METHOD FOR CONDUCTING AN OIL DRILLING OPERATION

PROCEDE DE CONDUITE D'UN FORAGE

Abrégé français

Procédé de conduite d'un forage pétrolier lors duquel un outil est mis en rotation dans
un puits par une tige de forage (14), le procédé comportant les étapes suivantes: mesure de la
vitesse de rotation de l'extrémité supérieure de la tige de façon continue; mesure en continu
du couple appliqué à cette extrémité de la tige; recherche de la variation du couple;
détermination de la période de la variation du couple; si l'amplitude de cette variation dépasse un
seuil prédéterminé; vérification de la stabilité de cette période; comparaison, si cette période
est stable de ladite période avec au moins une période théorique prédéterminée; signalisation
des résultats obtenus à un utilisateur afin de pouvoir contrôler le forage.

Abrégé anglais

Procedure for oil drilling in which a drill is spun in a well by a drill rod (14), involving the following steps: continuous measurement of the rotation speed of the upper part of the drill; continuous measurement of the applied torque of this end of the drill; determination of torque variation; determination of the torque variation period; whether the variation exceeds a predetermined threshold; verification of the stability of the period; if this period is stable, comparison with at least one theoretical predetermined period; transmission of results to a user in order to control drilling.

Revendications

REVENDICATIONS
1 - Procédé de conduite d'un forage lors duquel un outil est
mis en rotation dans un puits par une tige de forage, le
procédé comportant les étapes suivantes :
- mesure de la vitesse de rotation de l'extrémité
supérieure de la tige de façon continue ;
- mesure en continu du couple appliqué à cette
extrémité de la tige ;
- recherche de la variation du couple ;
- détermination de la période de variation du couple, si
l'amplitude de cette variation dépasse un seuil
prédéterminé ;
- vérification de la stabilité de cette période,
- comparaison, si cette période est stable, de la dite
période avec au moins une période théorique
prédéterminée;
- signalisation des résultats obtenus à un utilisateur
afin de pouvoir contrôler le forage.
2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que,
si l'amplitude de la variation du couple ne dépasse pas
le seuil prédéterminé, on signale à l'utilisateur que
les paramètres du forage peuvent être maintenus.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce
que, si la période n'est pas stable ou si la période
stable ne correspond pas à une période théorique
prédéterminée, on signale cette condition à
l'utilisateur afin de lui permettre de modifier les
paramètres du forage.
4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé
en ce que si la période est stable et correspond à une
période théorique prédéterminée, on signale cette
condition à l'utilisateur afin qu'il puisse agir
activement et modifier les paramètres du forage.

Description

WO 92/05337 2 0 7 2 1 3 8 pCl~FR91/00721
:~ 1
PROCEDE DE CONDUITE D ' UN FORAGE
La presente invention se rapporte à un procédé de
conduite d'un forage.
Lors du forage d'um puits pétrolier le moteur du
train de tiges, qui est monté à la surface, tourne à une
vitesse constante d'environ 50-150 tours/minute. Cependant,
la Priction produite entre l'outil de forage et le ~ond du
puits, ou entre les tiges et la paroi du puits, peut
provoquer des ralentissements voire meme des arr~ts
periodiques de 1'outil. Comme, pendan~ ce temps, le moteur
contin~e à tourner ~ une extremite du train de tiges, oe
dernier ~ tendance ~ se tordre autour de son axe longitudinal
jusqu'~ ce que la force exercee soit supérieure à l'effet de
friction freinant l'outil. A ce moment là, le train de tiges
se d~tend et l'outil se remet à tourner pouvant atteindre des
vitesses de rotation de pointe de l'ordre de 150 à 400
tours/minute. Comme les puits sui~ent souvent des trajets
contrari~s, le contact entre la garniture et la paroi du
puits se produit assez freguemment.
Il est ~vident que le comportement de 1'outil a un
effet important sur l'avancement du forage. Ainsi il est
souhaitable que le ma~tre foreur soit averti des instabilités
~ p~riodiques de vitesse de rotation de l'outil afin qu'il
puisse modifier les param~tres du forage - vitesse de
rotation du moteur,-poids appliqué sur l'outil ou le d~bit de
boue - et ainsi assurer une foration optimale.
La pr~sente invention a donc pour objet un procede de
conduite d'un forage qui permette de fournir ~ un
utilisateur, de façon si~ple, des donn~es sur l'~tat de
rotation de la tige.
Pour ce faire l'invention propose un proc~de de
ronduite d'un forage lors duquel un outil est mis en rotation
dans un puits par une tige de forage, le procéde comportant
les ~tapes suivantes :
- mesure de 1~ vitesse de rotation de l'extr~mite sup~rieure
de la tige de façon continue ;
.. . , ". ~ ,,: :

