Brevet FR2488648A1 — publié le 19820219

DISPOSITIF DE PERFORATION POUR SONDAGES L'invention se rapporte aux dispositifs de perforation pour la mise en production des sondages et plus particulièrement à un dispositif à charges creuses du type semi-récupérable. Les dispositifs de perforation semi-récupérabIes comprennent un support allongé le long duquel sont fixées des charges creuses encapsulées dirigées radialement. L'ensemble. est descendu dans un sondage à la profondeur où l'on désire perforer le tubage et, après le tir, on remonte en surface le support et, éventuellement, les parties d'enveloppes de charges qui sont restées fixées au support. Les-parties des enveloppes brisées par l'ezplosion constituent des débris qui restent dans le sondage mais cette quantité de débris est limitée grâce à la récupération du support. Les supports utilisés sont souvent en forme de barre allongée comportant des trous de fixation destinés à recevoir les charges. De tels dispositifs sont décrits par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 2 756 677 (J.J. Mc Cullough). Pour certaines applications il est souhaitable de réaliser des perforations de diamètre élevé et en grand nombre. Une telle application est par exemple la préparation d'une zone productrice tubée pour la constitution d'un écran de gravier (gravel pack). Ces dispositifs à haute densité de charge imposent de nombreuses contraintes qui jusqu'à présent n'ont pas été résolues par les techniques de l'art antérieur. On a réalisé des supports constitués par une barre tordue en hélice pour obtenir des charges dirigées selon plusieurs directions radiales. Le support décrit dans le brevet déjà mentionné ne permet pas de monter une densité élevée de charges de par sa conception même et par suite de son manque de robustesse. Un tel support est tordu sur sa longueur après fixation -es zozo Comme les trous sont aussi déformés par la torsion, il est alors possible que le maintien des charges ne soit pas assuré avec suffisanec; de fermeté. De plus, si lton utilise les dispositifs connus pour des tubages de différents diamètres on n'obtient pas partout la même qualité de performances.Dans les tubages de diamètre élevé, seules les charges qui viennent en appui sur le tubage présentent de bonnes performances. Les autres charges, dont la face avant est rela vivement éloignée de la paroi, perdent une partie considérable de leur efficacité. Dans les dispositifs de perforation destinés à la préparation des écrans de gravier, il est particulièrement important d'obtenir des perforations de gros diamètre ( 2 cm par exemple) aussi régulièrement espacées que possible dans toutes les directions. Avec les dispositifs connus qui permettent d'atteindre par exemple une densité de quatre coups par 30 cm, on pourrait obtenir une densité double en descendant à la mème profondeur deux de ces appareils mais on ne sait pas les intercaler pour réaliser des perforations avec une répartition régulière. fl est donc souhaitable de réaliser des dispositifs de perforation capables de recevoir une densité élevée de charges et-présentant une excellente robustesse avec toutefois un faible cott de fabrication. Ce faible coût est important car en général, après un tir, les supports sont déformés ou rendus fragiles et ne sont pas réutilisables. L'objet de l'invention concerne un dispositif de perforation dans un sondage particulierement souhaitable pour la réalisation d'une densité élevée de perforations de diamètre important avec une répartition régulière. L'objet de l'invention se rapporte en outre à un dispositif de perforation dont le support de charges est particulièrement simple et robuste. Selon l'invention, un dispositif de perforation pour sondages comprend : un support allongé formé par une suite de sections à faces planes angulairement décalées autour de la'direction longitudinale et percées de trous de fixation longitudinalement espacés et des charges explosives ayant des enveloppes étanches adaptées à s'engager dans les trous de fixation avec leurs axes sensiblement perpendiculaires aux faces planes. Des moyens de verrouillage immobilisent les charges sur le support et des moyens de détonation commandés électriquement sont reliés aux charges pour leur mise à feu.Chaque section de support comporte deux trous de -2xtio es--c-és, 'ongitudinarement, d'une distance inf - rieure au ditre -j:i-i'. nue charge perpendiculairement à son axe, et les enveloppes des chartes comportent des parties arrière de diamètre réduit adaptées à s'engager dans les trous de fixation pour monter deux charges selon des directions radiales opposées sur chacune desdites sections. Le support est formé par un tube dont on écrase bord à bord des parties successives dans des directions radiales prédéterminées pour former les sections à faces planes. Pour les sondages équipés d'un tubage de diamètre