Brevet FR2000953A1 — publié le 19690919

La présente invention concerne un équipement disposé dans un forage profond pour l'extraction de fluides à partir d'une formation profonde les contenant, Elle vise notamment une installation de puits comprenant un ensemble tubulaire qui va du sommet du puits jusqu'à un certain niveau inférieur et un tube filtre moulé à la base de cet ensemble sur un intervalle qui coïncide au moins partiellement avec le gisement.Elle vise encore un tube perforé ou tube filtre pour utilisation à la partie inférieure d'une installation de puitso On utilise de tels'ttubes perforés" ou t tubes filtrés" dans les puits de production pour éviter que des matières indésirables telles que grains de sable ou gravier ne pénètrent dans le puits en même temps que les fluides prélevés sur le gisement0 On connait de nombreux genres de tubes perforés, différant surtout par la structure des trous percés pour permettre au fluide recueilli de pénétrer dans le tube et pour retenir les matières indésirables telles que grains de sable ou gravier.La présente invention apporte un perfectionnement aux installations de puits comportant un tube perforé formé d'un organe métallique tubulaire qui présente des fentes de largeur très faible découpées dans sa paroi, Quand on pose le tube perforé dans un forage ouvert, sans garniture de gravier, les particules entratnées par le fluide prélevé sur le gisement sont retenues par les fentes pendant que le fluide traverse ces dernièresQuand le tube perforé est entouré par une garniture de gravier, les fentes empêchent le gravier de pénétrer dans le tube, mais laissent passer le fluide. Les grains de sable indésirables provenant du gisement sont ainsi retenus par la garniture de gravier. Un tube perforé du genre décrit ci-dessus assure un excellent filtrage. I1 présente toutefois un inconte- nient quand on l'utilise en milieu corrosif : les tranches dtes fentes découpées dans le tube métallique risquent de surir ane érosion et une corrosion, par exemple quand le tube est en acier ce qui est courant dans les puits de pétrole, De ce fait2 les fentes s'élargissent, de sorte que des particules de plus en plus grosses les franchissent et pénètrent dans le puits, où certaines d'entre elles sont entraînées vers le haut par le courant de fluide traversant le puits et se séparent de ce courant dans le matériel de surface dont elles risquent de boucher les passages et de réduire l'efficacité0 Les particules trop grosses pour être soulevées par le courant de fluide demeurent dans la partie inférieure du puits, tendant à obturer le passage qui le traverse et à réduire progressivement le débit de fluide, jus qu'à ce que le taux de production devienne trop faible pour que le puits soit rentable. Il faut alors restaurer le puits et changer le tube perforé. Bien entendu, si les fluides prélevés par le sondage sont très corrosifs, la fréquence de remplacement du tube perforé s'en trouve accrue. La présente invention a pour but de fournir un matériel de puits destiné à être posé à la base d'un puits résistant aux fluides corrosifs extraits de gisements communiquant avec le puits. Un autre but de l'invention est de fournir une installation de puits comportant un tube perforé présentant dans sa paroi des fentes, destinées à laisser passer le fluide et à retenir les particules indésirables qu'il entrasses qui ne risquent pas de s'élargir lorsqu'elles sont traversées par des fluides corrosifs. Un autre but de l'invention est de fournir un matériel de puits, convenant aux puits pour l'exploitation de pétrole, de gaz ou d'eau provenant de gisements souterrains, comprenant un tube perforé non susceptible d'être facilement endommagé lors de sa pose dans le puits et qu'on n'ait à remplacer que rarement du fait qu'il résiste bien au-contact avec des fluides corrosifs. Plus précisément,l'invention concerne une installation de puits pour puits profond, comprenant un ensemble tubulaire allant du sommet du puits jusqu'à un niveau souterrain et munie à la base d'un tube perforé monté sur un intervalle coincidant au moins partiellement avec le gisement, ce~tube-per- foré comprenant un organe métallique tubulaire fermé à la base, dont la paroi est recouverte en partie'au moins d'une coche foi mée essentiellement par de la matière résineuse renforcée par un matériau résistant à la corrosion, une communication étant établie, entre l'extérieur et l'intérieur du tube perforé, par des fentes ménagées dans la paroi de ce tube, cette paroi étant formée à la fois par la matière résineuse renforcée et par la paroi de l'organe métallique tubulaire. La matière résineuse qui recouvre au moins partiellement la paroi de l'organe métallique tubulaire peut être renforcée par des fibres sous forme de feutre ou de mèches. Le matériau de renforcement peut être aussi de l'acier inoxydable, du nickel, du chrome ou des matériaux réfractaires tels que produits silico-alumineux, carbone, graphite, carbure de