Brevet FR2304767A1 — publié le 19761015

L'invention est relative à un dispositif destiné à être utilisé dans le soutènement d'un puits de pétrole ou de gaz, en particulier à un dispositif destiné à former un passage entre les couches contenant le pétrole ou le gaz et l'intérieur du tube de soutènement du puits. On connais un certain nombre de procédés pour assurer le soutènement des puits de pétrole ou de gaz, ainsi qu'un certain nombre de dispositifs utilisés dans ces procédés. En général, les procédés connus consistent à forer un trou, à y descendre un tube muni de dispositifs montés transversalement pour se fixer aux couches traversées, à appliquer une pression hydraulique sous l'action de laquelle ces dispositifs s'expansent et entrent en contact avec les couches perméables, et à cimenter l'espace annulaire extérieur au tube en injectant un ciment de l'intérieur du tube vers le bas et autour de sa partie inférieure dans l'espace annulaire compris entre le tube et le trou de forage.Une fois que le ciment a pris, les parties des dispositifs de raccordement qui sont situées à l'intérieur du tube doivent être éliminées à l'aide d'un appareillage de perçage introduit dans le tube ou à l'aide d'acides ou d'autres produits chimiques qui dissolvent ces parties sans détériorer d'autres parties des dispositifs ou le tube lui-mEme. Les exigences posées par ces dispositifs de soutènement de puits de pétrole ou de gaz sont les suivantes : ils doivent pouvoir s'adapter facilement aux différences de profondeur et d'espacement des couches contenant le pétrole ou le gaz, c'est-àdire qu'ils doivent pouvoir être montés facilement et rapidement aux emplacements désirés de la paroi du tube, sur le lieu du forage ;ils doivent assurer une liaison étanche aux fuites entre le tube et les couches ; ils doivent être actionnés rapidement et aisément ; et, une fois actionnés, ils doivent permettre un enIèvement rapide des parties situées à l'intérieur du tube pour laisser cet espace libre pour le passage d'outils de production. Dans l'un des procédés connus, qui est décrit dans le brevet américain n" 2.707.997, le dispositif de fixation utilisé est supporté par un filetage ménagé dans la paroi du tube. Ceci, d'une part, nécessite que cette paroi soit suffisasent épaisse pour fournir suffisamment de filets pour supporter le dispositif, et, d'autre part, exige le taraudage d'un trou dans la paroi du tube sur le lieu du forage, opération compliquée et coûteuse. En outre, l'enlèvement des parties du dispositif de fixation qui se trouvent à l'intérieur du tube après que le dispositif a été actionné doit être effectué par perçage, opération longue et coûteuse, ou par la mise en oeuvre d'acides ou d'autres produits chimiques, qui peut être dangereuse et exige des mesures de précaution spéciales. De plus, dans ce dispositif connu, il est prévu la mise en oeuvre d'une substance de remplissage qui assure l'étanchéité de la fixation, une fois que le dispositif a été actionné, et qui doit être dissoute à l'acide pour ouvrir le passage entre les couches contenant le pétrole ou le gaz et le tube. Il faut donc prévoir un supplément d'équipement pour la manipulation de l'acide et un supplément de temps pour la dissolution de cette substance. Dans un autre procédé connu décrit dans le brevet américain n" 3.312.280, il est prévu un outil de fixation qui comporte une douille de fixation montée, avec possibilité de coulissement transversal, dans la paroi du tube au moyen d'un mécanisme à ressort maintenu inopérant par une biellette agencée pour être détruite par un produit chimique, cette destruction ayant pour conséquence de rendre opérant le susdit mécanisme qui assure alors la liaison entre le tube et les couches contenant le pétrole ou le gaz. Le trou de forage doit être beaucoup plus grand que le diamètre du tube pour laisser de la place à l'outil de fixation et au ciment qui est introduit de l'extérieur du tube. Parmi les inconvénients de l'outil de fixation, il faut citer sa complication de construction et le fait que des tronçons de tube, de longueurs correspondant à la distance des couches contenant du pétrole ou du gaz, doivent être filetés à leurs extrémités en vue d'insérer le tronçon comportant l'outil. Ceci est à la fois long et coûteux. En outre, la cimentation n'a jamais été effectuée de l'extérieur et on ne dispose pas de machines pour cela. L'invention a donc pour but de fournir un procédé pour achever un puits de pétrole ou de gaz qui puisse être mis en oeuvre rapidement-et efficacement sur le lieu du forage. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif pour assurer la liaison des couches contenant le pétrole ou le gaz et de l'intérieur du tube, qui soit de construction très simple et évite tous les inconvénients exposés ci-dessus, tout en satisfaisant aux exigences dont il vient d'être question. L'invention concerne un dispositif utilisé dans le soutène nertd'unpuLts de péééeoudegaz pour assurer un passage entre les couches contenant le pétrole ou le gaz et l'intérieur du tube de soutènement du puits, ce dispositif comprenant un élément monté dans la paroi du tube et immobilisé dans celle-ci au cours de la descente dudit tube dans le trou de forage, cet élément étant agencé pour coulisser transversalement vers l'extérieur du tube pour entrer en contact avec ces couches, lequel élément est creux et est initialement fermé à son extrémité intérieure, ce dispositif étant caractérisé en ce que le susdit élément, d'une part, est maintenu dans des moyens vissés dans une douille de montage qui est fixée par soudage autour du trou ménagé dans la paroi du tube, et, vautre part, comporte un écrou d'arrêt contenant un mélange de sel et de résine époxy qui est protégé au cours des opérations d'injection et de cimentation effectuées lors du soutènement du puits, mais qui, après rupture de l'extrémité intérieure de l'élé- ment, se dissout pour fournir un passage libre à travers l'élément entre le tube et les couches avoisinantes. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide d'un de ses modes de réalisation préféré, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant au dessin unique annexé qui représente en coupe transversale un dispositif de soutènement conforme à l'invention. Dans la paroi d'un tube 1 de soutènement d'un puits, de construction connue, est prévu un trou 2. Ce trou est découpé au chalumeau sur le lieu de forage, l'emplacement de ces trous et leurs espacements le long du tube étant déterminés au moyen d'équipementsde détection électroniques qui déterminent les niveaux des couches de production potentielles. Dans le trou 2 est soudée la douille de montage 3 du dispositif, de telle manière qu'elle ne dépasse pas extérieurement de plus de 12,75 mm. La douille 3 est munie d'un filetage intérieur fraisé à son extrémité extérieure. Un écroU porteur 4 destiné à loger un élément 5 coulissant transversalement dans sa cavité axiale est vissé de l'extérieur à l'intérieur de la douille de montage 3. Cet écrou porteur 4 présente un rebord 4a évasé vers l'extérieur qui se loge dans la partie fraisée du filetage de la douille 3. L'écrou porteur 4 comporte dans son extrémité extérieure un évidement axial conique 4b, et à son extrémité intérieure un trou axial fileté intérieurement 4c dans lequel est vissé un écrou de blocage 6. Une rainure périphérique 4d est réalisée dans la surface extérieure de l'écrou porteur 4 au voisinage du fond du trou 4c, dans un but qui sera décrit ci-dessous. L'écrou de blocage 6 comporte un trou 6a de plus grand diamètre, que son trou axial, qui entoure celui-ci à son extrémité extérieur c'est-à-dire à son extrémité située du côté de la surface extérieure du tube 1, les parois de ce trou 6 a étant légèrement coniques et renfermant un certain nombre de billes d'arrêt7 dans un but qui sera exposé ci-dessous. L'élément coulissant S,qui traverse l'écrou porteur 4 et l'écrou de blocage 6, est constitué par un tube creux fermé du côté intérieur, un écrou obturateur à sel 8 étant inséré par vissage à l'intérieur de l'extrémité extérieure ouverte de l'élément 5, avec interposition d'une coupelle 9 de forme à peu près conique qui est maintenue par son bord intérieur 9a entre l'élément 5 et l'écrou obturateur 8. Cet écrou obturateur 8 présente un rebord extérieur conique 8a qui se loge dans la coupelle 9 et se trouve protégé par celle-ci ; cet écrou obturateur 8 est muni, à l'intérieur de son trou central,d'une masse 8b de sel agglomérée et maintenue en place par de la résine époxy et protégée par de la graisse contenue dans la coupelle 9. Au voisinage de l'extrémité intérieure de l'élément 5 est prévue dans celui-ci une rainure périphérique extérieure dans laquelle est disposée une bague de retenue 10. Cette bague empèche l'élément 5 de tomber hors du tube 1 dans le cas où cet élément est trop court pour atteindre les couches de roche extérieures et ladite bague maintient aussi en place un manchon élastique à friction Il enfilé sur l'extrémité intérieure de l'élément 5. Des rainures intérieures 4e et 6b sont prévues respectivement dans l'écrou porteur 4 et dans l'écrou de blocage 6 pour loger des joints toriques 12 destinés à assurer une étanchéité, évitant ainsi toute fuite, et à protéger les billes d'arrêt 7 des boues et du ciment, comme on le comprendra mieux par la suite. Ce dispositif fonctionne de la manière suivante. Après que