Brevet FR2568935A1 — publié le 19860214

RACCORD DE GARNITURE DE FORAGE, NOTAMMENT POUR LA TRAVERSEE D'UNE ZONE A PERTE DE CIRCULATION La présente invention concerne essentiellement le forage d'un puits à travers une zone de terrain à perte de circulation. Dans le forage d'un puits par un outil de forage monté à l'extrémité inférieure d'une garniture de forage servant à appliquer un poids sur cet outil et à l'entraîner en - rotation, cet outil reçoit par l'alésage de cette garniture un fluide de forage dont le rôle est à la fois de refroidir cet outil, de nettoyer le front de taille et de remonter les déblais à la surface par l'espace annulaire compris entre puits et garniture de forage. Ce rôle du fluide de forage n'est plus rempli convenablement si le puits traverse une zone à perte de circulation car le débit du fluide de forage doit alors être - réduit et le retour en surface de la circulation du fluide de forage se fait mal ou ne se fait pas du tout. Il en résulte un ralentissement des opérations de forage et un risque de dégradation de la portion de paroi du puits qui peut ne plus être en contact du fluide de forage. Un objectif de l'invention est de fournir un raccord de garniture de forage - qui, disposé dans la garniture de forage au-dessus d'une zone à perte de circulation, facilite la traversée de cette zone et évite les inconvénients rappelés ci-dessus. Sans se limiter exclusivement à cette application, l'invention a pour objet un raccord de garniture de forage, qui comprend un corps allongé selon un axe vertical, muni intérieurement d'un alésage axial et formant extérieurement des portions cylindri- - ques extrêmes supérieure et inférieure munies à leurs extrémités libres de moyens de vissage pour l'insertion du raccord dans une garniture de forage ainsi qu'une portion cylindrique intermédiaire renflée, de diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur de la portion supérieure et qui se caractérise en ce que ladite portion intermédiaire est pourvue d'au moins trois évidements, dont chacun entaille une région - supérieure de ladite portion intermédiaire et atteint ledit alésage axial, répartis circonférentiellement à intervalles réguliers les uns des autres et en ce que, dans chacun de ces évidements, est insérée une pièce rapportée, munie d'un passage interne dirigé de bas en haut, ouvrant à sa partie inférieure dans ledit alésage et débouchant à sa partie supérieure par une duse située sur un diamètre compris entre le diamètre extérieur de 2568'935 Jidte p nrtor, interrr&,eiaire et le d:ai:nètre extrJe;r de ladie portion suprieure. Le diamètre extérieur de ladite portion intermédiaire étant, bien entendu, choisi inférieur au diamètre du puits foré, le fluide de forage se divise au droit dudit passage interne en un premier flux qui suit le parcours habituel: descente dans la - garniture de forage, passage sur l'outil de forage et remontée dans l'espace annulaire compris entre le puits et la garniture de forage et en un deuxième flux qui passe dans lesdits passages internes et remonte directement dans l'espace annulaire. On a constaté que ce raccord de garniture de forage supprimait ou au moins réduisait considérablement les pertes du fluide de forage en circulation et permettait de - traverser des zones à perte de circulation sans ralentir les opérations de forage et en conservant une circulation normale du fluide de forage. Ce résultat qui était inattendu à priori semble pouvoir s'expliquer par l'effet de dépression créé au droit desdits passages internes, conjugué à une action d'entraînement des déblais provoquée par l'accélération de la vitesse de circulation du fluide de forage au-dessus de ladite portion intermédiaire, - alors que, sans ce raccord spécial de garniture de forage, l'existence d'une zone à perte de circulation entraînerait un enrichissement du fluide de forage en déblais de forage et, par suite, une augmentation de la pression hydrostatique dans l'espace annulaire. D'autres particularités de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation qui va être décrit à titre non limitatif en se référant au dessin joint dans lequel: - - la Fig 1 représente en demi-coupe axiale et en demi-élévation un raccord de garniture de forage; - la Fig 2 représente en vue de dessus avec coupe partielle, à plus grande échelle, ce raccord de garniture de forage; et - la Fig 3 représente en coupe verticale un tel raccord inséré dans une - garniture de forage elle-même descendue dans un puits en cours de forage. Sur la Fig 1, un raccord de garniture de forage comprend un corps monobloc 1 qui forme une portion cylindrique supérieure 2, une portion cylindrique inférieure 3 et une portion cylindrique intermédiaire 4 et qui est muni d'un alésage axial 5. Ces portions - dites cylindriques peuvent ne l'être que sensiblement et présenter une faible conicite. Les portions supérieure 2 et inférieure 3 sont pourvues à leurs extrémités libres de filetages respectivement femelle 6 et mâle 7 permettant le raccordement entre une partie supérieure 8 et une partie inférieure 9 de garniture de forage, comme on l'a représenté sur la Fig 3. Le diamètre extérieur de la portion intermédiaire 4 est plus - 3- g-a,,d qc.e le diamètre extérieur des portions supérieure 2 et inférieure 3. Par exemple, les portions 2 et 3 peuvent avoir un diamètre extérieur de 20,3 cm tandis que le diamètre extérieur de la portion 4 peut être de 28,6 cm. L'arête supérieure 10 formée sur le périmètre supérieur de la portion intermédiaire 4 est reliée à la portion supérieure 2 par - une portion de transition Il qui présente ici une surface extérieure de forme générale tronconique. On a ménagé dans les portions 11 et 4 trois évidements 12, 13, 14 répartis circonférentiellement à égale distance comme on le voit sur la Fig 2 et on a introduit dans ces évidements des.pièces rapportées amovibles 15, 16, 17, en acier traité, tenues - chacune par au moins un goujon. On a prévu ici deux goujons 18, 19 insérés dans des trous alignés de la pièce rapportée et de la portion 4 et retenus par des vis telles que la vis 20 visible sur la Fig 2. Chaque pièce rapportée est traversée par un passage interne 21, visible sur la Fig 1, qui s'étend d'une entrée inférieure 22 ouverte dans l'alésage 5 à une sortie - supérieure 23 formant duse et débouchant verticalement vers le haut sur un diamètre compris entre les diamètres extérieurs respectivement de la portion supérieure 2 et de la portion intermédiaire 4. Cette duse 23 est elle-même un élément en carbure de tungstène interchangeable rapporté dans le passage interne 21 et muni, de manière en soi classique, d'un joint d'étanchéité et d'un circlip de retenue. On a également inséré un - joint d'étanchéité 24 entre la portion intermédiaire 4 et chaque pièce rapportée 15, 16, 17. Pour faciliter la réalisation de cette liaison étanche, on a donné une forme cylindrique à un tronçon 25 de la pièce rapportée 15, 16 ou 17 et à la partie d'évidement, (12, 13, 14) que le reçoit, dans une région proche de l'alésage 5. Un trou fileté, bouché en fonctionnement par une vis 26, facilite la mise en place et l'extraction de la pièce - rapportée 15, 16 ou 17. Ainsi, il est possible, tout en conservant le même corps 1, de changer aussi bien les pièces rapportées 15, 16 et 17 que les duses 23 lorsque leur usure le nécessite. Les pièces rapportées 15, 16, 17 reforment la surface extérieure de la portion intermédiaire 4 mais laissent subsister des brèches dans la portion de transition 11, ce - qui assure la protection des duses 23. Pour permettre un certain reforage lors de la remontée de la garniture de forage, on a prévu une recharge en un matériau dur, tel que du carbure de tungstène, d'une part en 27 sur ce qui reste de l'arête 10 après l'exécution des évidements 12, 13, 14 et d'autre part en 28 sur celui des bords des brèches pratiquées dans la portion de transition 11 qui constitue un bord d'attaque d'après le sens de rotation - de la garniture de forage. Sur la Fig 3, on voit le raccord I monté dans une garniture de forage au- dessus des masses-tiges 29 qui portent l'outil de forage 