Brevet FR2450937A1 — publié le 19801003

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de forage de puits De façon plus précise, la présente invention concerne un procédé de forage de puits qui permet de résoudre de façon efficace et reLativement simple le problème de la traversée lors de ce forgage de couches géologiques présentant des risques d'éboulements, ces couches étant par exemple constituées par de l'argile ou un ciment argileux. On sait que lors du forage d'un puits- la rencontre de zones argileuses ou a ciment arcrileux, entraîne des problèmes lors de la poursuite du forage. En effet, l'argile gonfle et se délite entraînant des éboulements au-dessus de l'outil de forage, ce qui provoque un coincement de cet outil. La solution communément employée pour se protéger dans de telles zones, consista à effectuer le forage avec une boue dont la densité maintient le terrain. Cependant, dans le cas de terrains présentant ae pertes importantes il vient nécessaire d'effectuer le forage et de poser un tubage le plus rapidement possible. Or, le cotit d'un tubage qui ne serai posé que pour se protéger d'une zone argileuse est prohibitif. Selon le procedé objet de l'invention, on effectue avec les outils habituels le forage en traversant la zone arqileuse. Puis, à l'aide d'un oucil spécial produisant des jets hydrauliques, on élargit e e forage dans la zone argileuse ou a ciment argileux. Dans une étape suivante, on cimente de façon connue, l'ensemble de la zone élargle correspondant à la coche d'argile ou de ciment argileux. Dans une étape ultérieure, on fore le ciment precédemment réalise et on poursuit le forage par des moyens classiques au-delà de la none argileuse. L'invention concerne également un outil permettant cet abattage hydraulique de la zone argileuse. Il se présente d 'une façon générale sous la forme d un corps creux présentant une pluralité de duses ou buses disposées radialement et raccor es a un passage central lui-meme raccordé au train de tiges. En envoyant dans es duses un liquide sous pression, les jets hydrauliques à la sortie des duses permettent d'obtenir un abattage hydraulique de l'argile comme on l'expliquera plus en détail ultérieurement. Ce type d'outils object de l'invention est beaucoup mieux adapté à l'abattage dans des zones @ ciment argileux que les moyens classiques d'élargissage par moyens mécaniques tels quelbélarglsseur à bras. En effet, dans les zones à ciment argileux, on trouve souvent des galets, des rognons, etc .... . L'usage d'élargisseur à bras y est donc très délicat. Au contraire, on comprend que l'utilisation d'un outil à jets hydrauliques affranchit de ces difficultés. De toute façon l'invention sera mieux comprise.à la lecture de la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention et de divers modes de réalisation de l'outil d'abattage hydraulique. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur les figures la à id, les différentes étapes du procédé objet de l'invention, - sur les figures 2a et 2b, un premier mode de réalisation simplifié de l'outil d'abattage hydraulique dans sa position de travail et dans sa position de repos, - sur les figures 3a et 3b un exemple simplifié de réalisation de l'outil intégré-comportant un outil d'abattage et un outil de forage respectivement en position de forage et en position d'abattage, - sur les figures 4a et 4b un exemple de réalisation plus détaillé de l'outil intégré en position de forage et en position d'abattage hydraulique. Sur les figures la à id, on a représenté les différentes étapes de mise en oeuvre du procédé de forage comportant l'étape d'abattage hydraulique. Les zones A et C correspondent à des couches géologiques dont la tenue est bonne. Au contraire, la couche centrale Best par exemple en argile et présente donc des risques importants de délitage. Comme on le voit sur la figure la, on procède d'abord au forage de façon classique du puits 2 jusqu'à une profondeur 4 qui est en dessous de la limite inférieure 6 de la couche B. Dans un deuxième temps, à l'aide d'un outil d'abattage à jets hydrauliques qui sera explicité ultérieurement, on procède à l'élargissement du puits de forage 2 à l'intérieur de la couche géologique B. On obtient ainsi une cavité 8 dont le diamètre est très sensiblement supérieur au diamètre courant du puits de forage 2.Comme on l'a .déjà expliqué succinctement, cet abattage se fait par projection de jets hydrauliques sous