le puits a été foré et exploré, des trous 2 sont découpés au chalumeau dans le tube 1 aux emplacements nécessaires et des douilles 3 sont fixées dans ces trous par soudage suivant leurs pourtours. Le ddRpoFfffestalors assemblé, toutes les pièces de celui-ci (sauf les éléments coulissants 5) étant les mêmes dans tous les cas. Le diamètre de l'élément coulissant 5 est constant mais sa longueur est choisie en fonction des dimensions du tube et de l'espace compris entre la surface extérieure du tubel etle trou de forage du puits. Après que le dispositif a été mis en place dans l'écrou porteur 4 de telle manière que la coupelle 9 se trouve dans l'évidement 4b, l'écrou porteur 4 est vissé dans la douille 3, des évidements 4f étant prévus dans la face extérieure de cet écrou pour l'application d'une clé de serrage. Le manchon à friction 11, qui est constitué de préférence par un tube de chlorure de polyvinyle, empêche 1élément 5 de glisser vers l'extérieur au cours de la descente du tube dans le trou de forage. Une collerette flexible de remplissage connue, munie d'une plaque de cisaillement et une plaque d'obturation en caoutchouc connue disposée sur la partie supérieure de la collerette sont ajoutées au-dessus du tube avant la descente de celui-ci dans le trou de forage. Du fait que normalement le tube est vide, ou seulement partiellement rempli au cours de cette opération de descente, la pression extérieure maintiendra l'élément 5 en place et l'empêchera de glisser vers l'extérieur avant l'opération d'injection qui, d'une manière connue, est effectuée dès que le tube est en place. A ce stade, la plaque de cisaillement aura établi une pression suffisante pour pousser l'élément 5 vers l'extérieur en surmontant la résistance opposée par le manchon 11. Normalement, au cours de l'injection, une pression suffisante est créée pour pousserl'élément 5 vers l'extérieur. Luti- lisation de la plaque de cisaillement connue, qui crée une élévation de pression, assure une pression suffisante mourpentr r dans les gâteaux de boue qui se trouvent au niveau des couches perméables. Après que l'injection a été effectuée et que l'élément 5 est sorti de son logement, la cimentation de l'interstice annulaire extérieur au tube est effectuée d'une manière en soi connue. Au cours de cette opération, la coupelle 9 protège l'écrou obturateur à sel 8. A la fin de la cimentation, une boule de cimentation, du genre utilisé dans les dispositifs de retenue de ciment connus et capable de flotter sur le ciment tout en s'enfonçant dans la boue, est introduite à la partie supérieure du ciment, les dimensions de cette boule sont choisies de telle manière qu'elle puisse franchir les parties du dispositif qui font saillie à l'intérieur du tube.Ensuite on effectue l'opé ration de déplacement, à la fin de laquelle cette boule vient heurter la plaque d'obturation en caoutchouc, ce qui d'une part empêche tout dépassement de déplacement et d'autre part, établit une pression suffisante pour maintenir l'élément coulissant 5 dans sa position saillant vers l'extérieur. Cependant, si cette pression venait à être réduite pour quelque raison que ce soit, les billes d'arrêt 7 empêcheraient le retour de l'élément 5, du fait que sous l'action de la pression exercée par la paroi oblique du trou Sa sur ces billes, celles-ci sont pressées contre la paroi de l'élément 5 et le maintiennent en place par friction. Une fois que le ciment a pris, un foret est descendu dans le tube pour éliminer par brisure la partie du dispositif qui fait saillie à l'intérieur du tube, opération qui s'effectue facilement et avec précision du fait de la présence de la rainure 4d prévue dans l'écrou porteur 4 et du fait que l'élément 5 est de préférence établi en un matériau relativement fragile, tel que de la fonte, qui peut facilement être percée par des forets de per çage classiques dans le cas où la brisure n'est pas nette. Dans ces conditions l'intérieur du tube est dégagé pour le passage d'outils de production tels que des presse-étoupes, des bouchons de pontage, etc. Le tube est ensuite lavé, d'une manière en soi connue, ce qui provoque la dissolution des masses agglomérées de sel des bouchons et l'ouverture bilatérale des éléments 5. Lorsque le tube est nettoyé à sec et qu'un traitement à l'acide ou à un autre produit chimique est nécessaire, ce produit traversera les bouchons de sel relativement perméables et les dissoudra. On se rend compte de la simplicité d'assemblage du dispositif et de sa rapidité de montage dans la paroi du tube du fait qu'il suffit de souder les douilles 3 au tube sur le lieu de forage. Le fonctionnement de ce dispositif est automatique, toute pénétration de boues ou de ciment