Brevet FR2502238A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne les techniques de forage du sol, et a notamment pour objet un dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans tin intervalle prédéterminé d'un forage. L'invention peut être utilisée en particulier pour la création de complexe; d'isolement lors du tamponnage des forages en vue de leur liquidation après leur utilisation fonctionnelle, lors de la mise en place de bouchons séparateurs pour isoler les niveaux aquifères,et à la création de fronts d'attaque artificiels lors de l'exé- cution de forages multiples. Tous ces processus requièrent une exécution de très haute qualité, car ils doivent satisfaire à des prescriptions sévères de fiabilité et de longévité. Le tamponnage de liquidation joue un rtle décisif dans la création d'un complexe d'isolement de forages, qui doit être doué d'une longévité absolue. Ce n'est que dans ce cas que l'on peut assurer la protection du milieu natuel contre la pénétration de fluides contaminés biologiquement à partir de la surface, contre les infiltrations, d'abord dans les niveaux ouverts hydrodynamiquement, puis à la surface, des déchets industriels, gaz combustibles et toxiques enfouis dans le sol, des produits radioactifs des explosions nucléaires souterraines, ainsi que contre les conséquences sismiques dues aux changements de l'état de contrainte de massifs de roche. Des prescriptions analogues sont aussi présentées à la création des complexes de bouchons séparateurs pour l'isolement. Lors de la création de fronts d'attaque artificiels, il faut assurer la stabilité mécanique du complexe vis-àvis de l'action de l'outil de forage. On connait universellement plusieurs dispositifs pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un intervalle prédéterminé d'un forage, en vue de la liquidation par tamponnage, de la mise en place de bouchons séparateurs et de la création de fronts d'attaque artificiels. Les dispositifs les plus répandus sont les dispositifs pour l'injection dans le forage, ou dans un intervalle prédéterminé du forage, de coulis de cimentation ou de tamponnage, préparés disectement sur le carreau du forage. Ces dispositifs comprennent une machine pour la préparation du mélange et une unité de cimentation placées auprès de la bouche du forage, ainsi qu'une conduite d'injection qui est descendue dans le forage jusqu'à l'intervalle à tamponner (S.V. Logvinenko "Matériel et technique de cimen tation des forages", Moscou, "Nedra", 1978, pp.215-224) Ce matériel est encombrant et peu productif. La nécessité de refouler le produit Le tamponnage et de cimentation implique pour ce disp0sti-f la préparation de coulis fluides, pouvant entre transportés par conduite, ce quu entraine des pertes importantes de liants coûteux et d'approvisionnement difficile. En outre, le dispositif n'assure pas une haute qualité du complexe d'isolement, surtout par suite de l'impossk- biiité du serrage ; il s'ensuit un délavage du complexe et, dans le cas de la création d'un front d'attaque artificiel, sa destruction et un incident sérieux. Un dispositif d'utilisation plus commode pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans l'intervalle prescrit d'un forage, est celui comprenant un tube-conteneur, à ia partie inférieure duquel est placée une soupape articulée ; le tube-conteneur est lié au train de tubes de forage et est rempli de produit de tamponnage liquide (V.A. Kharkov, "Les grosses réparations des puits de pétrole et de gaz", Moscou, "Nedra", 1969, p.35). Toutefois, par suite de la présence d'une soupape, ce dispositif ne peut être utilisé qu'avec des produits de tamponnage et de cimentation liquides ; il ne permet pas d'employer des produits pateux ou en poudre, ce qui se traduit par une basse qualité du complexe d'isolement. Depuis quelque temps on utilise largement un dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un intervalle prescrit d'un forage, comprenant un tube-conteneur carottier de transport, lié mécaniquement au train de tubes de forage par l'intermédiaire d'un limiteur, de façon qu'il puisse coulisser le long du train de tubes. Le tube-conteneur rempli de produit à traiter renfermé dans des enveloppes imperméables