Brevet FR2452581A1 — publié le 19801024

La présente invention se rapporte aux techniques de forage de puits et a notamment pour objet un dispositif pour lapréparation de boue de forage. Il est particulièrement avantageux d'utiliser la présente invention dans les industries de production de gaz et de pétrole. L'invention peut aussi être utilisée avec succès dans les industries chimique et du bâtiment pour la préparation des différentes pulpes et suspensions. Le cycle technologique de préparation d'une boue de forage comprend le dosage des matériaux solides de départ introduits dans un liquide de préparation de la boue, et leur mélange suivi d'une dispersion de la phase solide dans celle liquide. La qualité de la boue de forage préparée dépend de la qualité du mélange desdites phases, de leur homogénéité et de l'uniformité de la répartition des particules de phase solide dans tout le volume de la phase liquide. Les dispositifs pour la prépaion de boues de forage doivent satisfaire à des exigences particulières. Ils doivent assurer l'homogénéité de la suspension aqueuse argileuse à préparer, excluant la présence, dans la boue de forage, de mottes et de particules de phase solide formant des agrégats. Sont connus différents dispositifs pour la préparation de boue de forage, assurant le mélange de la phase solide avec la phase liquide, par exemple des mélangeurs d'argile à palettes, des "monitors" hydrauliques ou canons à boue, des mélangeurs éjecteurs hydrauliques, etc. Les mélangeurs d'argile à palettes sont les plus répandus dans les chantiers de forage, grace à leur construction simple. Cependant, leur rendement très bas et leur grandes dimensions font que lesdits mélangeurs peuvent autre considérés comme un équipement vieilli. Les dispositifs "monitors" hydrauliques permettent d'obtenir un haut rendement au cours de la préparation d'une suspension argileuse aqueuse, mais le mélange ainsi obtenu -es-t hétérogène et contient une grande quantité de mottes et d'inclusions étrangères. Il est particulièrement avantageux d'utiliser pour la préparation d'une boue de forage un mélangeur éjecteur hydraulique (voir le brevet U.S.A No. 3867195, cl. B 01 G du 18 Décembre 1975) comportant une trémie de chargement mise en communication avec la chambre du mélangeur éjecteur à l'intérieur duquel est installée une tubulure pourvue d'une tuyère d'éjection, ladite tubulure étant mise en communication avec une pompe. La trémie de chargement est équipée d'ajutages assurant l'amenée d'un liquide pour créer une pression et pour augmenter la valeur des composantes de vide dans la chambre du mélangeur éjecteur dans laquelle arrivent les phases liquide et solide à mélanger.Le mélangeur éjecteur hydraulique effectue le dosage des matériaux solides de départ introduits, dans le liquide et la préparation de la boue de forage, mais la qualité de cette boue est assez mauvaise, et c'est pourquoi il faut faire appel à un équipement complémentaire pour assurer un mélange de qualité des constituants de la boue de forage. Cet inconvénient est dA à la grande irrégularité de l'arrivée du matériau pulvérulent dans la zone de mélange, et a pour conséquence que goendes portions de matériau pulvérulent n1 ont pas le temps de se mouiller et de se mélanger avec le liquide, de sorte qu'il se forme une suspension concentrée qui crée un bouchon dans la chambre du mélangeur éjecteur.Grace à la dépression engendrée dans le mélangeur éjecteur par la tuyère de la tubulure d'éjection par le jet de liquide, il arrive dans le dispositif, en meme temps que la poudre, une grande quantité d'air qui empoche le mouillage du matériau pulvérulent par le liquide et communique audit matériau des propriétés hydrophobes, ce qui, à son tour, influe sur la stabilité de la densité et de l'homogénéité de la boue de forage, sur le fonctionnement des pompes, et altère la qualité des traitements chimiques, autres traitements subséquents. La chambre du mélangeur éjecteur est rapidement colmatée par les mottes du matériau pulvérulent non dissous, ce qui rend moins fiable le fonctionnement du dispositif. Pour éliminer les bouchons argileux, il est nécessaire de créer une forte pression du liquide, c'est-à-dire utiliser des pompes à piston assurant une forte pression élevée. Dans le cadre de la présente invention on s'est donc proposé de créer un dispositif pour la préparation de boue de forage, qui comporterait un moyen assurant un mélange de qualité et intense des phases solide et liquide, leur homogénéité et la régularité de la répartition des particules de phase solide dans tout le volume de la phase liquide, et qui permettrait d'éviter la formation de mottes de phase solide et de particules réunies en agrégats, de réduire la consommation de matériaux argileux et d'agents chimiques, tout en améliorant le rendement. Ce problème est résolu du fait que le dispositif pour la préparation de boue de forage, comportant une trémie de chargement équipée