Brevet FR2573125A1 — publié le 19860516

L'invention concerne d'une manière générale des éléments tubulaires pour garnitures de puits, conçus pour être fixés dans des garnitures ou trains de tiges introduits dans un sondage de puits. Divers types d'agencements et de configura- tions à gorges ont été proposes et sont utilisés sur des éléments tubulaires pour garnitures de puits. En général, toutes les configurations présentent une certaine forme d'évidements ou de gorges formés dans la surface extérieure d'un élément tubulaire pour permettre l'écoule- ment d'un fluide entre l'élément tubulaire et la paroi du sondage. Dans les éléments tubulaires dans la surface extérieure desquels des hélices sont réalisées, il peut apparaître une certaine tendance à l'accroissement de la résistance opposée par le sondage en raison d'une section d'écoulement de fluide insuffisante dans l'espace annulaire compris entre l'élément tubulaire et la paroi du sondage. Ceci peut entraîner, par suite, une érosion et une usure plus importantes de l'élément tubulaire lorsqu'il est utilisé dans une garniture ou un train de tiges rotatif, telle qu'une garniture de forage. En outre, lors du forage de certains puits, tels que des puits thermiques ou des puits de gaz sous haute pression, l'utilisation d'hélices courantes et connues jusqu'à présent, dans une douille de forage montée dans une garniture de forage, peut tendre à faire tournoyer la garniture de forage d'une façon la faisant quitter le sondage. De plus, lorsqu'une douille de forage à gorges hélicoïdales est utilisée dans une garniture de forage, la façon ou le sens de circulation du fluide qui en résulte entre la garniture et la paroi du sondage peut provoquer un déplacement de la garniture de forage vers un côté du sondage, produisant ainsi un effet de vis qui "fait cheminer" ou déplace la garniture de forage vers un côté du sondage au cours des opérations de forage. L'invention propose un dispositif à hélices opposées destiné à un élément tubulaire de garniture de puits, et en particulier à une douille de forage à utiliser dans une garniture de forage, qui établit un trajet d'écoulement de fluide opposé dans la garniture du puits afin de favoriser la lutte contre la sortie par mouvement tournoyant, de là garniture de forage d'un puits thermique en cours de forage. L'invention a également pour objet un disposi- tif à hélices doubles formé sur la surface extérieure d'une douille de forage d'une garniture afin de constituer un dispositif de surface dispersé qui maintient un contact superficiel avec la paroi du sondage, comme on peut le souhaiter, tout en permettant l'entrée en contact d'une plus faible surface de la douille de forage avec la paroi du sondage pendant que ce dernier est foré. L'invention a également pour objet une douille de forage présentart des hélices opposées établissant un écoulement de fluide opposé qui tend à réduire, sinon à éliminer pratiquement, le cheminement de la garniture deforage, cheminement provoquant une déviation par effet de "tarière" ou de "foret" du forage lors de l'uti- lisation. L'invention a également pour objet une douille de forage destinée à une garniture de forage, qui établit des trajets d'écoulement maximaux tout en présentant des surfaces circonférentielles destinées à stabiliser l'action sur la paroi du sondage. L'invention a également pour objet d'offrir une configuration de surface sur une douille de forage, ou un élément tubulaire, qui change la direction et la vitesse d'écoulement du fluide autour de la douille dans le sondage pour favoriser ainsi le centrage de la douille de forage dans le sondage et tendre également à s'opposer à tout coincement par - pression différentielle. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: - la figure 1 est une élévation de l'élément tubu- laire selon l'invention et de l'agencement préféré des gorges opposées ménagées dans la surface extérieure du corps de l'élément tubulaire; et - la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2- 2 de la figure i illustrant d'autres détails de l'invention. On se reportera en premier à la figure 1 du dessin qui montre l'élément tubulaire de la présente invention indiqué globalement par la lettre M. Il comprend un corps tubulaire allongé M comportant des moyens filetés représen- tés en traits pointillés à une extrémité 7 et en traits. pleins à l'autre extrémité 8, respectivement, du corps tubulaire M, afin de raccorder ce dernier dans une garnitu- re de puits telle qu'un train de tiges de forage ou garni- ture de forage. Le corps tubulaire M présente une surface annulaire extérieure 12 telle qu'illustrée sur le dessin. L'invention sera décrite dans son application à une douille de forage destinée à être utilisée dans une garniture de forage, car les possibilités d'application industrielle de l'invention dans ce domaine