élevé, des entretoises amovibles sont susceptibles d'être intercalées entre les charges et le support afin de minimiser le Jeu entre les parties avant des charges et ce tubage. Ces entretoises sont de plusieurs longueurs correspondant à des tubages de diamètres différents. L'enveloppe de chaque charge comprend une partie arrière métallique offrant une résistance suffisante pour la fixation et une partie avant réalisée en un matériau cassant, par exemple céramique, pour réduire la dimension des débris après explosion. Les moyens de détonation comprennent un détonateur commandé élestriquement pour faire exploser deux cordeaux détonants respectivement reliés l'un à une première série comprenant une charge de chaque section et l'autre à une deuxième série comprenant l'autre charge de chaque section. Les deux cordeaux sont mis à feu simultanément grâce à un relai explosif et éventuellement synchronisés par d'autres relais explosifs. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif de perforation selon l'invention représenté dans un sondage; - les -figures 2A et 2B sont une vue en coupe partielle du dispositif de la figure l; - la figure 3 est une vue en perspective du support de charges de ce dispositif; - les figures 4A et 4B sont des vues des charges encapsulées utilisées dans le dispositif; - la figure 5 est un détail du support; - la figure 6 est une coupe d'une entretoise utilisée pour les tubages de diamètre élevé; et - la fgope 7 est une coupe suivant 7.7 de la figure 2A. n révérence à le figure 1, un dispositif de perforation 11 suspendu à l'extrémité d'un câble 12 est représenté dans un sondage 13 revêtu d'un tubage 14 qui traverse des formations 15. Pour mettre en production.une certaine zone contenant des hydrocarbures, on désire préparer cette zone pour la mise en place d'un écran de gravier et, pour ce faire, perforer une grande densité de trous de gros diamètre dans cette zone. Le dispositif de perforation 11 réalisé en vue de ce résultat est fixé à une tête-de câble classique 16 par-l'intermédiaire d'un détecteur 17 de joints de tubage permettant de repérer avec précision les profondeurs.Le dispositif de perforation comprend une tate supérieure 18, un adaptateur 20, un (ou plusieurs) organe de raccordement 21, un (ou plusieurs) support 22 de charges 23 et une pièce d'extrémité inférieure 24. En référence aux figures 2A et 2B, la tête supérieure 18 de forme cylindrique porte un filetage 26 permettant sa fixation à 1' éxtré- mité inférieure du détecteur 17 de joints de tubage. Un connecteur électrique 27 monté de façon isolée et étanche dans l'axe de la tête est relié à sa partie inférieure à un conducteur isolé 28. La tête 18 est fixée par exemple par des vis 30 à l'adaptateur 20 formé par un manchon 31 soudé de façon excentrée à une plaque 32. Des renforts latéraux 33 sont soudés entre le manchon 31 et la plaque 32. I1 est préférable que la tête 18 soit excentrée dans le sondage afin que le détecteur de joints 17 soit proche de la paroi du tubage 14 et fournisse ainsi un meilleur signal.La plaque 32 est reliée au support 22 par l'organe de raccordement 21 formé de deux demi-coquilles 35 et 36 - fixées il une à l'autre par des vis 37 (voir figure 7). Chaque demi-coqullle (par exemple 35) est formée par un segment de cornière sur lequel est soudé un longeron 40 de section carrée de façon que les deux demi-coquilles après montage autorisent un mouvement angulaire limité entre la tête 18 et le support 22. Chaque demi-coquille comprend de plus une saillie transversale 41 sur laquelle peuvent autre fixés un cordeau détonant ou un relai explosif et les conducteurs électriques. Le support 22, représenté aussi en perspective sur la figure 3, comprend une suite de sections à faces planes angulairement décalées de 900 autour de la direction longitudinale AA'. Chaque section (voir figure 5) est percée de deux trous de fixation 44-45 longitudinalement espacés pour recevoir l'arrière des charges. Chaque trou de fixation tel que 44 comporte deux méplats transversaux 45, 47 et deux méplats obliques 48, 49 pour empêcher la c-zr~e correzyonåante de tourner autour de son axe. La distance d entre les centres des deux trous de fixation 44et 45 d'une section est nettement inférieure au diamètre maximal d'une charge pris perpendiculairement à son axe afin de permettre une grande densité de charges. Les charges sont alors montées avec des directions opposées de part et d'autre de chaque section. De préférence les trous 44 et 45 sont aussi rapprochés que possible, tout en laissant entre eux une bande de métal rnin!male suffisante pour permettre une bonne fixation des charges. Dans un mode de réalisation, la distance d était d'environ 2 cm pour des charges de diamètre 5 cm environ, la bande de métal laissée entre les deux trous ayant 8 mm de largeur. Le support 22 (figure 3) est fabriqué à partir