silicium, nitrure de bore, bore et verre. On peut éventuellement combiner deux ou plusieurs de ces matériaux. Les fentes peuvent entre parallèles entre elles. Leur espacement dépend entre autres de l'épaisseur de la couche renforcée. Leur largeur dépend de la grosseur des grains à retenir. L'équipement de puits selon l'invention constitue une structure très robuste. Il comprend un tube perforé qu'on peut aisément monter à la base d'un puits en le reliant à l'extrémité inférieure d'un tubage qu'on descend dans le puits. Du fait quelle comprend le corps métallique d'un élément tubulaire, la paroi du tube perforé est assez robuste pour résister aux efforts qu'elle subit pendant sa descente dans le puits. Une fois posé dans le puits, le tube perforé est exposé au fluide agressif qui le traverse. Ses parties les plus sujettes à corrosion sont les tranches de fentes, au niveau desquelles le fluide est animé d'une vitesse supérieure à celle de traversée du passage central ménagé dans l'organe tubulaire. La couche résineuse renforcée n'est pas attaquée par le fluide corrosif. Ainsi, les parties de fentes ménagées dans cette couche ne sont pas élargies par le fuide corrosif qui les traverse. Par contre, les parties des tranches de fente formées par la paroi métallique de l'organe tubulaire sont progressivement corrodées. Toutefois, cette corrosion n'affecte pas le filtrage assuré par le tube perforé, puisque les tranches des fentes en résine renforcée demeurent intactes. On va maintenant décrire l'invention en se ré férant au dessin annexé, qui représente schématiquement à titre d'exemple un équipement de puits suivant l'invention. Sur ce dessin - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un puits à l'endroit où il pénètre dans le gisement sur lequel on doit prélever du fluide - la figure 2 montre l'une des fentes ménagées dans la paroi du tube perforé représenté sur la figure 1, en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe analogue à la figure 2, mais d'un tube perforé différant quelque peu par sa structure de celui montré sur la figure 1. Le puits 1, dont seule la partie inférieure est représentée sur la figure 1, pénètre à travers le terrain de recouvrement 2, sensiblement imperméable au fluide contenu dans les pores de la formation 3 sous-jacente. Le puits 1 s'élargit en 4 au point où il pénètre dans la formation 3. Le matériel de sondage disposé dans le puits comprend, au niveau représenté sur la figure 1, un tube de revêtement 5, cimenté dans la formation 2 par une couche de ciment 6 qui remplit l'espace annulaire ménagé entre la paroi extérieure du revêtement 5 et la paroi du puits 1. Une garniture étanche 7 est encastrée dans la base du revêtement 5 et entoure la partie pleine 8 d'un tube perforé 9. On remplit de gravier 10 ltespace annulaire séparant le tube perforé 9 de la formation 3. On emmagasine du gravier de réserve dans l'espace annulaire présent entre la partie pleine 8 du tube perforé 9 et le revêtement 5. Le gravier contenu dans la cavité 4 soutient la paroi de cette cavité, l'empêchant de s'ébouler contre le tube perforé 9. Les particules de gravier 10 sont retenues à l'extérieur du tube perforé 9 par les fentes 11 ménagées dans la paroi de ce tube0 On donne à ces fentes une largeur telle que, pendant remplissage de la cavité 4 à l'aide de gravier, les particules de gravier demeurent en travers des fentes 11, formant une couche perméable qui recouvre la voie d'accès à chaque fente. Pour décrire la structure de la paroi du tube perforé 9 et la disposition des fentes 11 dans cette paroi, on va maintenant se référer à la figure 2, qui représente la paroi du tube 9 au niveau d'une fente, en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1. le tube perforé 9 comprend un tube d'acier 12, cylindrique dans l'exemple choisi. Ce tube 12 est entouré par une couche résineuse renforcée 13, qu'on forme dans l'exemple choisi en enroulant des mèches de verre imprégnées de résine thermodurcissable autour de la paroi extérieure du tube 12. Par "mèches de verre" on entend des faisceaux de fibres de verre monobrin n'ayant subi qu'une torsion nulle ou très faible. Cette technique d'enroulement est connue du spécialiste des tubes armés de fibres et l'on s'abstiendra de la décrire. Dans l'exemple choisi, la matière résineuse utilisée est un polyester insaturé ayant subi une polymérisation réticulée avec du styrène ou un de ces homologues. Après prise de la résine formant la couche 13 et enrobant les mèches enroulées autour du tube 12, on ménage les fentes 11 dans la paroi du tube 9 à l'aide d'une machine à inciser classique, conçue pour ménager des fentes dans les tubes perforés métalliques connus. On choisit la largeur de ces fentes d'après la grosseur du gravier à utiliser dans le puits dans lequel on pose le tube perforé. Suivant une variante (représentée à la figure 3), on recouvre la couche résineuse renforcée 13 d'une couche résineuse 14 non renforcée. La paroi du tube perforé 