Brevet FR2540931A1 — publié le 19840817

La présente invention concerne les dispositifs de nettoyage de puits et peut être utilisée après le forage et pour la réparation des puits, ainsi que pour le nettoyage des puits de mine, des puits tubulaires et d'autres sources d'eau. Le dispositif de nettoyage de puits peut trouver application sur une large échelle dans les travaux d'amélioration des terrains, les travaux hydrogéologiques, dans le génie civil, ainsi que dans le génie minier pour le forage et la réparation des puits de prise d'eau, des puits de drainage, des puits pétroliers, etcO Le nettoyage des puits après 2e forage ou pendant la réparation consiste habituellement à laver les puits avec différents agents d'érosion, ainsi qu'à détruire les bouchons de sable formés par érosion et à évacuer la pulpe du puits0 Dans des dispositifs connus à l'aide desquels on nettoie les puits, on utilise habituellement le lavage inverse en faisant appel aux systèmes de lavage à ascension à l'air("air-lift") par jets d'eau et, dans les cas où ces systèmes s'avèrent inefficaces, on a recours au curage qui consiste en un puisage dirigé (évacuation, montée) de la pulpe du puits jusqu'à son nettoyage total. On utilise largement un dispositif de nettoyage de puits comprenant une colonne de tubes d'évacuation d'eau dans laquelle est mis un tuJe d'air avec un mélangeur à ascensionàl'air et un équipement de tête de puits destiné à l'évacuation de la pulpe du puits et à la descente étanche des tubes d'airs Ce dispositif connu pour le nettoyage des puits fonctionne de la manière suivante. A l'aide dtun mécanisme de manutention, on descend une colonne de avives d'évacuation d'eau et puis on descend dans celle-ci des cuves d'air avec un mélangeur à ascension à l'air monte sur son extrémité inférieure et on monte un équipement de tête de puits pour l'évacuation de la pulpe. On raccorde ensuite l'équipement de tête de puits par un tuyau de refoulement flexible avec un compresseur, on refoule l'air comprimé à travers le tube d'air vers le mélangeur à ascension à l'air et on effectue le lavage du puits qui consiste à faire monter la pulpe du puits sous l'action de la pression hydrostatique créée dan la partie filtrante tubulaire entre le tubage et les parois du puits, ainsi que sous l'action de la différence des pressions à l'intérieur de la-colonne d'évacuation d'eau et dans l'es- pace entre le tubage et les parois du puits. Dans le dispositif connu en question, on place le mélangeur à ascension à l'air au-dessus de l'extrémité inférieure des tubes d'évacuation d'eau, à une distance déterminée, dans le but de supprimer le risque dtinterrup- tion et de pertes d'air à travers l'espace annulaire formé par la colonne d'évacuation d'eau et le tubage. Le dispositif connu pour le nettoyage de puits est utilisé, de préférence, dans des conditions favorables à son fonctionnement, c'est-à-dire quand la profondeur à laquelle se trouvent les couches de production et leur puissance correspondent aux possibilités des compresseurs employés, Cependant, dans d'autres conditions, par exemple en cas de nettoyage de puits de drainage et de puits de prise d'eau, les couches aquifères desquels se trouvent immédiatement à proximité de la surface du sol et ont une puissance ne dépassant pas 15 à 20 m, ou bien en cas de nettoyage de puits de prise d'eau avec un gisement profond du niveau statique et avec des couclres aquifères de petites puissances l'emploi du dispositif connu pour le nettoyage des puits se montre inefficace0 On connaît aussi un dispositif de nettoyage de puits comportant un éjecteur annulaire ayant une chambre de refoulement et un collecteur à travers lequel est amené un agent de lavage (fluide)0 Le principe de fonctionnement de ce dispositif connu pour le nettoyage de puits est celui du lavage inverse à l'aide d'une pompe à jets d'eau avec utilisation d'une partie du courant pour la destruction par érosion, par exemple, d'un bouchon. Le dispositif connu