d'un tube d'acier de diamètre convenable (4 cm dans l'exemple ci-dessus) écrase selon deux directions radiales de façon à former les sections successives à faces planes. Pour ce faire on place le tube sous une presse pour écraser une section avec une force d'environ 100 tonnes puis on avance le tube d'une longueur de section, en le faisant tourner de 900 autour de son axe avant d'écraser la section suivante. On découpe ensuite les trous de fixation par poinçonnage, Chaque charge 23 représentée plus en détail sur les figures 4A et 4B comprend une enveloppe métallique 52 et un couvercle 53 en céramique monté de façon étanche sur l'enveloppe. La partie arrière métallique permet de fixer solidement la charge sur le support.Le couvercle en alumine frittée est fractionné en débris de faibles dimensions par l'explosion. Les mêmes couvercles réalisés en acier resteraient en une seule pièce et seraient seulement percés par le jet de la charge creuse, ce qui constituerait des débris de dimensions trop importantes. L'enveloppe 52 d'axe B.B'contient un pain d'explosif dont la face avant est creusée en forme de cône recouvert d'un revêtement métallique (non représenté). Cette disposition classique pour les charges creuses encapsulées ne sera pas décrite plus en détail. L'enveloppe 52 comprend une partie arrière de section réduite reliée à une partie avant cylindrique par une partie tronconique 54. La partie arrière de I'enveloppe se compose d'une collerette 55 et d'un pied 56 dont la section est complémentaire de celle des trous de fixation. Dans le pied 56 qui comporte deux méplats opposés 57-58 sont découpés une fente 60 pour le pasae d'un cordeau détonant et un trou transversal 61 adapté à recevoir une ~ouc lle de verrouillage. De préférence, la fente 60 qui se prolonge jusque dans la collerette 55, est inclinée à environ 450 par rapport au plan des méplats 57-58.Sur chaque section du support, deux charges, orientées dans des directions radiales opposées, sont immo- bilisées en rotation par les méplats 57-58 le long de leurs axes par des goupilles qui traversent les trous 61 Lors du montage des charges sur le support, on place (figure 2A) un premier cordeau détonant 62 dans les fentes 60 d'une première série de charges formée par la charge supérieure de chaque section, et un deuxième cordeau détonant 63 dans les fentes 60 d'une deuxième série de charges comprenant l'autre charge (inférieure) de chaque section. Chaque cordeau détonant (62-63) est disposé en hélice autour du support et se prolonge vers le bas jusqu'à un relai explosif 64.Le relai explosif 64 relié par l'intermédiaire d'un autre cordeau détonant 65 à un détonateur 66 a pour but de mettre à feu simultanément les deux cordeaux 62 et 63. Le détonateur 66 comporte deux fils électriques de mise à feu 67 et 68 reliés vers le haut le long du support 22, l'un au conducteur isolé 28 et l'autre à un deuxième conducteur 70 connecté à la masse. Le détonateur - 66, les cordeaux détonants, et par suite ltensemble des charges 23 sont mis à feu par l'envoi d'un courant électrique convenable entre le connecteur 27-et la masse par l'intermédiaire du câble 12. D'une façon classique, .11 est préférable que la mise à feu s'effectue du bas vers le haut. En effet, avec un sens de mise à feu inverse, un raté partiel du dispositif se traduirait par un empilement de débris sur les charges inférieures non tirées ce qui pourrait coincer le dispositif dans le tubage lorsqu'on le remonte en surface. Pour obtenir des perforations sur une grande longueur on peut fixer bout à bout plusieurs supports 22 par des organes de raccordement 21. Pour que la détonation des deux cordeaux 62 et 63 reste simultanée on intercale au niveau de chaque organe de raccordement 21 un relai explosif qui, au début de chaque support 22, synchronise la détonation de ces deux cordeaux. Le support 22 est fixé à la pièce d'extrémité inférieure 24 par un organe de raccordement 71 identique à l'organe 21 de la figure 7. La pièce d'extrémité 24 est constituée par un tube 72 écrasé à sa partie supérieure pour présenter une section plane de liaison 73 adaptée à être placée dans l'organe de raccordement 71. Des fenêtres 74 sont découpées dans le tube et un bouchon 75 est soudé à scn extrémité inférieure. Trois tiges 76 sont soudées par leurs extrémités au haut et au bas du tube 72 de façon que leurs parties médianes soient éloignées de l'axe et centrent le bas de l'appareil dans le tubage. Le détonateur 66 est placé à l'intérieur du tube 72. Un dispositif de perforation représenté sur les figures 2A et 2B est adapté à une série donnée de tubas comme par exemple les tubages de diamètre extérieur 17,8 cm (7 pouces). Pour perforer des tubages de diamètre différent comme les tubages de diamètre extérieur 23 cm, on utilise le même support 22 mais l'on monte les charges 23 sur ce support par l'intermédiaire