Brevet FR2524821A1 — publié le 19831014

tf 22524821 APPAREIL POUR ENLEVER DES GAZ ET DES SOLIDES D'UN FLUIDE DE FORAGE. La présente invention concerne un appareil pour enlever des gaz et des solides d'un fluide de forage, et elle a trait plus particulièrement à un appareil modulaire pour extraire par centrifugation des gaz et des solides d'un fluide de forage. Pendant le forage de puits de pétrole et de gaz, le fluide de forage provenant du trou foré est chargé de sable et de limon, qui sont désignés d'une façon générale par l'expression "solides" de forage En outre, dans certaines situations, le fluide de forage provenant du trou foré peut avoir entralné du gaz à partir des formations forées Egalement du gaz sous forme d'air peut être introduit dans le fluide de forage par l'intermédiaire de fuites existant dans les pompes à boue et des appareils semblables. Puisque la présence de solides de forage et de gaz dans le fluide de forage modifie la densité, la viscosité et d'autres caractéristiques de ce fluide, il est nécessaire d'enlever autant qu'il est possible les solides de forage et le gaz du fluide de forage avant son recyclage dans le trou foré. On a conçu de nombreux appareils pour enlever des gaz du fluide de forage Des dégazeurs classiques opèrent typiquement, soit en tentant d'augmenter l'étendue en surface du courant de fluide de forage, soit par centrifugation de ce fluide Les dégazeurs assurant l'augmentation de l'étendue en surface comprennent typiquement des moyens pour pulvériser ou propulser le fluide de forage sur des plaques ou des chicanes L'entrée en contact du fluide de forage avec les chicanes provoque des éclatements des bulles de gaz contenues dans le fluide de forage, et ce fluide a tendance à s'étaler sur les chicanes et à augmenter ainsi son étendue en surface. Dans des dégazeurs centrifuges, le fluide de forage est mis en rotation rapide dans un tambour ou un dispositif semblable et le gaz a tendance à se déplacer vers l'intérieur en direction du centre du tambour et à sortir 2 22524821 du fluide de forage Dans les deux types de dégazeurs opérant par augmentation de surface et par centrifugation, une pression infra-atmosphérique est norma- lement créée dans le dégazeur pour faciliter l'enlèvement du gaz Les déga- zeurs des deux types constituent des dispositifs mécaniques compliqués com- portant de nombreux rotors ou tambours tournants et des pompes à vidé. Des solides de forage sont typiquement enlevés de fluides de forage par sédimentation, par filtrage, par centrifugation ou par une combinaison des moyens précités La sédimentation constitue la méthode la moins efficace pour enlever les solides de forage et elle est par conséquent habituellement utilisée seulement en combinaison avec d'autres méthodes. Une séparation centrifuge de solides de forage est normalement effectuée à l'aide d'un dispositif comportant plusieurs hydrocyclones Le fluide de forage est introduit tangentiellement dans l hydrocyclone et du fluide de forage épuré est déchargé en haut de cet appareil tandis que des solides de forage sont déchargés à partir de la base Cependant, le rendement et l'ef- ficacité de l'équipement d'enlévement de solides de forage à hydrocyclones sont diminués sensiblement par l'existence de gaz entraînés dans le fluide de forage En effet, des gaz entraînés dans le fluide de forage font en sorte que celui-ci devient compressible, en entravant ainsi le fonctionne- ment de l'hydrocyclone En outre, dans certaines situations, il se crée à la base de l'hydrocyclone une pression infra-atmosphérique qui a tendance a aspirer de l'air dans l'hydrocyclone en provoquant ainsi une gazéification du fluide de forage épuré 1 L'invention a en conséquence pour but de fournir un appareil perfectionné z 5 pour enlever des gaz et des solides de forage de fluides de forage. L'invention a également pour but de fournir un appareil pour enlever des gaz et solides de forage d'un fluide de forage, l'appareil étant relativement simple et comportant un minimum de parties mobiles. L'invention a en outre pour but de fournir un appareil pour enlever des gaz et solides de forage d'un fluide de forage en assurant un dégazage effi- cace du fluide de forage avant l'enlèvement des solides de forage et sans provoquer une regazéification du fluide de forage pendant l'enlèvement des solides de forage. D'une façon succinte, les objectifs et avantages définis ci-dessus et d'autres sont atteints, conformément à la présente invention, à l'aide d'un appareil modulaire pour enlever des gaz