pour le nettoyage des puits est utilisé au régime optimal et le plus efficace dans des puits de 9 à 23 m de profondeur. Ce dispositif de nettoyage est utilisé lui-aussi sur une échelle limitée. De plus,-le nettoyage de puits puur lequel on utilise seulement une pompe à jets d'eau est caractérisé par un bas rendement et un faible débit. Outre le lavage des parties filtrantes, aquifères du puits, le dispositif considéré de nettoyage de puits peut aussi être utilisé pour débarrasser les puits des bouchons faibles et meubles et, dans le cas où les bouchons de sable sont denses, on les ameublit au préalable, après quoi on met en action les dispositifs connus pour le nettoyage de puits. Pour élever l'efficacité du nettoyage d'un puits destiné à la complétion par ascension à l'air, on doit forer des puits d'une profondeur dépassant celle nécessaire; par exemple, dans le cas où les eaux souterraines dans les coupes supérieures se trouvent à une profondeur allant jusqu'à 20m, ondoie .un puits dont la profondeur est de 30 à 35 m, ce qui nécessite des frais complémentaires pour le forage et la complétion du puits. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pour le nettoyage de puits, dont la conception permettrait d'utiliser d'une manière efficace le procédé de lavage par ascension à l'air et la complétion des puits dans lesquels les couches productives sont de différentes puissances et se trouvent à diverses profondeurs. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif de nettoyage de puits en vue d'en éliminer les bouchons formé par des roches d'alluvion, comportant un corps cylindrique avec des canaux formés dans celui-ci, fixé sur une colonne de tubes-destinés à amener dans le puits un liquide de lavage et évacuer la pulpe, et muni d'une pompe à jets d'eau, exécutée- sous forme d'une tubulure supérieure et d'une tubulure inférieure, montées coaxialement ;;'une derrière l'autre d'une manière concentrique par rapport audit corps et avec un jeu par rapport à celui-ci, et orientés l'un vers l'autre, les faces en bout desdites tubulures possédant des surfaces coniques formant un canal d'éjection, et pourvu d'un moyen d'ameublissement mécanique des bouchons, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'il est muni d'un élévateur à air comprimé exécuté sous forme d'une tubulure cylindrique complémentaire ayant un canal annulaire d'ascension à l'air -communiquant avec la colonne de tubes e-tà travers lequel est refoulé un fluide gazeux sous pression, et montée à l'intérieur du corps de manière que l'orifice de sortie du canal d'ascension à l'air soit disposé dans la zone de dépression voisine des parois du canal d'éjection et que l'angle d'inclaison du canal d'ascension à l'air par rapport à l'axe du corps ne soit pas sensiblement supérieur à langue d'inclinaison du canal d'éjection. Ce mode de réalisation du dispositif permet d'assurer l'utilisation combinée de deux systèmes de montée de la pulpe depuis le puits : système à jets d'eau et système ascension à l'air, ce qui élève le rendement et le débit du dispositif de 1,2 à 1,5 fois et élargit le domaine d'application du nettoyage par ascension à l'air et la complétion des puits sans augmentation préalable de la profondeur pour l'obtention d'um nettoyage efficace. Il est avantageux que le corps possède une face embout annulaire dans laquelle sont pratiqués des canaux débouchant vers l'extérieur et qu'une tubulure de raccordement soit montée à l'extérieur du corps avec un espacement et concentriquement par rapport à celui-ci, qu'elle passe à travers la face d'embout du corps et qu'elle soit fixée rigidement dans celui-ci par son extrémité inférieure, cette tubulure étant mise en communication avec lestubes pour l'amenée d'un liquide de lavage dans l'espacement entre le corps et la tubulure de raccordement et à travers les canaux pratiqués dans la face en bout du corps vers le moyen d'ameublissement mécanique des bouchions, et que les tubulures de la pompe à jets