sont les plus grandes. Cependant, ellepeut être utilisée sur tout élément tubulaire tel qu'un tubage et autre. Un premier ensemble de gorges 20 est formé dans la surface annulaire 12 de l'élément tubulaire ou douille de forage DC et le premier ensemble de gorges 20 est incliné d'un certain angle dans une première direction par rapport à l'axe longitudinal du corps M et il s'étend en hélice autour et sur la plus grande partie de la dimension longitudinale de la douille de forage, comme représenté. Un second ensemble de gorges 21 est ménagé dans la surface annulaire 12 et est incliné dans une direction opposée à celle de l'inclinaison du premier ensemble de gorges 20, comme représenté. Le second ensemble de gorges 21 s'étend également en hélice autour- et sur la plus grande partie de la dimension longitudinale de la douille de forage. Le premier ensemble de gorges 20 et le second ensemble de gorges 21 comprennent chacun plusieurs gorges espacées circonférentiellement autour du corps tubulaire M et inclinées par rapport à l'axe longitudinal de ce corps. L'une des gorges 20a du premier ensemble de gorges croise une gorge 21a du second ensemble de gorges 21 en formant une paire P de gorges qui s'entrecoupent ou s'entrecroisent dans la surface annulaire 12, une forme d'une telle intersection ou d'un tel croisement étant montrée clairement sur la figure 1, à proximité immédiate de la partie centrale de chacun des premier et second ensembles de gorges 20, 21, laquelle intersection est indiquée globalement par les lettres IM. On peut voir que les paires de gorges s'étendent longitudinalement et circonférentiellement sur la partie du corps tubulaire M dans laquelle les gorges 20a, 21a sont formées. Comme montré sur la figure 1, l'intersection des premier et second ensembles de gorges 20 et 21 dans la surface extérieure 12 est représentée par une ligne verticale 26 et une ligne horizontale 27, et les lignes verticales 28 et 29 situées & l'intersection des extrémités des gorges des ensembles 20, 21, à proximité immédiate de chaque extrémité de l'élément tubulaire M, mais cepen- dant à une légère distance de cette extrémité, montrent que les longueurs totales des intersections des premier et second ensembles de gorges 20 et 21 sur la surface 12, par rapport A la longueur totale de l'élément M, constituent avantageusement plus d'au moins environ 50% de la longueur totale de l'élément M. Ainsi, la surface extérieure 12 de l'élément M présente une longueur impor- tante d'intersection des premier et second ensembles de gorges 20 et 21 pour permettre un écoulement de fluide non étranglé dans le sondage lorsqu'un tel fluide s'élève autour de l'élément M, de l'outil de forage situé à l'ex- trémité inférieure de la garniture de forage Jusqu'à la surface de la terre, d'une manière bien connue dans la technique. Cependant, en dépit de l'intersection des premier et second ensembles de gorges croisés 20, 21, inclinés dans des directions opposées, sur une étendue longitudinale relativement importante de l'élément M, l'angle d'inclinaison des premier et second ensembles de gorges 20 et 21 est tel que des surfaces 12a relative- ment étendues sont formées dans la partie sans gorges de la surface annulaire extérieure 12 de l'élément M pour porter contre la paroi du sondage pendant les opéra- tions de forage afin de maintenir la garniture de forage positionnée dans le sondage tout en permettant un écoule- ment de fluide non étranglé autour de cette garniture. Plus particulièrement, avec les douilles de forage utilisées jusqu'à présent, telles que les douil- les de forage à une seule gorge hélicoïdale, l'hélice peut, dans certaines conditions, accroître la résistance opposée par la paroi du trou et peut aggraver l'érosion de la douille de forage, ce qui nécessite de retirer la garniture de forage du sondage pour procéder au rempla- cement de la douille, laquelle opération est coûteuse et longue. En outre, dans certains types de puits tels que des puits thermiques, la présente invention tend a empêcher la garniture de forage de dévier du trou en tournoyant sous l'effet des pressions rencontrées. L'agen- cement en hélices opposées des premier et second ensembles de gorges 20, 21 établit un écoulement de fluide opposé autour de la garniture de forage et de la douille de forage selon l'invention, ce qui s'oppose à tout effet de rotation en spirale de la garniture de forage équipée de la douille de forage selon l'invention, laquelle rota- tion en spirale pourrait autrement apparaître dans les douilles de forage à gorges hélicoïdales de l'art antérieur et faire dévier, en la faisant tournoyer, la garniture de forage hors du sondage sous l'effet de la pression. De plus, l'agencement du trajet d'écoulement de fluide croisé, en deux gorges hélicoïdales opposées, conforme à l'invention tend à s'opposer au cheminement de la