d'entretoises 80 (voir figure 6). L'entretoise comporte une partie avant femelle 81 dans laquelle stemboRte le pied 56 d'une charge et une partie arrière mâle 82 de section complémentaire à celle des trous de fixation 44-45. La partie avant 81 comporte un trou transversal 83 adapté à recevoir une goupille de verrouillage pour immobiliser la charge dans l'entretoise. La partie arrière 82 comporte un trou transversal 84 adapté à recevoir une autre goupille pour fixer l'entretoise sur le support 22. Ces entretoises minimisent l'espacement entre la partie avant des charges et le- tubage. Le mode de réalisation qui vient d'vêture décrit peut évidemment faire l'objet de nombreuses variantes sans toutefois sortir du cadre de l'invention. rrnrDioeTIO'Ts 1. Dispositif de perforation pour sondages comprenant - un support allongé formé par une suite de sections à faces planes angulairement décalées autour de la direction longitudinale et percées de trous de fixation longitudinalement espacés; - des charges explosives ayant des enveloppes étanches adap tées à s'engager dans les trous de fixation avec leurs axes sensible ment perpendiculaires aux faces planes; - des moyens de verrouillage pour immobiliser lesdites charges sur ledit support; et - des moyens de détonation commandés électriquement et reliés auxdites charges pour mettre à feu lesdites charges; caractérisé en ce que chaque section de support comporte deux trous de fixation longitudinalement espacés, d'une distance entre centres, inférieure au diamètre maximal d'une charge perpendiculairement à son axe, et en ce que les enveloppes des charges comportent des parties arrière de diamètre réduit adaptées à s'engager dans les trous de fixation de façon à monter deux charges selon des directions radiales opposées sur chacune desdites sections. I 2. Dispositif de perforation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support est formé par un tube métallique dont lesdites sections sont réalisées en écrasant bord à bord des parties successi ves du tube dans des directions radiales prédéterminées. 3. Dispositif de perforation selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites directions d'écrasement sont deux directions radia les sensiblement perpendiculaires de façon à obtenir des charges ex plosives orientées selon quatre directions radiales à 900. 4. Dispositif de perforation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend des entretoises amovibles suscep tibles d'btre intercalées entre les charges et ledit support pour des sondages équipés de tubages de diamètre élevé avec un Jeu réduit entre les parties avant des charges et le tubage. 5. Dispositif de perforation selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs types d'entretoises amovibles de lon gueurs prédéterminées différentes pour des sondages équipés de tubages de diamètres différents. 6. Dispositif de perforation selon l'une des revendications 1 à D 5, caractérisé en ce que l'enveloppe de chaque charge comprend une partie arrière métallique offrant une résistance suffisante pour la fixation et une partie avant réalisée en un matériau cassant pour réduire la dimension des débris après explosion de ladite charge. 7. Dispositif de perforation-selon la revendication 6, caracté risé en ce que ladite partie avant de l'enveloppe des charges est réalisée en céramique. 8. Dispositif de perforation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une tette de connection reliée audit support de façon excentrée par rapport à l'axe dudit support. 9. Dispositif de perforation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de détonation comprennent un détonateur commandé électriquement pour mettre à feu deux cordeaux détonants respectivement reliés l'un à une première série comprenant une charge de chaque section et l'autre à une deuxième série compre nant l'autre charge de chaque section. 10. Dispositif de perforation selon la revendication 9, caracté risé en ce qu'il comprend un relai explosif déclenché par le détona teur pour la mise à feu simultanée des deux cordeaux détonants. 11. Dispositif de perforation selon la revendication 10, carac térisé en ce ou'il comprend plusieurs relais explosifs longitudina lement espacés le long du support pour maintenir la détonation simultanée des deux cordeaux détonants. 12. Dispositif de perforation selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que chaque enveloppe de charge comprend un passage de cordeau détonant réalisé de façon que' après montage de cette enveloppe sur une section dudit support, ledit cordeau détonant soit disposé le long de la face du support qui est dirigée vers l'avant de l'enveloppe. 13. Dispositif de perforation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque trou de fixation comporte au moins un méplat pour immobiliser en rotation la charge engagée dans ce trou de fixation.