30. Celui-ci fore un puits 31 dont la paroi comporte une zone à perte de circulation 32. La circulation du fluide de forage est figurée par des flèches. - Le raccord 1 est placé au-dessus de la zone à perte de circulation 32. Son action est d'autant plus efficace qu'il se rapproche de cette zone, mais il ne doit jamais la franchir. Il faudra donc remonter la garniture de forage et donner au raccord I une position plus élevée lorsque celuici arrivera vers la zone 32. Cette opération de remontée sera effectuée autant de fois que nécessaire pour que l'outil de forage atteigne - la cote finale de forage avant installation d'un cuvelage. La distance entre le raccord 1 et l'outil de forage 30 sera généralement supérieure à 150 m. Un raccord 1 dont la portion intermédiaire 4 présente un diamètre extérieur de 28,6 cm convient pour un puits de 44,3 cm de diamètre par exemple. Il peut-aussi être utilisé dans un puits plus étroit, par exemple un puits de 31,1 cm de diamètre, mais il est - alors préférable d'utiliser un raccord 1 muni de rainures hélicoïdales telles que les rainures 33 représentées sur la Fig 1, facilitant le passage du fluide de forage de bas en haut entre le puits et la portion intermédiaire 4. REVENDICATIONS I1- Raccord de garniture de forage, qui comprend un corps (1) allongé selon un axe vertical, muni intérieurement d'un alésage axial (5) et formant extérieurement des portions cylindriques extrêmes supérieure (2) et inférieure (3) munies à leurs extrémités libres de moyens de vissage (6, 7) pour l'insertion du raccord dans une garniture de - forage, ainsi qu'une portion cylindrique intermédiaire renflée (4), de diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur de la portion supérieure (2), caractérisé en ce que ladite portion intermédiaire (4) est pourvue d'au moins trois évidements (12, 13, 14) dont chacun entaille une région supérieure de ladite portion intermédiaire (4) et atteint ledit alésage axial (5), répartis circonférentiellement à intervalles réguliers les uns des autres - et en ce que, dans chacun de ces évidements (12, 13, 14), est insérée une pièce rapportée (15, 16, 17), munie d'un passage interne (2I) dirigé de bas en haut, ouvrant à sa partie inférieure (22) dans ledit alésage (5) et débouchant à sa partie supérieure par une duse (23) située sur un diamètre compris entre le diamètre extérieur de ladite portion intermédiaire (4) et le diamètre extérieur de ladite portion supérieure (2). - 2- Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pièce rapportée (15, 16, 17) est une pièce en acier traité amovible et tenue en place par au moins un goujon (18, 19) inséré'dans des trous alignés de la pièce rapportée et de la portion intermédiaire (4) et lui-même retenu par une vis (20). 3- Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que - chaque duse (23) est un élément rapporté interchangeable en carbure de tungstène retenu par un circlip. 4- Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pièce rapportée (15, 16, 17) comporte un tronçon cylindrique (25) s'engageant dans une partie correspondante d'évidement (12, 13, 14) à proximité de l'alésage axial (5) - et en ce qu'un joint d'étanchéité (24) est inséré autour de ce tronçon cylindrique (25). - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion intermédiaire (4) est reliée à ladite portion supérieure (2) par une portion de transition (11) dans laquelle chaque évidement (12, 13, 14) forme une brèche comprise entre deux bords dirigés sensiblement axialement. - 6 - Raccord de garniture de forage selon le revendication 5, caractérisé en ce que ledit corps (1) comporte des recharges en un matériau dur (27, 28), d'une part (27) sur ce qui reste du périmètre supérieur de ladite portion intermédiaire (4) après exécution des évidements (12, 13, 14) et d'autre part (28) sur celui desdits deux bords qui, d'après le sens de rotation de la garniture, constitue un bord d'attaque. 7- Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure de ladite portion intermédiaire (4) est munie de rainures hélicoïdales (33).