garni- ture de forage vers un côté du sondage, ce qui pourrait dévier la garniture de forage de son trajet lors d'opéra- tions de forage. De plus, les fluides en circulation dans le sondage établissent un point de contact à haute pression dans la zone indiquée globalement par la lettre D a l'in- tersection médiane du premier ensemble de gorges 20 et du second ensemble de gorges 21, et cette conjonction de contacts du fluide modifie la vitesse et la direction du mouvement du fluide autour de la douille de forage, ce qui tend également à favoriser le centrage de la douille de forage selon l'invention dans le sondage. Tout nombre convenable de gorges ou de rainures fraisées peut être utilisé pour former le premier ensem- ble de gorges 20 et, généralement, deux à quatre rainures fraisées, en hélice de pas à droite, comme indiqué par la référence numérique 20 représentant le premier ensemble de gorges, par rapport à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire M, peuvent être utilisées. De façon similaire, un nombre identique de rainures fraisées formant le second ensemble de gorges 21, avec une hélice de pas à gauche par rapport à l'axe longitudinal de l'élément tubulaire M, peut être utilisé, comme montré. Comme indiqué, une gorge 20a de pas à droite du premier ensemble de gorges coopère avec une gorge de pas à gauche du second ensemble de gorges 21 de façon à former une paire P de première et seconde gorges croisées, comme montré plus clairement sur la figure 1. De façon similaire, chacune des autres gorges hélicotdales de pas à droite de l'ensemble 20, formées dans la surface extérieure 12, croise ou intercepte une gorge de pas à gauche du second ensemble 21 en formant une paire supplé- mentaire P de première et seconde gorges sur une partie étendue E. Chaque paire P de gorges croisées des premier et second ensembles de gorges 20, 21 est adjacente, longi- tudinalement et circonférentiellement, à une autre paire P de première et seconde gorges croisées des ensembles , 21, sur la partie étendue. La disposition croisée des paires de gorges de chacun des premier et second ensembles 20, 21, forme plusieurs parties 30 configurées globalement en losange, espacées circonférentiellement, dans la surface annulaire extérieure 12, entre les extrémités de l'élément tubulaire M. Ces parties 30 en forme de losange sont constituées entre des paires circonférentielles adjacentes P des gorges croisées des premier et second ensembles 20, 21. De plus, cet agencement de gorges croisées sur ia surface 12 forme plusieurs surfaces triangulaires 35 espacées circonférentiellement dans la surface annulaire- extérieure 12, entre les extrémités de chaque paire adjacente P de gorges des premier et second ensembles 20, 21, à proxi- mité immédiate de chaque extrémité du corps tubulaire M. Les surfaces 12a forment plusieurs rangées circonférentielles s'étendant le long de la dimension longitudinale de l'élément Y, les surfaces 12a d'une rangée s'étendant entre et chevauchant longitudinalement les parties de surfaces non rainurées 12a de la surface 12 d'une rangée adjacente du corps. Les parties de surfaces 12a sont également alignées de façon à former des rangées longitudinales et cette configuration assure un excellent écoulement des fluides tout en formant de multiples surfa- ces pour le positionnement de la garniture dans le sondage. Ainsi, bien que les gorges des premier et second ensembles 20, 21 se croisent sur une partie substan- tielle de la surface 12 du corps tubulaire M pour établir des trajets opposés de conduction de fluide qui se croisent afin de parvenir aux résultats souhaités de l'invention, cette dernière offre également un agencement de surface extérieure utilisant les surfaces 12a de manière qu'au moins une certaine partie de la surface annulaire extérieu- re 12 soit toujours placée en contact avec la paroi du sondage pour aider au maintien de la garniture de forage en position convenable à I'intérieur de ce sondage au cours des opérations de forage. Il convient de noter que les parties de surfaces non rainurées 12a de la surface annulaire 12 sont dispersées autour de cette dernière. De plus, en raison des ensembles de gorges croisées 20, 21, les surfaces 12a présentent une configuration d'une étendue annulaire substantielle entre leurs extrémités, laquelle -étendue diminue vers au moins une extrémité, et elle présente également une étendue longitudinale substantielle afin de produire un effet de stabilisation tout en assurant le maintien de la dimension des gorges de façon à ne pas gêner l'écoulement des fluides. Dans des douilles de forage à gorges hélicolda- les de l'art antérieur, les surfaces non rainurées sont sensiblement de même dimension ou de même largeur sur toute leur longueur. Les gorges aboutissent à distance des extrémi- tés de la douille de forage afin de former des