porte à sa partie inférieure un couteau-diviseur et est fermé à ladite partie inférieure par un bouchon ; dans la partie supérieure du tube-conteneur est placé un piston principal pouvant se déplacer le long du tube-conteneur et ayant une tige sur laquelle est rigidement fixé un dispositif de blocage coopérant avec le limiteur. Le piston est relié hydrauliquement au train de tubes de forage et situé au-dessus des enveloppes imperméables (certificat d'auteur URSS nO 658 262, cl. C.I.B. E 21 B 33/138, du 28.04.79, publié dans le "Bulletin des découvertes, inventions, modèles industriels et marques de fabrique" nO 15 de 1979). Toutefois, ce dispositif connu ne permet pas de mettre en place des complexes d'isolement de grande longévité dans les intervalles prédéterminés des forages. Ceci résulte du fait que, par suite des actions mécaniques insuffisantes, le produit chassé du tube-conteneur se mélange mal au durcisseur, qui, dans ce dispositif, ne peut être que de l'eau. L'emploi d'autres substances en tant que durcisseurs, par exemple de polymères, est pratiquement impossible, ce qui est dû à la fois au mauvais brassage et au contact incontrôlé du produit de tamponnage et du tube-conteneur carottier tant avec le liquide de refoulement venant du train de tubes de forage qu'avec l'eau de formation se trouvant dans le forage. En outre, la qualité des complexes d'isolement est influencée par le fait que la densité voulue de la matière n'est pas atteinte, par suite des valeurs insuffisantes du supplément de charge sur le produit traité et de la pression Qui lui est appliquée jusqu'à son durcissement complet. Ceci est lie à l'absence de blocage du piston en position basse dans le tube-conteneur. Le refoulement du produit ne s'effectue que lors du mouvement de translation du tube-conducteur, . ce qui provoque le coincement, dans son enceinte, des enveloppes renfermant le produit à traiter et complique l'obtention d'un serrage ou compactage suffisant du produit lors de sa mise en place dans le forage. La fixation glissante du tube carottier au train de tubes de forage ne permet pas de lui transmettre es actions vibratoires ou similaires, qui amélioreraient la mobilité du contenu du tube-conteneur et sa densité de mise en place dans le canal du forage. La surface de glissement du tube-conteneur sur le train de tubes de forage est découverte et soumise aux actions extérieures, ce qui impose des limitations aux dimensions du dispositif et provoque fréquemment des incidents sérieux. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour l'amenée et le traitement de -Drodvibs de tamponnage et de cimentation dans im intervalle prédéterminé d'un forage, dans lequel la nouvelle conception du piston et sa disposition dans le tube-conteneur carottier assurera ent l'application des actions mécaniques volllue sur le produit refoulé du tube-conteneur, suivie de l'application d'un supplément de charge suffisant sur le produit traité et d'une pression suffisante sur le produit mis en place jusqu'à son durcissement complet, ce qui permettrait de réaliser des complexes d'isolement fiables et de grande longévité lors des tamponnages de liquidation, de la mise en place des bouchons séparateurs et de la réalisation des fronts d'attaque artificiels, tout en rendant possible l'emploi de toute substance en tant que durcisseur du liant. La solution consiste en ce que le dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un intervalle prédéterminé d'un forage, du type comprenant un tube-conteneur carottier de transport, relié mécaniquement par l'intermédiaire d'un limiteur au train de tubes de forage et rempli de produit à traiter renfermé dans des enveloppes imperméables, ce tube-conteneur ayant dans sa partie inférieure, obturée par un bouchon, un élément diviseur, et dans sa partie supérieure, un piston principal monté de façon qu'il puisse coulisser le long du tube-conteneur et comportant une tige sur laquelle est rigidement fixé un dispositif de blocage coopérant avec le limiteur qui est rigidement lié au tube-conteneur, ledit piston principal étant situé audessus des enveloppes imperméables et relié hydrauliquement au train de tubes de forage, est caractérisé, d'après