W092/05337 2 0 7 2 1 3 8 PCT/F~9l/00721
; 2
- mesure en continu du couple appliqué à cette extrémité de
la tige ;
- recherche de la variation clu couple ;
- détermination de la période de variation du couple, si
l'amplitude de cette variation dépasse un seuil
prédétermin~ ;
- vérification de la stabilit~ de cette période,
- comparaison, si cette période est stable, de la dite
période avec au moins une période théorique prédéterminée ;
- signalisation des résultts obtenus à un utilisateur afin de
pouvoir contrôler le forage.
D'autres caracteristiques et avantages de la présente
invention apparaStront plus clairement ~ la lecture de la
description ci-après faite en r~f~rence aux dessins anexés
sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d~un ensemble
de forage ;
- la figure 2 est un logigramme de certaines etapes du
procede de l'invention ; et
- les figures 3A,33 et 4 montrent chacune des paires de
courbes de couple et de vitesse de rotation.
Comme represente sur la figure 1 un ensemble de
forage comprend un m~t 10 muni, de façon connue en soi, d'un
crochet 12 auguel est suspendu un train de tiges, représenté
g~n~ralement en 14. Le train de tiges 14 comprend un outil de
forage 16, des masse-tiges 18 et des tiges de forage 20
formant un en~emble appel~ garn ture de forage. Dans
l'exe~ple illustr~ le train de tiges 14 est mis en rotation
par une table de rotation 22. Toute autre dispositif peut
~tre utilis~. La table de rotation 22 est munie d~un capteur
~4 de vitesse de rotation et d'un capteur 26 de couple
appliqu~ au train de tiges 14. ~;
A partir des donn~es représentant la vitesse de
rotation et le couple on peut procéder, selon l'i~vention,
une d~tection des instabilites de rotation p~riodiques.
Pour ce faire~ il faut procsder aux ~tapes suivantes:
- ~echerche de la variation du couple : ;

~U S~15~
W092/05337 PCT/FR9l/00721
Afin de voir si les variations de couple sont
importantes pendant une période de temps donnée, on détermine
la différence entre le couple maximum et le couple minimum et
; on divise ce résultat par le couple moyen. si le résultat de
ce calcul est supérieur à 10% on peut supposer qu'il y a des
instabilit~s périodiques de vitesse de rotation de la
garniture.
Cette ~tape est représentée sur la figure 2 par :
C maxi _ mini > 10
Cmoy
Un résultat inférieur à 10~ implique une fai~le
variation de couple qui permet d'en déduire qu'il n'y a pas
d'instabilité de vitesse de rotation de la garniture. Dans ce
cas le proc~dé permet de signaler au ma~tre-foreur qu'il peut
maintenir les paramètres de forage.
- Calcul de la période ~
Si la variation du couple est importante, on procède
~ 1'étape suivante du procédé dans laquelle on calcule la
p~riode P de la variation du coupls. Ensuite on est amen~ à
v~rifier si cette periode P est constante pour un nombre
predetermine de cycles.
S'il s'avere que la période P n'est pas constante on
ne peut pas déduire qu'il y a, ou qu'il n'y a pas,
d'instabilités de vitesse de rotation. Cependant, comme il y
a des variations importantes du couple le procédé perme~ de
signaler cette situation au maItre-foreur afin qu'il puisse
le cas ech~ant modifier les paramètres de fora~e.
Si la periode P est constante on peut passer à
l'~tape suivante :
- Comparaison de la periode P avec une p~riode
theorique :
La période theorique Pth est une caractéristique de
la garniture utilis~e. Elle ~st calcul~e ~ partir des modes
propres de vibration en torsion de la garniture. Comme il y a
plusieurs modes propres de vibration, il s'en suit qu'il y a
plusieurs valeurs pour Pth que l'on peut appeler Pth,; Pth2 r
On proc~de, donc, ~ une comparaison de la valeur P
actuelle avec chacune des valeur th~oriques préd~terminées
- .'
.'.; :