et solides de forage d'un fluide de forage L'appareil comprend une embase sur laquelle est monté un socle. Une cuve collectrice de solides de forage est montéeen rotation sur le socle et elle comprend une paroi latérale et une paroi de fond qui est inclinée en direction d'une goulotte prévue dans la paroi latérale Un récipient sous pression est supporté par le socle au-dessus de la cuve collectrice de so- lides de forage et il comprend un col cylindrique de dégazage Une pompe, montée sur l'embase, est prévue pour pomper du fluide de forage à une pression relativement élevée dans le col de dégazage Le fluide de forage est introduit dans le col de dégazage par l'intermédiaire d'un conduit qui assure la liaison de la pompe avec le col de dégazage Le conduit comprend une première partie reliée à la pompe et une seconde partie présentant une section droite rectangulaire et reliée tangentiellement au col de dégazage. La section rectangulaire de la seconde partie assure le préformage de l'écoulement de fluide dans le col de dégazage de manière qu'il épouse le profil de la surface intérieure du col de dégazage pour s'écouler tangen- tiellement et vers le bas dans le col de dégazage afin de dégazer par cen- trifugation le fluide de forage Egalement, l'écoulement à grande vitesse se propageant dans le col fait en sorte que le fluide de forage soit étalé sous forme d'une couche mince le long de la paroi du col de dégazage, ce qui contribue encore à l'élimination des gaz entraînés Plusieurs hydro- cyclones sont reliés de manière à recevoir du fluide de forage dégazé provenant du récipient sous pression et ils sont agencés pour décharger les solides de forage dans la cuve collectrice correspondante. Une cuve collectrice de fluide de forage épuré est montée autour du col de dégazage et elle est agencée de manière à recevoir de la boue de forage propre qui est déchargée des hydrocyclones Il est prévu des moyens pour empêcher la pénétration d'air dans les orifices de décharge de solides de forage des hydrocyclones et il est également prévu des moyens pour décharger du gaz du col de dégazage en réponse au niveau du fluide de forage dans le récipient sous pression. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 est une vue latérale en coupe partielle schématique du mode préféré de réalisation de l'appareil selon l'invention. La Figure 2 est une vue en plan de l'appareil selon l'invention. La Figure 3 est une vue en coupe montrant des détails de la valve d'évent du col de dégazage conforme à la présente invention. La Figure 4 est une vue en coupe partielle montrant des détails de la valve de sommet d'hydrocyclone conforme à la présente invention; et 4 2524821 la Figure 5 est une vue en coupe faite sur la ligne 5-5 de la Figure 1 et montrant la zone de préformage du conduit conforme à l'invention. En considérant maintenant les dessins, et tout d'abord les Figures 1 et 2, on voit que l'appareil selon l'invention est désigné dans son ensemble par la référence 11 et comprend une embase 13 qui supporte un socle tubulaire L'appareil 11 est par conséquent portatif et il peut être amené commodé- ment dans une position permettant son incorporation au système de canalisa- tion de boue il est évidemment à noter que l'appareil 11 pourrait être monté d'une autre manière, par exemple sur une remorque ou un composant i O semblable. Du fluide de forage à épurer est introduit dans l'appareil 11 par l'in- termédiaire d'un conduit 17 qui peut être relié au conduit de retour de boue reliant le trou de forage à une fosse de sédimentation ou une partie semblable. Dans le mode préféré de réalisation, le conduit 17 est relié à et supporté lb par le socle 13 par l'intermédiaire de deux trous 19 et 20. Le conduit 17 est relié à une pompe 21 qui est montée sur l'embase 13. Dans le mode préféré de réalisation, la pompe 21 est une pompe centrifuge qui est entraînée par un moteur 22 installé sur l'embase La pompe 21 assure également l'agitation du fluidede forage, en contribuant ainsi à l'élimination des gaz La pompe 21 met en pression le fluide de forage à épurer, et elle le fait passer dans un conduit 23. Le conduit 23 comprend une première partie 24 de profil général tubulaire et une partie 25 de profil général rectangulaire La partie tubulaire 24 et la partie rectangulaire 25 sont reliées ensemble par une partie de transition 26 et, dans le mode préféré de réalisation, les sections de passage de la partie tubulaire 24 et de la partie rectangulaire 25 sont essentiellement égales. Comme le montre mieux la Figure 