l'invention, en ce qu'il comprend un cylindre monté entre le limiteur et le train de tubes de forage, ce cylindre étant lié mécaniquement au train de tubes de forage et assemblé rigidement au limiteur, ainsi qu'un piston supplémentaire monté fixe sur la tige du piston principal, ce piston supplémentaire étant placé dans le cylindre de façon qu'il puisse coulisser le long de celui-ci et étant relié hydrauliquement au train de tubes de forage, le dispositif de blocage mentionné étant monté sur ladite tige à une distance du piston principal assurant le blocage de celui-ci dans sap1ioeibasdirectement au-dessus de l'élément diviseur. Il est avantageux de doter le dispositif d'un vibrateur hydraulique assurant la liaison hydraulique entre le piston supplémentaire et le train de tubes de forage et monté fixe entre le cylindre et le train de tubes de forage. Une telle réalisation du dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un intervalle prédéterminé d'un forage permet de réaliser des complexes d'isolement fiables et de grande longévité lors des tamponnages de liquidation, de a mise en place des bouchons séparateurs et de la réalisation des fronts d'attaque artificiels. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux 2 la lumière de la description explicative qui va suivre de différent modes de réalisation donnés uniquement à entre d'exemplnon limitatifs, avec références au dessin unique non limitatif annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif proposé pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un inber- valle prédéterminé d'un forage (en position de transport) - la figure 2 représente le dispositif proposé apres traitement et mise en place du produit dans l'intervalle prescrit du forage (en coupe longitudinale) - la figure v représente un dispositif conforme à l'invention, comportant un vibrateur hydraulique (en coupe longitudianle). Le dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cbnentatîon dans un intervalle prédéterminé d'un forage comprend un tube-conteneur carottier 1 (figure 1) relié mécaniquement au train 2 de tubes de forage par un limiteur 3 et un cylindre 4. Le limiteur 3 est rigidement lié au tube-conteneur 1, et le cylindre 4 est monté entre le limiteur 3 et le train 2 de tubes de forage, auxquels il est rigidement fixé. Dans le tube-conteneur 1 sont placées des enveloppes imperméables ou hydrofuges 5 renfermant le produit 6 à traiter. Dans la partie inférieure du tube-conteneur 1 est monté un élément diviseur 7 sous forme de couteaux, et un bouchon obtura-teur 8. Dans le tube-conteneur 1, au-dessus des enveloppes imperméables ou hydrofuges 5 renfermant le produit 6, se trouvent un piston principal 9 avec une tige 10 sur laquelle est monté fixe un dispositif de blocage 11 qui coopère avec le limiteur 3, et un piston supplémentaire l2 monté dans le cylindre 4 de façon qu'il puisse coulisser le long de ce dernier. Le piston supplémentaire 12 est relié hydrauliquement au train 2 de tubes de forage. Le cylindre 4 peut avoir un trou 13. Le dispositif de blocage 11 est monté sur la tige 10 à uredistance du piston principal 9 assurant le blocage de celui-ci en position basse (figure 2) directement audessus de l'élément diviseur 7. La figure 3 représerrte un dispositif conforme à l'invention, doté d'un vibrateur hydraulique 14 avec un piston de travail 15 et une soupape 16. Le vibrateur hydraulique 14 est monté fixe entre le cylindre 4 et le train 2 de tubes de forage et assure la liaison hydraulique entre le piston supplémentaire 12 et le train 2 de tubes de forage. Le principe de fonctionnement du dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un intervalle prédéterminé d'un forage consiste en ce qui suit. Le produit 6 emballé dans des enveloppes hydrofuges ou imperméables 5 (figure 1) est placé dans le tubeconteneur 1 dévissé du train 2 de tubes de forage, le piston 9 étant en position haute. Ceci fait, on monte l'élément diviseur 7 et le bouchon 8 dans la partie inférieure du tube-conteneur carottier 1. Ensuite on accouple par vissage le tube-conteneur 1 au train 2 de tubes de forage et on le descend dans le forage Jusqu'à l'intervalle à tamponner. Après avoir mis le dispositif en place dans le