utiliser des systèmes à piston ou ~ came pour écarter
les lames.
L'opération de l'appareil décrit ci-dessus est
maintenant expliquée. En forage normal (figure 3A), la force
de rappel du ressort (21) est telle que la chemise demeure
en position haute indépendamment du débit utilisé, tout le
débit (Ql+Q2) passe par l'outil de forage.
Dans le cas de frottements anormaux à la remontée
du train de tiges, le réalésage doit être effectué; une
bille est alors lancée depuis la surface, à l'intérieur des
tiges, et bouche partiellement le passage axial de la
boue(l8); la surpression engendrée par les pertes de charge
dans les évents (19) fait descendre la chemise d'activation
(12) qui ouvre les lames et dévie une partie du débit (Ql)
sur celles-ci à travers les lumières (22) et les duses (23)
(figure 3B).La chemise se bloque sur la butée (24~.
Si le foreur décide d'arrêter le réalésage, il
réduit le débit de la boue, ce qui permet à la chemise de
remonter sous l'action du ressort et d'entra~ner la
rétraction des lames. De plus l'étanchéité entre l'intérieur
et l'extérieur de la garniture est rétablie, favorisant
ainsi le contrôle d'une venue éventuelle d'hydrocarbures.
Toute augmentation ultérieure du débit réouvre les lames de
coupe. Les lames ne s'ouvrant pas au-delà du diamètre
nominal de forage, tout incident empêchant la fermeture sera
sans conséquence majeure (pas de coincement).
On peut également faire remonter la chemise de
commande en repêchant la bille. Illsuffit de descendre dans
le puits un aimant ~ l'extrémité d'un câble.
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Les avantages principaux apportés par ce
stabilisateur réaléseur sont au nombre de trois :
- l'alésage est possible vers le haut et vers le
bas, en raison de la forme incurvée des lames (14) et de la
conception du maneton (16) qui tient les lames en position
écartée quel que soit le sens de déplacement du
stabilisateur vers le haut ou vers le bas,
- les conséquences graves ne sont pas à craindre en
cas de mauvais fonctionnement du stabilisateur, puisque le
diamètre maximum des lames ouvertes n'excède pas le diamètre
du trou ; le stabilisateur ne risque pas de coincement,
- les éléments de coupe restent en parfait état
lorsque le besoin s'en fait sentir puisque ils ne sont pas
utilisés en forage normal, mais seulement dans des cas
exceptionnels.