9 est alors formée par le tube métallique 12, par la couche résineuse renforcée 13 et par la couche résineuse 14. On ménage les fentes 11 à travers ces trois épaisseurs. Bien entendu, on peut remplacer la couche unique 13 par deux ou plusieurs couches résineuses presentant chacune au moins une épaisseur de renforcement formée en enroulant des mèches ou du feutre de fibres sur le tube 12, autour d'une couche résineuse préalablement renforcée. On peut encore entourer la couche résineuse 14 (figure 3) d'une seconde couche résineuse renforcée (non représentée). On peut prévoir autour du tube 12 toute combinaison de couches résineuses renforcées, éventuellement com binées à des couches résineuses non renforcées. On ménage toujours les fentes 11 à travers l'ensemble des couches résineuses, renforcées ou non, et de la paroi métallique 12. Comme le montre encore la figure 1, le tube perforé 9 est en deux tronçons 9A et 9B, reliés ensemble par un raccord 15 raccordé par vissage à l'une des extrémités de chaque tronçon 9A et 9B. Le tronçon 9B est fermé à la base par un organe de fermeture 16 vissé sur cette base. On pose en partie le matériel de puits, suivant l'invention dans le puits 1 pendant le forage de ce puits. Lorsqu'on a atteint la profondeur voulue, on descend dans le puits 1 jusqu'à la profondeur désirée, le revêtement 5 qui fait partie du tubage et on le cimente en place (couche de ciment 6). Après avoir ménagé la cavité 4, par exemple par travail de sape, on accouple ensemble à l'aide du raccord 15 les tronçons 9A et 9B du tube perforé et l'on referme le tronçon 9B à la base en vissant sur cette base l'organe de fermeture 16. En- suite, on suspend le tube perforé 9 au sommet du puits et on l'équipe du matériel normalement utilisé pour la pose de gravie autour de tubes perforés (par exemple organe de suspension étan chue, tuyau de lavage et outil de déversement transversal). On d-- cend alors le tube perforé 9 dans le puits 1 à l'aide d'une tige de sonde (non représentée) jusqu'à ce qu'il ait atteint la profondeur voulue.Pendant sa descente, le tube 9 porte souvent à force contre la face intérieure du revêtement 5. Lorsqu'on pose le tube 9 dans la cavité 4, on le presse parfois très fortement contre la base de cette cavité. Toutefois, aucun dommage n'en résulte car le tube métallique 12 sur lequel on a enroulé la ou les couches résineuses est assez robuste pour résister à ces manipulations brutales. Une fois le tube perforé 9 en place, on fait pénétrer la garniture de gravier 10 dans la cavité 4 par l'une quelconque des techniques connues en soi On pose ensuite la garniture étanche 7 et l'on complète l'équipement du puits par les agencements habituels. Il est alors prêt pour l'exploitation. En réduisant la pression qui règne dans la cavité 4 (par exemple par pompage, ouverture du puits) ou par injection de fluide dans des puits voisins, on met en circulation du fluide qui sort des pores de la formation, traverse les lacunes de la garniture de gravier 10, puis les fentes 11 du tube perforé 9 pour pénétrer dans ce tube, dans lequel il se déplace de bas en haut vers le sommet du puits. De par sa nature corrosive, due par exemple à sa teneur en sel, le fluide agit sur les parties métalliques du tube 12 avec lesquelles il entre en contact. En conséquence, les tranches des fentes 11 formées par la paroi du tube 12 sont usées par corrosion. Une exposition prolongée du tube 12 à l'action du fluide corrosif provoque un affaiblissement de ce tube ou même sa désagrégation totale. Toutefois, du fait que les couches résineuses (telles que 13 et 14), ainsi que leur renforcement, résistent à l'action corrosive du fluide, les parties de tranches des fentes il formées par ces couches ne sont pas attaquées par le fluide. Ainsi, les parties de fentes taillées dans les couches résineuses ne risquent pas de s'élargir et le fluide corrosif n'affecte donc pas l'effet filtrant exercé par le tube perforé, même s'il agit sur ce tube pendant un temps prolongé. Si le tube métallique 12 a été affaibli ou même totalement détruit par endroits par la corrosion, ce sont les couches résineuses qui doivent supporter la charge latérale appliquée au tube perforé 9 par la garniture de gravier 10 et par la formation 3. Du fait que l'une au moins de ces couches est renforcée, le tube formé par la paroi résineuse fendue est assez robuste pour résister à ces efforts. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation illustrés. On peut éventuellement prévoir la paroi résineuse renforcée non à l'extérieur, mais à l'intérieur du tube métallique ou sur les deux faces de ce tube. De plus, les fentes n'ont pas nécessairement la disposition représentée et peuvent être autrement réparties. Les tranches de chaque fente peuvent être parallèles ou convergentes. Dans ce dernier cas, les tranches des fentes peuvent converger soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur du tube perfore. Aux mèches décrites à propos-du renforcement de la couche résineuse 13, on peut substituer du feutre de fi bres de verre. On peut aussi éventuellement combiner des mèches et du feutre dans une même couche résineuse ou dans des couches résineuses voisines. Le matériel de sondage décrit n'est pas exclusivement utilisable dans des puits comportant au niveau du gisement, des cavités remplies de gravier. On peut adopter une structure différente. Ainsi, on peut poser le tube perforé dans un puits non garni de gravier ou dans un revêtement perforé. Dans ce dernier cas, on peut dispoer une garniture de gravier dans le revêtement, autour du tube perforé. On peut éventuellement supprimer la garniture étanche 7 séparant le tube perforé du easing 5 et la remplacer par un organe de port convenable à cette fin. La partie métallique du tuyau perforé peut entre en acier, aluminium ou autre métal ou composition métallique convenable à cette fin. Les couches résineuses peuvent être en toute résine thermodurcissable. Outre le polyester cité plus haut, on peut utiliser par exemple une résine époxyde ou de formaldéhyde. On applique la résine sous forme de liquide ou de poudre au renforcement enroulé sur le tuyau 12. On peut ajouter à cette résine un durcisseur convenable. Si l'on applique des couches superposées, celles-ci peuvent être à base de résines différentes et/ ou contenir des matériaux de renforcement différents. Bien que le tube perforé 9 représenté sur la figure 1 soit en deux tronçons 9A et 9B, il peut comporter tout autre nombre de tronçons. On peut substituer au raccord fileté t5 représenté sur la figure 1 tout moyen de raccordement convenable à cette fin. Etant donné que la corrosion du tube perforé 9 a lieu en majorité autour des fentes 11, il n'est pas nécessaire de relier entre elles les couches de résine entourant les tronçons 9A et 9B voisins. Toutefois, on peut éventuellement réunir ensemble ces couches résineuses en enroulant autour de leurs extrémités contiguës et du raccord t5 un feutre de fibres impré gné de résine thermodurcissable. Ainsi, les éléments en résine renforcée du tube perforé, présentant les fentes 11, ne se séparent pas après destruction par usure du tube 12 et du raccord 15. Toutefois, cette précaution est normalement inutile, à condition qu'une zone assez importante demeure exempte de fentes à chaque extrémité de chaque couche résineuse et que les couches résineuses, ou du moins celles recouvrant directement le tube métallique soient fermement fixées à la paroi de ce tube, empê- chant ainsi le fluide corrosif de s'insérer entre les couches résineuses et la paroi du tube métallique. On peut encore revêtir les parties métalliques non revêtues de couches résineuses d'une peinture résistant à la corrosion. R E V E N D I C A T I G N S 1 ) - Une installation de puits pour puits profond, comprenant un ensemble tubulaire allant du sommet du puits jusqu'à un niveau souterrain et munie à la base d'un tube perforé monté sur un intervalle coïncidant au moins partiellement avec un gisement contenant un fluide à extraire, ce tube perforé comprenant un organe métallique tubulaire fermé à la base, dont la paroi est recouverte en partie au moins d'une couche essentiellement formée par de la matière résineuse renforcée par un matériau résistant à la corrosion, une communication étant établie, entre l'extérieur et l'intérieur du tuyau perforé, par des fentes ménagées dans la paroi de ce tuyau, cette paroi étant formée à la fois par la matière résineuse renforcée et par la paroi de l'organe métallique tubulaire. 2g) - Une installation selon la revendication 1, dans laquelle la matière résineuse est renforcée par des fibres de verre. 30) - Une installation selon la revendication 2 dans lequel la matière résineuse est renforcée par des mèches. 40) - Une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le tube métallique est formé d'un certain nombre de tronçons présentant chacun des moyens de raccordement à ses extrémités, les tronçons étant assemblés en un seul organe. 5 ) - Une installation selon la revendication 4, dans lequel les moyens de raccordement des tronçons métalliques ne sont pas recouverts par une couche de matière résineuse renforcée. 60) - Une installation selon l'une quelconque des renvendications à å 5, dans laquelle la paroi du tube ren- forcé comporte une couche de matière résineuse non renforcée. 70) - Un tube perforé pour installation de puits, comprenant un tube métallique dont la paroi est en partie au moins recouverte d'une couche formée de matière résineuse renforcée, les éléments de renforcement étant essentiellement en matériau résistant à la corrosion, des fentes réparties tra versant la paroi du tube métallique et de la couche qui le recou vre 80) - Un tube perforé selon la revendication 7, dans lequel le tube métallique présente aux deux extrémités des moyens de raccordement. 90) - Un tube perforé selon les revendications 7 ou 8, dont la paroi comporte une couche de matière résineuse non renforcée.