d'eau soient montées à l'intérieur de la tubulure de raccordement, la tubulure supérieure de ladite pompe étant pourvue d'une queue qui s'engage dVune manière étanche dans la tubulure de raccordement et de la tubulure inférieure s'engageant d'une manière étanche dans la queue de la tubulure supérieure, alors que la tubulure auxiliaire de l'élévateur à air comprimé est fixée d'une manière rigide à la surface intérieure de la tubulure de raccordement avec un espacement de sorte que sa face en bout orientée vers la tubulure supérieure forme avec elle ledit canal de refoulement de l'élévateur à air comprimé, la tubulure de raccordement et la queue de la tubulure supérieure comportant des orifices mettant en communication le canal d'éjection avec l'espacement entre le corps et la tubulure de raccordement, la tubulure de raccordement, la queue de la tubulure supérieure et la tubulure inférieure étant liées entre elles de manière qu'on puisse régler leur position mutuelle et, par cela même, la surface de la section transversale du canal d'éjection et du canal de refoulement0 Ce mode de réalisation de la pompe à jets d'eau et de l'élévateur à air comprimé permet de régler les espacements annulaires dans ceux-ci, et d'obtenir ainsi un débit optimal du dispositif quelles que soient les conditions de fonctionnement. Il est désirable de réaliser le moyen d'ameublissement mécanique des bouchons sous forme d'une couronne de forage extérieure rendue solidaire du corps et d'une couronne de forage intérieure montée mobile sur l'extré- mité inférieure de la tubulure de raccordement et placée dans la colonne extérieure avec un espacement de manière qu'elle puisse prendre une position supérieure et une position inférieure, les parties supérieures des couronnes formant alors avec la partie inférieure du corps une chambre de distribution dans laquelle débouchent les canaux de la face en bout du corps, et que la couronne intérieure soit munie de moyens servant à obturer ltespacement entre les couronnes dans sa position inférieure et, lorsqu'elle est dans la position supérieure, la chambre de distribution est reliée å travers cet espacement avec ltespace environnant. Dans ce mode de réalisation, le dispositif assure un nettoyage efficacelors de l'essai d'épuisement et la complétion d'un puits et peut être utilisé en meme temps pour le forage des bouchons puissants dans les puits et permet de régler le courant de liquide de lavage pour ltélévation de l'efficacité du dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront 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 aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente dune manière schématique un-dispositif de nettoyage de puits, selon l'invention, suspendu à la tête de rotation d'une installation de forage - la figure 2 est une vue dvensemble, en coupe longitudinale, d'un dispositif pour le nettoyage de puits, réglé pour l'aspiration de la pulpe - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'ensemble d'un dispositif de nettoyage -de puits, selon l'invention, réglé pour le forage des bouchons de sable - la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3. On va examiner maintenant les dessins sur lesquels la figure 1 représente un dispositif de nettoyage de puits, selon l'invention, fixé au mat d'une installation de forage. Le dispositif 1 (figure 1) pour l'élimination des bouchons se trouvant dans les puits comporte un corps 2 (figure 2) fixé à une colonne de tubes 30 Le dispositif de nettoyage de puits est destiné à l'utilisation avec les foreuses rotatives pourvues d'une tête de rotation 4 (figure 1), d'une pompe de forage 5 et d'un compresseur 6. La colonne de tubes 3 est suspendue par l'intermédiaire d'un tube menant 7 à la tette de rotation 4 dans les installations-à table de rotation. Dans le corps 2 (figures 2, 3) du dispositif de nettoyage est incorporée une pompe à jets d'eau 8 constituée par une tubulure supérieure 9 et une tubulure inférieure 10, montées