pression. On projette ainsi sur les parois du puits le fluide sous pression à grande vitesse, environ 150 m/s. Le jet attaque la paroi en érodant celle-ci et en accélérant le processus de délitement des argiles, l'argile et les galets tombant au fond du puits et créant ainsi un déblai 10 (figure lb) sur le fond provisoire du puits. En déplaçant les jets hydrauliques sur toute la hauteur de la formation géologique B, on obtient effectivement la cavité 8 ou zone élargie. Dans une troisième étape représentée sur la figure lc, on réalise une cimentation de la cavité 8, cette cimentation étant référencée 12. Cette cimentation est mise en oeuvre par des procédés classiques. Enfin, dans une dernière étape représentée sur la figure id, on procède a une nouvelle opération de forage, en particulier, on fore ainsi un trou 14 dans la zone cimentée 12 pour réaliser le prolongement de ce forage.Cependant, tout autour du trou 14 dans la zone argileuse B, on a réalisé un anneau de ciment 12 qui assure ainsi la protection du forage dans cette zone. On comprend que ces différentes opérations de cimentation, d'abattage hydraulique et de reforage du bouchon de ciment sont beaucoup moins onéreuses que les opérations classiques de tubage. Sùr les figures 2a et 2b, on a représenté schématiquement un premier mode de réalisation de l'outil d'abattage objet de l'invention. Cet outil référencé 20 est fixé à l'extrémité inférieure du train de tiges 22. Cet outil comporte essentiellement une cavité centrale 24 qui prolonge l'alésage axial 26 du train de tiges, cette cavité étant fermée par un fond 28 muni de préférence d'un passage axial 30. Au niveau de la cavité 24, la paroi latérale 32 de l'outil est percée de duses ou buses rayonnantes 34 régulièrement réparties sur la périphérie de la paroi latérale de l'outil autour de l'axe vertical-X-X' de l'outil. Un bouchon 38 permet d'obturer de façon sensiblement étanche le passage axial 30 par coopération de ce bouchon avec la portée 40. On comprend qu'en enfonçant complètement le bouchon 38 sur sa portée 40 et en envoyant par le passage 26 le liquide de forage dans la cavité 24, on obtient a la sortie des buses 34 des jets de liquide de forage sous pression à une vitesse de l'ordre de 150 m/s. Au contraire, si on enlève par tous moyens connus le bouchon 38 (c'est-à-dire que l'outil d'abattage n'est plus en position de fonctionnement), l'orifice 30 est dégagé et il est donc possible d'envoyer un outil en dessous de l'outil d'abattage dans le puits de forage. Sur les figures 3a et 3b, on a représenté un outil d'abattage hydraulique intégré. En d'autres termes, cela signifie qu'à l'outil d'abattage hydraulique proprement dit qui est réfé rencé 20', est associé un outil classique de forage 50 et que cet outil de forage et cet outil d'abattage hydraulique peuvent fonctionner tous les deux sans qu'il soit nécessaire de les remonter à la surface. Selon ce mode de réalisation, on retrouve le passage central 26 du train de tiges 22, la cavité 24' de l'outil 20', les duses 34' rayonnantes et le passage inférieur 30' ménagé dans le fond 28' de l'outil d'abattage hydraulique.L'outil de forage classique 50 est fixé par tous moyens appropriés sur le fond 28' de l'outil d'abattage hydraulique et cet outil de forage classique 50 comporte également un passage central 52 pour la circulation du liquide de forage. On comprend qu'ainsi on a une continuité de passage pour le liquide de forage à travers les orifices axiaux 26, la cavité inférieure 24', le passage 30'- et l'alésage 52. On comprend que, pour que l'outil d'abattage hydrau- lique 26' puisse fonctionner, il est nécessaire d'obturer le trou 30' dans le fond de cet outil et que, en revanche, pour faire fonctionner l'outil de forage classique, il est nécessaire de laisser le passage 30' ouvert, mais de fermer les duses 34'. Pour cela, on trouve à l'intérieur de la cavite 24' une chemise cylindrique 56 rappelée vers le haut par des ressorts de rappel 58. Sur sa face interne inférieure, la chemise 56 comporte une portée 56a conique tournée vers le haut. En outre, un bouchon 38' peut être introduit à l'intérieur de la chemise 56 et coopérer avec la portée conique 56a. Lorsqu'on veut faire fonctionner l'outil de forage, le bouchon 38' est enlevé. Sous l'action du ressort 58, la chemise 56 remonte et vient obturer les duses 34' et le fluide de forage va vers l'outil de forage par le passage 30'. Au contraire, lorsqu'on