2, la partie rectangulaire 25 est reliée tangentiellement à un col de dégazage 27 Ce col de dégazage 27 fait partie d'un récipient sous pression 29 comportant une partie inférieure 28. Du fluide de forage à épurer pénètre dans le col de dégazage tangentiellement à partir de la partie rectangulaire 25 et il se propage suivant un mouvement tourbillonnaire hélicoîdal autour et vers le bas du col de dégazage 27 pour parvenir dans la partie inférieure 28 La section droite rectangulaire de la partie 25 agit de manière à assurer un préformage du courant de fluide de forage pénétrant dans le col de dégazage 27 -Le courant préformé permet au fluide de forage se propageant dans le col de dégazage 27 d'épouser plus étroitement le profil de la paroi intérieure du col de dégazage 27, ce qui provoque un mouvement tourbillonnaire du fluide de forage dans le col de b 2524821 dégazage 27 à une vitesse plus grande que ce qui serait possible d'obtenir si le fluide de forage était introduit par l'intermédiaire d'un conduit circulaire Egalement, le courant préformé fait en sorte que le fluide de forage soit étalé sous forme d'une couche plus mince sur la paroi intérieure du col de dégazage 27, ce qui permet d'augmenter encore l'efficacité de dégazage L'écoulement tourbillonnaire de fluide de forage passant dans le col de dégazage 27 soumet le fluide à des forces de centrifugation qui font en sorte que pratiquement tous les gaz entraînés soient séparés du fluide de forage. Après avoir passé dans le col de dégazage 27, le fluide de forage est collecté dans la partie inférieure 28 qui est supportée par le socle 15. Plusieurs hydrocyclones 30 sont supportés autour de la périphérie de la partie inférieure 28, et ils sont reliés à cette partie inférieure 28 par des conduits 31 En vue de clarifier le dessin, on a représenté un seul hydrocyclone 30 sur la Figure 1, mais plusieurs hydrocyclones sont mis en évidence sur la Figure 2. Chaque hydrocyclone 30 est d'une conception classique et chaque conduit 31 est agencé pour injecter du fluide de forage tangentiellement dans l'hydro- cyclone 30 Le fluide de forage s'écoule dans l'hydrocyclone 30 en spirale vers le bas de façon à passer dans la partie inférieure conique 32 en direc- tion de son sommet 33 Les solides de forage se propagent vers le bas avec le fluide de forage, et ils ont tendance à progresser en direction de la paroi intérieure de l'hydrocyclone 30 sous l'effet des forces cen- trifuges En un certain point de la partie conique 32, il se produit, du fait d'un étranglement, une inversion de sens de rotation de la partie épurée du fluide de forage qui se propage vers le haut dans la partie centrale de l'hydrocyclone 30 et en direction d'un conduit de décharge 34. Les solides de forage continuent à exécuter un mouvement spiral dirigé vers le bas dans la partie conique 32 et vers le sommet 33. Occasionnellement, au cours du fonctionnement des hydrocyclones, une pression infra-atmosphérique est créée au sommet de l'hydrocyclone. Cette pression infra-atmosphérique permet à de l'air d'être aspiré vers le haut au travers de l'hydrocyclone et d'être introduit dans le fluide déchargé Conformément à la présente invention, pour empêcher une regazéi- fication du fluide de forage épuré, le sommet 33 de l'hydrocyclone 30 est équipé d'une valve 52 Comme le montre la Figure 4, la valve 52 comporte une bille 53 pourvue d'une broche 54 la traversant La bille 53 est poussée vers le haut contre le sommet 33 par deux bandes élastiques 55 et 56. La bille 53 reste normalement appliquée contre le sommet 33 et elle empêche la pénétration de l'air, mais elle permet cependant aux solides de forage de sortir par l'intermédiaire du sommet 33. Les solides de forage sont déchargés de l'hydrocyclone 30 sous la forme d'une boue et ils sont collectés dans une cuve circulaire 60 qui est montée à rotation sur le socle 15 par l'intermédiaire de paliers appropriés 61 et 62. La cuve collectrice 60 comprend une paroi latérale cylindrique 63 et une paroi de fond 64 qui est inclinée en direction d'une goulotte 65. Les solides de forage déchargés de l'hydrocyclone 30 se déplacent le long de la paroi de fond inclinée 64 en direction de la goulotte 65 o ils peu- vent être collectés ou évacués Les spécialistes en la matière se rendront compte que le courant déchargé de la goulotte 65 peut passer sur un tamis vibratoire de manière à récupérer du fluide de forage qui a été déchargé en même temps que les solides En outre, la boue contenant les solides de forage peut être soumise à une