d'ajutages raccordés à une source de liquide pour la préparation de boue, et mise en communication avec la chambre du mélangeur éjecteur à l'intérieur duquel est montée une tubulure pourvue d'une tuyère d'éjection et reliée à une pompe, est caractérisé, selon l'unvention, en ce qu'il est pourvu d'un électrolyseur à diaphragme disposé dans le conduit hydraulique du liquide pour la préparation de la boue, et dont la cavité de l'électrode négative est reliée aux ajutages de la trémie de chargement et à la tubulure du mélangeur éjecteur. Une telle réalisation accroît l'activité chimique et d'adsorption des particules constituant la phase solide, -ce qui augmente les propriétés hydrophiles de leurs surfaces et améliore les conditions du processus de mélange des particules de phase solide avec le liquide pour la préparation de la boue. Il est avantageux que la tubulure du mélangeur éjecteur soit montée de manière à pouvoir tourner et qu'elle porte sur sa surface une palette hélicoldale constituant une vis d'alimentation. La réalisation de la tubulure d'éjection sous forme d'une vis d'alimentation assure la régularité de l'amenée de la partie concentrée de la suspension dans la chambre du mélangeur éjecteur. Il est avantageux de fixer rigidement les spires extrêmes de la palette de la vis d'alimentation sur cette dernière, et de monter les spires médianes de la palette de la vis d'alimentation de façon à ce qu'elles soient mobiles axialement. Cela permet d'éviter le colmatage de la chambre du mélangeur éjecteur et de l'espace entre les spires de la vis d'alimentation par les mottes de phase solide et par la partie concentrée de la suspension, ainsi que de prévenir la formation de bouchons -dans la chambre du mélangeur éjecteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description, qui va suivre, de différents modes de réalisation non limitatifs illustrés par le dessin unique annexé qui représente schématiquement le dispositif pour la préparation de boue de forage. Le dispositif proposé pour la préparation de boue de forage comporte la chambre 1 d'un mélangeur éjecteur, mise en communication avec une trémie de chargement 2. A l'intérieur de la chambre 1 du mélangeur éjecteur est disposée une tubulure pourvue d'une tuyère d'éjection et montée de façon à pouvoir tourner, ladite tubulure portant sur sa surface une palette hélicordale constituant une vis d'alimentation 3 assurant une amenée régulière de la partie concentrée de la suspension dans la chambre 1 du mélangeur éjecteur. Les spires extrêmes 4 de la palette de la vis d'alimentation 3 sont rigidement fixées sur cette dernière. Les spires médianes 5 de la palette de la vis d'alimentation 3 sont susceptibles de se déplacer axialement dans un jeu 6, ce qui permet d'exclure le colmatage de la chambre 1 du mélangeur éjecteur de l'espace entre les spires de la vis d'alimentation 3 par les mottes de phase solide et par la partie concentrée de la suspension.La trémie de chargement 2 comporte des ajutages 7 mis en communication avec une source de liquide pour lapréparation de la boue (ladite source n'est pas représentée sur le dessin) et assurant l'amenée d'une portion complémentaire de liquide ayant une valeur de pH élevée (propriétés alcalines élevées) pour le mouillage préalable de la phase solide provenant des sacs coupés par une fraise 8 à travers une crépine 9. La vis d'alimentation 3 est entratnée en rotation par l'intermédiaire d'une commande 10. Pour introduire dans la vis d'alimentation 3 un liquide de travail, on utilise une pompe 11. La boue de forage préparée sort à travers une tubulure 12 prévue dans la chambre 1 du mélangeur éjecteur. Afin d'intensifier l'activité chimique et d'adsorption des particules de phase solide et, par conséquent, d'améliorer les propriétés hydrophiles de leurs surfaces (ce qui, à son tour, permet d'améliorer les conditions du processus de mélange des particules de phase solide avec le liquide utilisé pour la préparation de la boue) le dispositif est pourvu d'un électrolyseur à diaphragme 13 monté dans le conduit hydraulique du liquide pour la préparation de la boue. L'électrolyseur à diaphragme 13 comporte une anode 14 et une cathode 15 séparées à l'aide d'une cloison semi-perméable 16.La cavité 17 de l'électrode négative (de la cathode 15), dans laquelle la majeure partie du volume de liquide pour la préparation de la boue est soumise à un traitement en vue d'élever son degré d'alcalinité, est mise en communication avec les ajutages 7 et avec l'entrée de la vis d'alimentation 3, tandis que la cavité 18 de l'électrode chargée positivement (de l'anode 14), dans laquelle se forment les produits résultant des réactions d'oxydation, est mise en communication avec une tubulure d'évacuation 19 destinée à évacuer lesdits produits. Le dispositif pour la préparation de boue de forage fonctionne de la manière suivante. On introduit dans la trémie de chargement 2 une phase pulvérulente provenant de sacs (coupés