coaxialement l'une derrière l'autre coaxialement d'une manière concentrique par rapport au corps 1. Sur leurs faces en bout opposées l'une à l'autre sont prévues des surfaces coniques qui forment un canal d'éjection annulaire 11. A la partie inférieure du corps 2, on a fixé un dispositif d'ameublissement des bouchons. Un élévateur à air comprimé 13 comprenant une tubulure cylindrique auxiliaire 14 qui forme avec la tubulure supérieure 9 de la pompe un canal annulaire d'ascension à l'air 15, est monté au-dessus de la pompe 8 (figures 2, 3)0 Le canal annulaire d'ascension à l'air 15 est disposé au-dessus du canal d'éjection annulaire Il dans la zone de dépression 16 voisine des parois de la pompe à jets d'eau 8. L'angle d'inclinaison du canal annulaire 15 est réalisé essentiellement non supérieur à l'angle d'inclinaison du canal d'éjection 110 La pompe à jets d'eau 8 et l'élévateur à air comprimé 13 logés dans le corps 2 sont mis en communication avec les canaux 17, 18 (figure 2) de la colonne de tubes 3 pour l'amenée du liquide de lavage et de l'air comprimé, respectivement, alors que le creux 19 des tubulures 10, 9, 14 est relié au canal 20 pour l'évacuation de la pulpe depuis le puits. Ce mode de réalisation du dispositif de nettoyage de puits permet d'effectuer le puisage de la pulpe à l'aide de la pompe à jets d'eau et de l'élévateur à air comprimé et assure,' par cela même, l'élévation du rendement et de l'efficacité du dispositif quelles que soient les conditions de travail, par exemple lors de la complétion et du nettoyage des puits profonds,'ou stil est nécessaire de pomper la pulpe immédiatement de la surface et, pour cette raison, il est possible de supprimer l'augmentation préalable de la profondeur des puits, obligatoire en cas de complétion des puits par le procédé d'ascension à l'air. A l'intérieur du corps 2, on a monté une tubulure de raccordement 21 (figures 2, 3) d'une manière concen triquepar rapport à la surface intérieure dudit corps 2, qui forme avec la surface intérieure du corps 2 un espacement 22 et un espacement 23 avec la surface extérieure de la tubulure cylindrique auxiliaire 14. Les espacements 22, 23 sont liés aux canaux 17, 18 (figure 2) pour le pompage du liquide de lavage et du gaz comprimé, dans la pompe à jets d'eau 8 et l'élévateur à air comprimé 13 respectivement0 La tubulure de raccordement 21 est fixée à demeure dans la face en bout 24 du corps 2 ayant des canaux 25 débouchant vers l'extérieur et est rendue solidaire de la tubulure cylindrique auxiliaire 14 à l'aide d'une bague 26 percée de canaux 27. La tubulure supérieure 9 de la pompe à jets d'eau 8 est munie d'une queue 21, et la tubulure inférieure 10 de la pompe s'engage d'une manière étanche dans la queue 28 de la tubulure supérieure 9. La tubulure auxiliaire 14 est rendue solidaire à l'aide d'une bague 26 de la surface intérieure de la tubulure de raccordement 21 de manière que sa face en bout orientée vers la tubulure supérieure 9 forme avec celleci la chambre de refoulement 29 de l'élévateur à air comprimé 13, alors que la tubulure supérieure 9 et la tubulure inférieure 10 forment la chambre 30 de la pompe à jets d'eau 8.Dans la tubulure de raccordement 21 et dans la queue 28 sont pratiqués des orifices coaxiaux 31, 31' mettant la chambre 30 de la pompe à jets d'eau 8 en communication avec l'espacement annulaire 22 par lequel est amené le liquide de lavage0 La tubulure de raccordement 21, la queue 28 de la tubulure supérieure 9 et la tubulure inférieure 10 sont liéesl'une à l'autre par des raccords filetésr, 33 de manière qu'il soit possible de régler leur position mutuelle et la surface de la section du canal d'éjection annulaire 11 et du canal annulaire d'ascension à l'air 150 Pour la fixation d'une position réglée et le blocage solide, on a prévu dans la tubulure de raccordement 21, dans la queue 28 et dans la tubulure inférieure 10, dans leur partie inférieure, des évidements 34, 34', 34' dans lesquelles s'engagent des