Brevet FR2502685A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne la technique de forage de puits et a notamment pour objet un &q>eifdestfné En particuflioerau traitement de matériaux de tamponnage et de cimentatbnet leur apport sur les parois d'une portion déterminée du puits. L'instabilité des roches formant les parois d'un puits ou les pertes de boue de forage sont les causes principales des complications freinant l'amélioration de l'efficacité du forage. La suppression de ces complications 1o nécessite, outre une grande consommation de matériaux de tamponnage cotteux, des pertes de temps de travail productif et des arrêts prolongés de l'équipen nt de forage. Pour surmonter ces difficuli6s, on cherche à l'heure actuelle à élaborer des méthodes et des moyens techniques nouveaux permettant de supprimer lesdites complications et de réduire les pertes dues à ces complications. La méthode consistant à éliminer lesdites complications à l'aide de matériaux secs hautement concentrés et à prise rapide, traités directement dans la portion du puits o ont lieu les complications, élève dans une grande mesure l'efficacité du procédé de forage, mais elle nécessite une main d'oeuvre supplémentaire pour, principalement, les opérations de montée et de descente. Cette main d'oeuvre est importante surtout en cas de suppression des complications lors de forages efCfectués avec des porte-carottes amovibles, au cours desquels le nombre d'opérations de montée et de descente nécessaires au forage est réduit à un minimum. On connait un dispositif pour l'apport d'un mélange de tamlponnage sur les parois d'un puits, qui est descendu dans le puits sur des tiges de forage. Ce dispositif comporte un raccord de réduction servant à raccorder le dispositif au train de tiges de forage et assemblé à son tour à un déflecteur exécuté sous forme d'une vis d'Archimède portant à son extrémité libre un outil de forage pour le mélange de tamponnage, Pour utiliser ce dispositif, on retire d'abord du pui'outil de forage principal à l'aide duquel a été p foré le puits et on le remplace par le dispositif décrit ci-dessus. Avant de descendre le dispositif dans le puits, on amène dans celui-ci a matière de tamponnage. Toutes ces opérations entraînent des pertes de temps et par conséquent une baisse du rendement. On connait aussi un dispositif pour l'apport d'un mélange de tamponnage, comportant un tube recevant ledit mélange, assemblé rigidement par l'intermédiaire d'un raccord de réduction au train de tiges de forage et obturé à sa partie inférieure par un bouchon pendant ele transport. Dans ce tube on place au-dessus du mélange de tamponnage une tête et un piston disposés successivement et rigidement solidaires l'un de l'autre. La tête a des canaux pour le passage du liquide et comporte un outil pour le forage du mélange de tamponnage et des aubes pour l'application dudit mélange sur les parois du puits. Dans le piston sont pratiqués des canaux pour le passage du liquide et sont logés des éléments à ressort pour le blocage en position de la tête par rapport au train de tiges de forage. Dans ce dispositif, les aubes de la tête sont exécutées sous forme d'une hélice à spires de sens inverse de celui de rotation des tiges de forage. Lors de l'utilisation de ce dispositif, le matériau de tamponnage est amené dans la zone de la complication simultanément avec le dispositif servant à son traitement et à son application sur les parois du puits. Toutefois, l'utilisation de ce dispositif entraîne elle-aussi des pertes de temps supplémentaires dues à la nécessité de retirer du puits l'outil de forage principal et de le remplacer par ledit dispositif d'apport du mélange de tamponnage en même temps que le mélange de tamponnage. Comme déjà mentionné, ces pertes de temps sont par- ticulièrement importantes en cas de forage des puits à l'aide d'un équipement muni de porte-carottes amovibles, lors duquel l'extraction hors duptÉts d l'ensemble du train de tiges n'est effectuée que pour remplacer l'outil de forage usé. On s'est donc proposé de mettre aupoint un dispositif pour l'apport d'un mélange de tamponnage sur les parois d'un puits, dans lequel les aubes, le piston et l'outil de forage seraient réalisés de manière à permettre d'utiliser le dispositif pour l'élimination des complications surgls- sant lors du forage du puits avec utilisation d'un porte- carotte amovible, sans extraction de l'ensemble du train de tiges du puits. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif pour l'apport d'un mélange de tamponnage sur les parois d'un puits,du type comportant, disposés successive- ment et reliés entre eux, un piston avec des canaux pour la circulation de la boue de forage et des éléments ou arrêtoirs pour le blocage en position du dispositif par rapport au train de tiges, et une tête portant des aubes pour l'application du mélange de tamponnage sur les parois du puits et un outil de forage dudit mélange de tamponnage, disposé à son extrémité libre, cette tête ayant des canaux pourJa circulation de la boue de forage, lesquels sont mis en communication avec les canaux du piston, ledit disposi- tif étant caractérisé, selon l'invention, en ce que les aubes sont exécutées sous forme de deux plaques montées sur ladite tête, de part et d'autre de celle-ci et sous un angle par rapport à son axe de rotation et susceptibles de déplacements de positionnement radiaux par rapport audit axe de rotation,les diamètres respectifs du piston, de la tête et de l'outil de forage étant quelque peu inférieurs au diamètre de passage du train de tiges de forage. Il est avantageux de pratiquer dans ladite tête des canaux débouchants coaxiaux disposés radialement et mis en communication avec ses canaux pour le passage de la boue de forage, lesdits canaux contenant des pistons à ressorts reliés aux aubes correspondantes pour leur déplacement radial. Ce mode de réalisation est le plus simple au point de vue de conception. Il est aussi avantageux que le piston et la tête soient reliés entre eux par une tige ayant un canal axial. Le fait que la tête soit reliée au piston par l'intermé- diaire d'une tige permet de diminuer le poids du dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin unique et non limitatif annexé, dans lequel: - la figure 1 représente le dispositif pour l'apport d'un mélange de tamponnage sur les parois d'un puits, conforme à l'invention (vue en coupe longitudinale) - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 1. Le dispositif pour l'apport d'un mélange de tamponnage sur les parois d'un puits comporte un piston 1 (figure 1) de diamètre approprié au diamètre intérieur du train de tiges de forage 2 et servant à transporter ledit dispositif le long de ces tubes vers le fond du puits. Le piston 1 possède des canaux 3 pour le passage de la boue de forage et est muni d'éléments ou arrêtoirs 4 à ressort qui coopèrent avec des gorges annulaires 5 pratiquées dans une section 6 du train de tiges 2. Le piston 1 est relié à sa partie inférieure à une tête 7 par l'intermédiaire d'une tige 8 dans laquelle est prévu un canal axial 9 mis en communication avec le canal 3 du piston 1 et avec un canal 10 ménagé dans la tête 7. La partie inférieure de la tête 7 se termine parun outil de forage 11 disposé au-dessous d'un clapet ou valve analogue d'étranglement 12 (figure 2) se trouvant dans le canal 10 de la tête 7 et empêchant la boue de forage se trouvant dans l'espace entre le tubage et la paroi du puits d'arriver dans les canaux 10, 9 et 3. (figure 1). Les diamètresde l'outil de forage 11, de la tête 7 et du piston 1 sont quelque peu inférieurs au diamètre de passage du train de tiges de forage 2. La tête 7 comporte des encoches 13 (figure 2) diamé- tralement opposées dans lesquelles sont logées des aubes 14 exécutées sous forme de plaques désignées par le même chiffre de référence 14, disposées sous un angleod par rapport à l'axe longitudinal du dispositif et servant à l'application centrifuge du matériau de tamponnage sur les parois du puits. Les plaques 14 sont fixées rigidement sur des pistons 15 (figures 2 et 3) logés dans des canaux débouchants radiaux 16, disposés coaxialement, de la tête 7 et mis en communication avec le canal 10 (figure 2). Les pistons 15 sont reliés entre eux par un ressort de traction 17. Le ressort 18 (figure 1) des éléments de blocage 4 montés sur le piston 1 est relié à un mamelon 19 servant à la prise du dispositif par une cloche ou " overshot" (non représentée)et à son extraction du train de tiges de forage 2. La couronne de forage principale 20 est fixée sur le train de tiges de forage 2. Le dispositif pour l'apport d'un matériau de tamponnage surles parois d'un puits fonctionne comme suit. Quand sont constatéspendant le forage, des indices