hl U S /'~
W092/05337 PCT/FR91/00721
, .
afin de voir si la valeur P se trouve dans une plage comprise
entre 0,8 et 1,2 fois la valeur de l'une des valeurs
théoriques Pt h ~
Si la valeur P se trouve dans une telle plage on peut
en déduire qu'il y a des instabilités périodiques de vitesse
;, de rotation. Le système permet de signaler ce fait au ma~tre-
foreur afin qu'il puisse agir et modifier un ou plusieurs
param~tres de forage. En revanche, si la valeur P ne se
txouve pas dans une telle plage il y a incertitude concernant
le comportement du train de tiges. Cependant le système
permet de signaler cette situation incertaine au maltre-
foreur afin qu'il puisse modifier les paramètres du forage le
cas ~chéant.
Ensuite il convient de procéder à une dernière étape:
- la caractérisation du phénomène.
Cette étape comporte deux parties : le calcul du
pourcentage de temps d'arrêt de l'outil et le calcul de la
vitesse de rotation m~Y;- de l'outil~
Le pourc~ntage de temps d'arr~t de l'outil ~tar est
défini par ~a formule
~tar=
(tem~s de récu~ération-2 x temps de ~ro~aqation)x 100
Période
Le temps de récupération, temps pendant lequel le
moteur tourne et l'outil arr~te, est le temps nécesaire au
moteur pour vaincre les ~rottements entre la garniture et le
puits.
Ce temps est egal ~ 60 x DN
~oy
o~ DN est le nombre de tours de garniture nécessaire
pour vaincre les ~rottemPnts.
~t ~ Oy est la vitesse de rotation moyenne de
l'outil.
Le temps de propagation est donné par 1'expression
lonqueur de la qarniture
vitesse des ondes dans le matériau de la garniture

~j W092/05337 2 ~ 7 ~ 1 3 8 PCT/FR91/~721
La vitesse de rotation maximum de l'outil ~ ax
ax = i x VR x 100
(100 ~ %tar )
o~ j est un coeff:icient de profil qui est, par
S exemple 1,7 pour le premier mode de vibration.
Comme représenté sllr la Figure 2, la présente
;invention permet de signaler au ma~tre-foreur, de maniere
simple, la présence ou l'absence d'instabilités de vitesse de
rotation. Dans 1'exemple illustré un ensemble de voyants,
110 analogue aux feux classiques destinés a régler la circulation
routière, est utilisé. Tout autre moyen de signalisation, par
exemple auditif ou graphique, peut être utilisé.
Dans 1'exemple illustré, un voyant vert indique au
maItre-foreur qu'il peut maintenir les paramètres du forage,
un ~oyant orange lui laisse le choix de modifier les
paramètres, compte tenu du diagnostic incertain, et le voyant
rouge lui indique gu'il faut agir activement.
Les figures 3A et 3B sont deux paires de courbes, à
une échelle de kemps différente, de la variation du couple C
et de la vitesse de rotation de l'outil VR avec le temps. Les
mesures ont été effectuées par un dispositi~ d'enregistrement
disposé au fond du pui~s. Ces ~esures permettent de
visualiser le rapport entre le couple et la vitesse de
rotation et de confirmer que ce rapport correspond aux
hypoth~ses sur lesquelles est fondé le procedé selon la
présente invention. La figure 4 montre de façon plus
détaillée la variation du couple et de la vitesse de
rotation.
,~ , . : , : :

Dessin représentatif