tenons du couvercle de raccordement 36 qui est fixé,à son tour, rigidement à la face en bout de la tubulure inférieure 100 Ce mode de réalisation du dispositif de nettoyage des puits permet de régler les espacements annulaires dans la pompe à jets dteau 8 et dans l'élévateur à air comprimé 13 et d'obtenir une section annulaire optimale assurant le plus grand rendement et le débit le plus élevé du dispositif lors de l'évacuation de la pulpe. Le moyen 12 (figures 2, 3) pour l'ameublissement mécanique d'un bouchon est réalisé sous forme d'une couronne de forage extérieure 37 fixée rigidement au corps 2 du dispositif et d'une couronne de forage intérieure 38 montée à demeure sur l'extrémité inférieure de la tubulure de raccordement 21 avec un espacement par rapport à la couronne exterieure 37. Les parties supérieure s des couronnes 37, 38, la partie inférieure de la tubulure de raccordement 21 et la face en bout 24 du corps 2 forment une chambre de distribution 40 (figures 2, 3) dans laquelle débouchent les canaux 25 des la face en bout 24 du corps 2. Des orifices de distributinn 42 sont pratiqués dans la face en bout 41 de la colonne de forage intérieure 38. La couronne de forage intérieure 38 peut prendre deux positions : supérieure et inférieure. Dans la position supérieure qu'elle prend dans le cas du forage mécanique des bouchons (cette position est représentée sur la figure 3), il se forme un espacement entre les couronnes de fo rage -37, 38 dans lequel est refoulé un liquide de forage (fluide de lavage) de la chambre de distribution 40 à travers les canaux ouverts 25 et les orifices de distribution 42 pratiqués dans la face en bout 41 de la couronne de forage intérieure 38 dans l'espace environrant le dispositif 1 pour le nettoyage des puits. Dans la position inférieure de la couronne de forage 38 qu'elle prend sous effet de son poids propre après que la colonne de tubes soit montée dans le haut comme indiqué dans la figure 2, l'espacement 39 (figure 3) est obturé et étanchéifié par une saillie annulaire 43 prévue sur la surface extérieure de la couronne de forage intérieure 38. En conséquence, la c-hambre de distribution 40 se trouve isolée de l'espace environnant le dispositif. La face en bout 41 de la couronne de forage intérieure 38 et la partie supérieure de la couronne de forage extérieure 37 sont réalisées avec un joint profilé 44 (figure 4) destiné à transmettre le cuuple moteur de la colonne de tubes 3 par l'intermédiaire du corps 2 du dispositif d'ameublissement mécanique des bouchons. Ce mode de réalisation permet d'utiliser le dispositif pour le nettoyage des puits lors de l'essai et de la complétion et assure également la réparation d'un puits et le nettoyage de celui-ci des bouchons de sable ainsi que.d'autres bouchons ; il convient de noter que gr2ce à ce que la couronne de forage intérieure est réalisée mobile et prend deux positions, on assure la destruction la plus efficace des-bouchons denses par z jets de fluide de lavage effectuant la destrucion par érosion avec la montée simultanée de la pulpe et avec le forage simultané du bouchon et dans le cas de nettoyage des puits pendant l'essai et la complétion on supprime les pertes du liquide de lavage et tout le courant est alors utilisé pour en- tramer la pulpe vers le haut-sans séparation en un courant supplémentaire formé dans les dispositifs connus pour la destruction des bouchons0 Le fait que deux couronnes de forage sont exécutées avec un joint profilé permet d'utiliser des installations de forage classiques rotatives pour le forage des bouchons denses et puissants, REVENDICATIONS 1. Dispositif à nettoyer les puits en vue d'en éliminer notamment les bouchons formés de roches d'alluvions, du type comprenant un corps cylindrique (2) fixé sur une colonne de tubes dans lequel sont formés des canaux (17, 20) pour l'amenée d'un liquide de lavage dans le puits et pour l'évacuation de la pulpe, et muni d'une pompe à jets d'eau (8) exécutée sous forme d'urne