liquide à l'intérieur du tube à travers les trous des écrous porteurs et de blocage étant empêchée par les joints toriques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ses modes de réalisation ou d'application ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour assurer un passage entre une couche de roche et l'intérieur du tube de soutènement d'un trou de forage, comportant un élément creux mobile, présentant un conduit, monté dans la paroi du tube et immobilisé initialement en position rétractée au cours de la descente du tube, puis amené à faire saillie à l'extérieur de la paroi du tube une fois le ciment pris, de manière à entrer en contact avec la couche de roche, un bouchon soluble obturant initialement le trou du susdit élément creux, lequel dispositif est caractérisé en ce que le susdit bouchon est soluble dans l'eau et que le dispositif comprend des moyens amovibles, de chaque côté du bouchon en question, pour empêcher tout contact prématuré dudit bouchon avec de l'eau. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bouchon est constitué par un mélange aggloméré d'un sel et d'un agent liant. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent liant est constitué par une résine époxy. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens protecteurs précités comportent une couche de graisse disposée sur l'extrémité extérieure du bouchon. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens protecteurs comportent en outre un capuchon d'ex extrémité disposé à ltextrémité intérieure de l'élément présentant un conduit. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ce capuchon d'extrémité fait partie intégrante de l'élément présentant un conduit. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément présentant un conduit est porté par un ensemble de montage creux, dans lequel il peut se déplacer, disposé dans un trou de la paroi du tube, une rainure périphérique étant prévue dans la surface extérieure de cet ensemble de montage. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément présentant un conduit est porté par un ensemble de montage creux, dans lequel il peut se déplacer, disposé dans un trou de la paroi du tube, cet ensemble de montage comportant une douille de montage disposée dans un écrou porteur, disposé dans ladite douille et portant élément présentant un conduit, cet écrou porteur étant aligné avec la surface extérieure de la douil le et s'étendant à l'intérieur du tube, un trou étant prévu à l'extrémité intérieure de l'écrou porteur, un écrou de blocage étant disposé dans ce trou, l'élément présentant un conduit étant maintenu dans les trous axiaux de l'écrou porteur et de l'écrou de blocage. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une rainure périphérique est prévue dans la surface extérieure de l'écrou de blocage. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que des rainures intérieures sont prévues dans les trous axiaux de l'écrou porteur et de l'écrou de blocage et que des joints annulaires d'étanchéité sont disposés dans ces rainures. 11. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens d'arrêt sont prévus pour empêcher tout déplacement de l'élément présentant un conduit en direction de l'intérieur de la paroi du tube. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'extrémité extérieure de l'écrou de blocage est munie d'un trou de plus grand diamètre que son trou axial et entourant celuici, les parois de ce trou de grand diamètre étant légèrement coniques, les moyens d'arrêt comportant un certain nombre de billes d'arrêt disposées à l'intérieur de ce trou de plus grand diamètre. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au voisinage de l'extrémité intérieure de l'élément présentant un conduit sont prévus des moyens de retenue pour empêcher toute saillie excessive de cet élément. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de retenue comportent une rainure périphérique extérieure ménagée dans l'élément présentant un conduit 7 et qu'une bague de retenue est disposée dans cette rainure. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de retenue destinés à empêcher tout glissement prématuré vers l'extérieur de l'élément présentant un conduit, ces moyens de retenue comprenant un manchon de matière plastique disposé sur la surface extérieure de l'extrémité intérieure de l'élément présentant un conduit. 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une rainure périphérique extérieure managée dans l'élément présentant un conduit au voisinage de l'extrémité intérieure de celui-ci et une bague de retenue dispo sée dans cette rainure, une partie du manchon en matière plastique recouvrant cette bague de retenue