forage, on admet dans la chambre du cylindre 4, par le canal du train L de tubes de forage, le liquide de refoulement sous pression. Par l'intermédiaire du piston 12, de la tige 10 et du piston 9, ce liquide chasse dans le forage le contenu du tube-conteneur 1. Après refoulement du bouchon 8 et d'une certaine quantité de produit 6, on surveille la pression du liquide de refoulement. Dès que sa valeur monte brusquement, on commence à faire tourner le train 2 de tubes de forages à faible vitesse et on le fait remonter à une vitesse assurant la constance de la pression. Quelquefois, cette opération est exécutée en imprimant simultanément à la sonde un mouvement a terrlatnf vertical 'une fréquence de G,1 à 10 hertz et d'une amplitude allant jusqu'à 40 mm. Un tel mouvement alternatif faciliï notablement la sortie du produit 6 du tube-conteneur carottier 1, sa mise en place et son serrage dans le forage, tandis que la rotation améliore es onditions de découpage des enveloppes imperméables ou hydrofuges 5 par l'élément diviseur 7 et l'application du produit 6 sur la paroi du forage. Une fois le piston 12 arrivé à sa position basse (figure 2), le liquide de refoulement commence à sortir dans l'espace entourant les tubes à travers le trou 13 sa pression tombe alors brusquement, ce qui indique l'ins- tant où s'achève le refoulement du produit 6. A ce moment on interrompt la rotation et la mouvement vertical alternatif, mais on laisse le dispositif au fond, en lui appliquant un supplément de charge de façon à exercer la pression nécessaire sur le produit. L'uniformité de la pression sur le produit est assurée par le fait que le dispositif de blocage Il maintient le piston principal 9 à sa position basse, directement au-dessus de l'élément diviseur 7. Le dispositif est maintenu au fond pendant le temps nécessaire au durcissement du complexe d'isolement, puis on le fait tourner pour l'arracher du fond et on le retire du forage. On nettoie et on graisse le tube-conteneur 1 et on répète le processus. En cas de réalisation de fronts d'attaque artificiels, le dispositif conforme à l'invention permet de descendre et de mettre en place des carottes de roche dure dont la prise en bloc est de très haute qualité. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnw qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si cellesci sont exécutées suivant son esprit et mises en ouvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour l'amenée et le traitement de produits de tamponnage et de cimentation dans un intervalle prédéterminé d'un forage, du type comprenant un tube-conteneur carottier de transport, relié mécaniquement, par l'intermédiaire d'un limiteur, au train de tubes de forage et empli de produit à traiter renfermé dans des enveloppes ïydroùges ou imperméables, ledit tubeconteneur comportant à sa partie inférieure, obturée par un bouchon, un élément diviseur, et dans sa partie supérieure, un piston principal monté de façon qu'il puisse coulisser le long du tube-conteneur et comportant une tige sur ruelle est rigidement fixé un dispositif de blocage coopérant avec le limiteur qui est rigidement lié au tubeconteneur, ledit piston principal étant situé au-dessus des enveloppes précitées et relié hydrauliquement au train de tubes de forage, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre (4) monté entre le limiteur (3) et le train de tubes de forage (2),relié mécaniquement au train de tubes de forage (2) et assemblé rigidement au limiteur (3), ainsi qu'un piston supplémentaire (12) monté fixe sur la tige (10) du piston principal (9),placé dans ledit cylindre de façon qu'il puisse coulisser le long de ce dernier et relié hydrauliquement au train de tubes de forage (2), le dispositif de blocage (11) monté sur la tige (10) du piston principal (9) étant situé, par rapport audit piston principal,à une distance assurant le blocage de celui-ci en position basse directement au-dessus de l'élément diviseur(7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un vibrateur hydraulique (14) assurant la liaison hydraulique entre le piston supplémentaire (12) et le train de tubes de forages (2) fixé rigidement entre le cylindre (4) et le train de tubes de forage (2).