préalablement à l'aide de la fraise 8) à travers la crépine 9 sur laquelle il reste des inclusions étrangères accidentelles (par exemple des restes de toile à sac ou des mottes trop grosses de phase solide). En même temps, à travers les ajutages 7 on introduit dans la trémie de chargement 2 un liquide pour la préparation de la boue, qui est au préalable soumis à un traitement dans la cavité 17 de la cathode 15 de ltélectrayseur à diaphragme 13. Le liquide pour la préparation de la boue, en passant à travers la zone de l'électrode chargée négativement (de la cathode 15) s'enrichit en groupes hydroxylés chargés négativement du type OH-, à la suite des réactions de réduction et d'oxydation se déroulant dans l'électro- lyseur à diaphragme 13. Les groupes hydroxylés en excès dans le liquide servant à la préparation du liquide de forage augmentent son alcalinité, ce qui se traduit par une augmentation de la valeur du pH du liquide pour la préparation de la boue et favorise une intéraction intense avec les surfaces des particules de phase solide.L'hydratation des particules constituant la phase solide contribue à une intenification de l'activité chimique et d'adsorption des particules, à la suite de qupi les mottes et les agrégats se fractionnent en particules séparées, ce qui améliore les conditions du mouillage préliminaire des particules et de leur mélange avec le liquide utilisé pour la préparation de la boue. Ceci est favorisé par le liquide utilisé pour la préparation de la boue sortant sous pression des ajutages 7, qui remplit la trémie de chargement 2 et provoque un mouvement chaotique de la suspension dans ladite trémie, ce qui améliore les conditions du mouillage et du mélange préalables. Cependant, la suspension argileuse aqueuse est un système instable du point de vue sédimentation, et de ce fait, une partie de la phase solide précipite sur le fond de la trémie de chargement 2, e'est-à-dire se dépose dans la chambre 1 du mélangeur éjecteur.Lors de la création de la pression du liquide de travail anisant à travers la vis d'alimentation 3, un vide se crée dans la chambre 1 du mélangeur éjecteur, et ce vide favorise l'aspiration de la suspension argileuse aqueuse, préparée au préalable, de la trémie de chargement 2 vers la-chambre 1 du mélangeur éjecteur, dans laquelle elle se mélange avec le liquide de travail et arrive sous pression dans la tubulure 12 en vue de son utilisation ultérieure. En tant que liquide de travail il est possible d'utiliser de l'eau, de l'eau dans laquelle sont dissous des agents chimiques, ou une boue de forage qu'il est indispensable d'enrichir avec une phase argileuse ou d'un agent d'alourdissement. La suspension concentrée déposée sur le fond de la chambre 1 du mélangeur éjecteur est susceptible de faire obstacle, sous forme de mottes ou d'un bouchon, au libre passage de la phase solide et du liquide pour la préparation de la boue, mélangés au préalable, vers la zone de mélange avec le liquide de travail. Afin d'éviter cet inconvénient, on met en rotation la vis d'alimentation 3, dont le rtle est rempli par la tubulure d'éjection qui, par ;'intermédiaire des spires 4, 5, chasse la partie concentrée de la suspension vers la zone de son mélange avec le liquide de travail. Le coincement de la vis d'alimentation 3 est exclu du fait que ses spires médianes 5 sont mobiles axialement gracie à la présence du jeu 6. Lors de l'accumulation, entre les spires 4 et 5 de la suspension très concentrée de grosses mottes de phase solide, les spires médianes 5 s'écartent sans arrêter la rotation de la vis d'alimentation 3, jusqu'à ce que la partie concentrée de la suspension passe dans la zone de son mélange avec le liquide de travail, après quoi, sous l'action de leurs propriétés élastiques, les spires médianes 5 reviennent à leur position de départ. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1.Dispositif pour la préparation de boue de forage, comportant une trémie de chargement pourvue d'ajutages raccordés à une source de liquide pour la préparation de la boue, et reliée à la chambre d'un mélangeur éjecteur à l'intérieur duquel est installée une tubulure pourvue d'une tuyère d'éjection et mise en communication avec une pompe, caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un électrolyseur à diaphragme installé dans le conduit du liquide pour la préparation de boue, et dont la cavité de l'élec- trode négative est mise en communication avec les ajutages de la trémie de chargement et avec la tubulure du mélangeur éjecteur. 2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure du mélangeur éjecteur est mobile en rotation et porte sur sa surface une palette hélicoldale constituant une vis d'alimentation. 3.Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les spires extrêmes de la palette de la vis d'alimentation sont rigidement fixées sur cette dernière et que les spires médianes de la palette de la vis d'alimentation sont mobiles axialement.