tubulure supérieure et d'une tubulure inférieure (9, 10) montées coaxialement l'une derrière l'autre dfune manière concentrique par rapport au corps (2) avec un espacement par rapport à celui-ci, les faces en bout desdites tubulures opposées l'une à l'autre étant pourvues de surfaces coniques formant un canal d'éjection annulaire (îî), et d'un moyen (12) pour l'ameublissement des bouchons, caractérisé en ce qu'il est muni d'un élévateur à air comprimé (13) exécuté sous forme d'une tubulure cylindrique auxiliaire (14) ayant un canal annulaire d'ascension à l'air (15) relié à la colonne de tubes (3) pour l'amenée d'un fluide gazeux sous pression dans la pulpe, et montée à l'intérieur du corps (2) de manière que les orifices de sortie du canal d'ascension à l'air (15) soient disposés dans la zone voisine (16) des parois où est disposé le canal d'éjection (11) et que l'angle d'inclinaison du canal d'ascension à l'air (15) par rapport à l'axe du corps (2) ne soit pas sensiblement supérieur à l'angle d'inclinaison du canal d'éjection (11). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (2) possède une face en bout annulaire (24) dans lequel sont pratiqués des canaux (25) débouchant vers l'extérieur et qu'une tubulure de raccordement auxiliaire (21) est montée à l'intérieur du corps (2) avec un espacement (22) de manière qu'elle passe à travers la face en bout (24) du corps (2) et est fixée rigidement dans celui-ci par son extrémité inférieure, cette tubulure étant mise en communication avec la colonne de tubes (3) pour l'amenée d'un liquide de lavage dans l'espacement entre le corps (2) et la tubulure de raccordement (21) et à travers les canaux vers les moyens (12) d'ameublissement mécanique des bouchons, que les tubulures (9, 10) de la pompe à jets d'eau (8) sont montées à l'intérieur de la tubulure de raccordement (21), la tubulure supérieure (9) de la pompe étant munie d'une queue (28) qui s'engage d'une manière étanche dans la tubulure (21) et la tubulure inférieure (10) s'engage d'une manière étanche dans la queue dela tubulure supérieure (9), que la tubulure auxiliaire (14) de l'élévateur à air comprimé (13) est fixé rigidement à la surface intérieure de la tubulure de raccordement. (21) avec un espacement de façon que sa face en bout orientée vers la tubulure supérieure (8) forme avec elle ledit canal d'ascension à l'air (15) de l'élé- vateur à air comprimé (13), et qu'on a pratiqué dans la tubulure de raccordement (3) et dans la queue (29) de la tubulure supérieure (5) des orifices coaxiaux (31, 31') reliant le canal d'éjection (11) avec l'espacement (22) entre le corps (2) et la tubulure de raccordement (21), et que la tubulure & raccordement (21), la queue (28) de la tubulure supérieure (9) et la tubulure inférieure (10) sont liées l'une à l'autre de manière qu'il soit possible de régler leur position réciproque et, par conséquent, la section transversale du canal d'éjection (11) et du canal d'ascension à l'air (15)o 3.Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (12) pour l'ameublissement mécanique des bouchons est exécuté sous forme d'une couronne de forage extérieure (37) fixée rigidement au corps (2) et d'une couronne de forage intérieure (38) montée mobile sur l'extrémité inférieure de la tubulure de raccordement (21) et placée avec un espacement (39) dans la couronne extérieure (37) de maniere qu'elle puisse prendre une position supérieure et une position inférieure, les parties supérieures des couronnes (37, 38) formant, avec la partie inférieure du corps (2), une chambre de distribution (40) dans laquelle débouchent les canaux (25) de la face en bout (24) du corps (2), et que la couronne intérieure (38) est munie d'un moyen pour obturer l'espacement (39) entre les couronnes (37, 38) lorsqu'elle est dans sa position inférieure, tandis que lorsqu'elle est dans la position supérieure la chambre de distribution (40) est mise en communication à travers ledit espacement (39) avec l'espace environnant.