centrifugation en vue de concentrer et de réduire le volume de la boue afin d'améliorer ses conditions d'évacuation. Le fluide de forage épuré sortant de l'hydrocyclone 30 par l'intermé- diaire du conduit 34 est collecté dans une cuve 35 qui est montée audessus de la partie inférieure 28 du récipient sous pression 29 et autour du col de dégazage 27 Le fluide de forage épuré sort du récipient collecteur 35 par l intermédiaire d'un conduit 36 en vue de sa réutilisation. Un orifice d'évent 37 est prévu dans le réservoir collecteur 35 pour maintenir dans celui-ci une pression égale à la'pression atmosphérique. Les spécialistes en la matière se rendront compte que le fluide de forage peut être traité en passant plusieurs fois dans les hydrocyclones lorsqu'il est nécessaire de faire intervenir une épuration additionnelle. La pression régnant dans le récipient 29 est maintenue à une valeur présélectionnée qui est supérieure à une atmosphère à l'aide d'une soupape qui est reliée à la partie supérieure du col de dégazage par une bride 39 Comme le montre la Figure 3, la soupape 40 comprend une plaque de fixation 41 munie d'un siège 42 Un corps de soupape 43, relié à la plaque 41 et dirigé vers le bas de celle-ci, est pourvu de plusieurs orifices 44. Dans le corps 43, il est prévu un élément obturateur 45 de la soupape qui peut se déplacer axialement et qui est agencé pour s'appliquer contre -35 le siège 42 L'élément obturateur 45 de la soupape a un diamètre extérieur bien plus petit que le diamètre intérieur du corps de soupape 43, en définissant ainsi une cavité annulaire dans laquelle du gaz peut s'écouler par l'intermédiaire des orifices 44 L'élément obturateur 45 est actionné pour se déplacer axialement dans le corps de soupape 43 par une tige de manoeuvre qui pénètre dans le corps 43 par l'intermédiaire d'un coussinet approprié Un flotteur 48 est relié à l'extrémité de la tige d'actionnement 47 La longueur de la tige d'actionnement 47 est sélectionnée de façon que la soupape 40 reste normalement fermée du fait du niveau de fluide de forage dans le récipient sous pression 29. Pendant le fonctionnement de l'appareil 11, la pression dans le récipient 29 reste essentiellement constante et le niveau du fluide de forage est fonc- tion du volume de gaz se trouvant dans le col de dégazage 27 Quand le volume de gaz augmente, le niveau du fluide dans le récipient sous pression 29 descend jusqu'en un point o l'élément obturateur 45 de la soupape s'écarte de son siège 42 en permettant ainsi la décharge du gaz par l'intermédiaire de la soupape 40 A mesure que le gaz est déchargé, le niveau du fluide dans le récipient 29 augmente pour obturer finalement la soupape 40. Un conduit approprié 50 peut être relié, par exemple par une bride ou une partie semblable, à la partie supérieure du col de dégazage 27 pour canali- ser le gaz déchargé jusqu'en un point d'évacuation approprié. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses va- riantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour enlever du gaz et des solides de forage dans un fluide de forage, caractérisé en ce qu'il comprend: un socle ( 15) un récipient sous pression ( 29) supporté par ledit socle et compre- nant un col cylindrique de dégazage ( 27), des moyens( 4 U, 50) pour maintenir dans ledit récipient sous pression ( 29) une pression supérieure à la pression atmosphérique, un conduit ( 23,24,25) relié tangentiellement au col de dégazage ( 27), un dispositif de pompage ( 21) pour refouler du fluide de forage dans ledit conduit de manière qu'il s'écoule tangentiellement dans le col de dégazage et pénètre dans le récipient sous pression, plusieurs hydrocyclones ( 30) reliés audit récipient sous pression pour enlever des solides de forage dudit fluide de forage, et des moyens( 60) pour collecter du fluide de forage épuré sortant desdits hydrocyclones ( 30). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit ( 23) comprend des moyens( 25) pour préformer l'écoulement de fluide de forage pénétrant dans le col de dégazage ( 27) afin de l'adapter au profil intérieur du col de dégazage. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de préformage comprend une partie ( 25) dudit conduit ( 23) qui est reliée audit col de dégazage ( 27) et qui a une section droite rectangulaire. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conduit ( 23) comprend: une première partie ( 24) présentant une section droite essentiel- lement circulaire et reliée à ladite pompe ( 21), une seconde partie ( 25) ayant une section droite essentiellement rectangulaire et reliée audit col de dégazage ( 27), et un moyen ( 26) servant à relier ladite première partie ( 24) à ladite seconde partie ( 25). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les sections de passage desdites première ( 24) et seconde ( 25) parties sont essentiellement égales. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 40, 50) pour décharger dans l'atmosphère du gaz séparé du fluide de forage dans ledit col de dégazage ( 27). 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de décharge comprennent: une soupape ( 40) prévue dans le col de dégazage, et des moyens ( 47, 48) réagissant au niveau du fluide de forage dans ledit récipient sous pression ( 29) pour actionner ladite soupape. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnement comprennent: un flotteur ( 48), et une tige d'actionnement ( 48) montée entre ledit flotteur et ladite soupape. Y. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen collecteurde fluide de forage épuré comprend unecuve collectrice ( 35) qui est montée autour du col de dégazage ( 27) et qui est reliée auxdits hydrocyclones ( 30). 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour maintenir l'intérieur de ladite cuve collectrice ( 35) sous la pression atmosphérique. 11. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen ( 60) pour collecter des solides de forage qui sont déchargés des- dits hydrocyclones ( 30). 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen collecteur de solides de forage comprend un récipient collecteur ( 60) qui est monté sur ledit socle ( 15) en dessous desdits hydrocyclones ( 30) . 13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit récipient collecteur comprend une paroi latérale ( 63) qui est reliée à une paroi de fond ( 64). 14 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite paroi de fond ( 64) est inclinée en direction d'une goulotte de décharge ( 65) reliée à ladite paroi latérale ( 63). 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit récipient collecteur ( 60) est monté à rotation sur ledit socle ( 15). 16. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 53,55,56) empêchant l'entrée de l'air dans les orifices ( 33) de décharge de solides de forage des hydrocyclones ( 30). 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits moyens empêchant une entrée d'air comprennent: une bille ( 53), et des moyens ( 55,56) pour appliquer ladite bille contre ledit orifice ( 33). 18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesdits moyens de poussée comprennent des organes élastiques ( 55,56) disposés entre la bille ( 53) et l'hydrocyclone correspondant ( 30). 19. Appareil selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques comprennent une bande élastique ( 55, 56). 20. Appareil modulaire pour enlever du gaz et des solides de forage d'un fluide de forage, caractérisé en ce qu'il comprend: un socle ( 15) un récipient collecteur de solides de forage ( 60) monté à rotation sur ledit socle, ledit récipient collecteur comportant une paroi latérale ( 63) et une paroi de fond ( 64) qui est inclinée en direction d'une goulotte ( 65) prévue dans ladite paroi latérale, un récipient sous pression ( 29) supporté par ledit socle ( 15) au-dessus dudit récipient collecteur de solides de forage ( 60) et comprenant * un col cylindrique de dégazage ( 27), * une pompe ( 21) * un conduit ( 23) assurant la liaison de ladite pompe avec ledit col de dégazage pour permettre un écoulement du fluide de forage vers ledit col de dégazage, ledit conduit comprenant une première partie ( 24) reliée à la pompe et une seconde partie ( 25) comportant une section droite rectan- gulaire et reliée tangentiellement audit col de dégazage ( 27), * plusieurs hydrocyclones ( 30) branchés de manière à recevoir du fluide de forage provenant dudit récipient sous pression ( 29) et agencés pour décharger des solides de forage dans ledit récipient collecteur ( 60), * un récipient collecteur de fluide de forage épuré ( 35) monté autour dudit col de dégazage ( 27) et agencé pour recevoir de la boue de forage e épurée déchargée des hydrocyclones ( 30), il * des moyens ( 53,55,56) pour empêcher l'entrée de l'air dans les orifices ( 33) de décharge de solides de forage des hydrocyclones ( 30), * et des moyens ( 40,47,48) pour maintenir dans le récipient sous pression ( 29) une pression supérieure à la pression atmosphérique et pour décharger du gaz dudit col de dégazage ( 27) en réponse au niveau du fluide de forage dans ledit récipient sous pression ( 29).