de complication (défaillance), on retire du train de tiges de forage 2 le porte-carotte, on soulève le train de tiges de forage 2 au-dessus de la zone de ladite complication et on y amène un matériau de tamponnage sec, en faisant appel à cet effet à un procédé connu quelconque, par exemple en versant des granules de matériau de tamponnage emballés dans des enveloppes hydrofuges. On fait descendre le dispositif par gravité dans le train de tiges de forage 2. Quand le piston 1 a atteint la section 6, les éléments de blocage 4 sollicités par le ressort s'engagent dans la gorge annulaire 5 de la section 65en bloquant ainsi le dispositif à l'intérieur du train de tiges de forage 2 par rapport à celui-ci, de manière qu'une partie de la tête 7 se dégage au-delà de la couronne de forage principale 20. A ce moment, les plaques 14, sous l'action du ressort de traction 17, se trouvent en position rétractée au-dessous de la couronne de forage principale 20. Ceci fait, on refoule de l'eau à travers le train de tiges de forage 2. En passant par les canaux 3, 9 et 10, cette eau parvient à la valve d'étranglement 12 et dans le canal 16, agit sur le piston 15 en déplaçant les plaques 14 jusqu'à leur position de travail de manière que leur bord extérieur se trouve au ras du contour extérieur de la couronne de forage principale 20. La valve d'étranglement 12 maintient alors dans les canaux 3, 9, 10 la pression nécessaire au maintien des plaques 14 en position de travail, la quantité excédentaire d'eau étant étranglée et passant des canaux 21 (figures 1 et 2) dans le puits pour le gâchage du matériau de tamponnage par l'eau. Lors de la rotation de tout le train de tiges de forage 2, l'outil de forage 11 rompt l'enveloppe de matériau de tamponnage et le mélange avec l'eau en coopérant avec les plaques 14. Sous l'action des forces centrifuges, le mélange de tamponnage est projeté sur les parois du puits par les plaques 14, qui le tassent dans leurs pores et leurs fissures tout en exprimant l'eau excédentaire dudit mélange. Au fur et à mesure que le dispositif s'enfonce, la couronne de forage principale 20 forme les parois du puits en rasant le matériau de tamponnage excédentaire et en réta- blissant le diamètre du puits. Une fois le tamponnage fini, on interrompt le pompage de l'eau, la pression dans le système décroît et les plaques 14 sollicitées par le ressort 17 reviennent dans les encoches 13 de la tête 7. A travers le train de tiges de forage 2, on descend dans le puits une cloche attachée à un câble et à l'aide duquel on saisit le mamelon 19 relié au ressort des arrêtoirs 4, on met les arrêtoirs 4 hors de prise d'avec la gorge annulaire 5 de la section 6, et on retire le disposi- tif du train de tiges de forage 2. L'utilisation du dispositif proposé réduit le temps dépensé pour la suppression des complications, améliore la qualité et la stabilité des résultats du tamponnage et assure l'obtention d'un effet économique appréciable. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif pour l'apport d'un mélange de tamponna- ge sur les parois d'un puits, du type comportant, disposés successivement et reliés entre eux, un piston (1) possédant des canaux (3) pour le passage de la boue de forage et muni d'éléments ou arrêtoirs (4) à ressort servant à bloquer en position le dispositif par rapport au train de tiges de forage (2), et une tète (7) portant des aubes (14) pour l'application du mélange de tamponnage sur les parois du puits et un outil (11) de forage du mélange de tamponnage, disposé à l'extrémité libre de ladite tête, cette tête possédant des canaux (10) à travers lesquels passe la boue de forage et qui sont mis en communication avec les canaux du piston (3), caractérisé en ce que les aubes(14) de la tête(7) sont exécutées sous forme de deux plaques montées de part et d'autre de ladite tète sous un angle (c tiges de forage (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la tête (7) sont ménagés des canaux débouchants (16) coaxiaux entre eux, disposés radialement et communiquant avec les canaux (10) de passage de la boue de forage, lesdits canaux débouchants (16) contenant des pistons (15) à ressort reliés aux aubes (14) correspondantes en vue de leur déplacement radial. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le piston (1) et la tête (7) sont reliés entre eux par une tige (8) ayant un canal axial (9).