veut utiliser l'outil d'abattage hydraulique, on introduit le bouchon 38' qui vient au contact de la portée 56a et qui provoque l'abaissement de la chemise 56. Celle-ci dégage ainsi les duses 34' ce qui permet d'obtenir les jets hydrauliques déjà décrits, assurant l'abattage. Sur les figures 4a et 4b, on a représenté des modes de réalisation plus détaillés de l'outil intégré. Sur ces figures, on retrouve l'outil d'abattage hydraulique 20' fixé sur le train de tiges 22 et l'outil de forage 50 fixé sur l'outil d'abattage 20'. Pour l'outil de forage 50, on trouve le corps 100 comportant le passage axial 102. Le corps 100 comporte la plaque 100a de fixation des molettes de forage 104 et la plaque lOOb de fixation sur l'outil d'abattage 20' par l'intermédiaire des organes de solidarisation 106. Le passage 102 est revêtu par la chemise 108 qui diminue le diamètre pour éviter des remontées de galets lors du forage il s'agit donc d'un outil classique. Pour l'outil d'abattage hydraulique 20', on trouve un corps creux cylindrique 110 muni d'un passage axial 112. Le corps 110 comprend une plaque supérieure llOa de fixation sur le train de tiges 22 et une plaque inférieure îîOb de fixation sur l'outil de forage. I1 comprend également des bras 114 dans lesquels sont percées les duses 34' communiquant avec le passage axial 112. Ces bras 114 sont reliés aux plaques- îîOa et 110b par des voiles radiaux 116 et 116'. Dans le passage axial 112, on trouve une pièce rapportée 118 fixée sur le corps 110 qui sert de siège 120 pour le bouchon. Celui-ci comprend un bouchon proprement dit 122a et des ailettes de guidage 122b dans le passage axial 112. L'ensemble du bouchon 122 est fixé à l'extrémité d'un câble 124. La description précédente, faiteen liaison avec la figure 4a, correspond au fonctionnement de l'outil intégré en abattage hydraulique. Sur la figure 4b, on a représenté l'outil intégré de la figure 4a dans une position correspondant au forage normal. Pour cela, on introduit dans l'alésage 112 une chemise 121 d'obturation des duses 34'. Cette chemise comprend des moyens classiques 123 de verrouillage sur le corps 110 de l'outil d'abattage hydraulique. La mise en place de la chemise 121 est assurée par un organe 134 suspendu au bout du câble 126. Cet organe 134 peut être verrouillé par le dispositif 128 dans la gorge 130 de la chemise 121. I1 découle de la description précédente que le procédé objet de l'invention permet de résoudre de façon simple, rapide et avec un coût réduit, le problème du forage d'un puits dans des couches géologiques susceptibles de se déliter lors du forage. Ltoutil d'abattage hydraulique, en particulier dans sa version intégrée permet d'assurer dans les meilleures conditions de rapidité et de coût le forage du puits malgré les conditions défavorables. REVENDICATIONS 1. Procédé de forage d'un puits dans un sol comportant une couche de terrain de faible résistance, caractérisé en ce qu'on fore de façon connue ledit puits au-delà de ladite couche, en ce qu'on creuse dans ladite couche un élargissement du puits de diamètre plus important, en ce qu'on réalise une cimentation dudit puits et dudit élargissement et en ce qu'on fore ladite cimentation pour réaliser un passage ayant même diamètre que le reste dudit puits. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élargissement dans ladite couche est creusé par jets hydrauliques sous pression. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche est en argile ou en ciment argileux. 4. Dispositif de forage d'un puits dans un sol comportant une couche de terrain de faible résistance, caractérisé en ce qu'il comprend un outil d'abattage hydraulique consistant en un corps creux apte à être raccordé à l'extrémité inférieure d'un train de tiges et à recevoir un liquide sous pression, ledit corps étant muni de bras radiaux percés par des conduites raccordées audit corps creux et formant duses pour que ledit liquide forme a la sortie desdites conduites des jets sous pression. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un outil de forage fixé a la partie inférieure de l'outil d'abattage, ledit outil de forage comportant un corps creux, ledit outil d'abattage hydraulique comprenant d'une part une chemise amovible apte obturer lesdites conduites et d'autre part un bouchon amovible apte a interrompre la communication entre le corps creux dudit outil d'abattage et ledit corps creux de l'outil de forage.