zones de réception de pince pour raccorder la douille de forage à la garniture du puits, d'une manière bien connue dans la technique. Bien que l'angle d'inclinaison des premier et second ensembles de gorges, 20, 21 soit représenté comme étant sensiblement égal et oppose, il convient de noter que l'angle d'inclinaison de ces premier et second ensembles 20, 21 ne doit pas nécessairement être sensiblement le même pourvu que les ensembles 20, 21 se croisent de façon à former des parties de surfaces 12a permettant d'obtenir les résultats souhaités de la présente invention. Lors de l'utilisation de l'invention, on fait descendre un fluide de la surface du sol dans la lumière 40 de la douille de forage et ce fluide est déchar- gé à travers l'outil de forage situé à l'extrémité infé- rieure de la garniture de forage (non représentée) d'une manière bien connue dans la technique. Il est ensuite refoulé vers le haut autour de la garniture de forage, dans l'espace annulaire formé à l'intérieur du sondage, c'est-à-dire entre le sondage et la garniture de forage, afin de pénétrer dans les ensembles de gorges 20 et 21 ménagées dans la surface extérieure 12 de l'élément tubu- laire M. Etant donné que les ensembles de gorges 20 et 21 sont formes dans des directions opposées sur la surface 12 et se croisent de la manière décrite précédemment,les écou- lements de fluide suivant les trajets formés par les gorges ou les rainures fraisées 20, 21 s'entrechoquent à leur passage dans les gorges et sortent des gorges 20, 21. Le sens d'écou- lement du fluide dans les diverses gorges 20 formées dans la surface 12 étant opposé à celui de l'écoulement du fluide dans les diverses gorges 21, les écoulements tendent à neutraliser toute tendance de la garniture de forage à cheminer ou à se déplacer d'un coté ou de l'autre dans le sondage, comme cela peut se produire lorsque plusieurs rainures en hélice sont formées dans la douille de forage dans une seule direction, ainsi qu'il est courant dans l'art antérieur. Il va de soi que de nombreuses modificatioins peuvent être apportées à l'élément tubulaire décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Element tubulaire destiné à être raccordé une garniture de forage de puits, caractérisé en ce qu'il comporte un corps allongé (M) présentant une surface périphérique extérieure (12), un premier ensemble de gorges (20) formé dans la surface périphérique et incliné dans une première direction par rapport à l'axe longitudi- nal du corps, un second ensemble de gorges (21) formé dans la surface périphérique et incliné dans la direction opposée par rapport à l'axe longitudinal du corps, les premier et second ensembles se croisant dans la surface périphérique en plusieurs positions espacées circonféren- tiellement et longitudinalement au corps. 2. Elément tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble de gorges comprend plusieurs gorges (20a) de pas à droite espacées cîrconférentiellement sur le corps et en ce que le second ensemble de gorges comprend plusieurs gorges (21a) de pas A gauche espacées circonférentiellement sur le corps. 3. Elément tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges aboutissent en des points espacés longitudinale- ment de chaque extrémité du corps. 4. Elément tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges croisées forment des parties de surfaces non rainurées (12a) dans la surface périphérique du corps, ces parties étant espacées circonférentiellement sur le pourtour du corps. 5. Elément tubulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties de surfaces non rainurées, espacées circonférentiellement, forment des rangées circonférentielles dans la surface périphérique du corps, les parties de surfaces non rainurées d'une rangée circonférentielle s'étendant entre et chevauchant longitudinalement les parties de surfaces non rainurées d'une rangée adjacente du corps. 1 1 6. Element tubulaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges sont agencés sur la surface périphérique du corps de manière que chaque gorge de pas à droite du premier ensemble croise une gorge de= pas - à gauche du second ensemble pour former des paires adjacentes de gorges croisées,9 longitudinalement et circonférentiellement au corps tubulaire. 7. Elément tubulaire selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que les paires adjacentes de gorges croisées forment une partie de surfaces non rainurées (30) de configuration globalement en losange sur la surface péri- phérique du corps, entre des paires adjacentes de gorges croisées. 8. Elément tubulaire selon la revendication 6, caractérisé en ce que les paires circonférentielles adjacentes de gorges croisées forment une partie de surface non rainurée dont l'étendue circonférentielle est plus petite à proximité de ses extrémités en un point intermé- diaire entre lesdites extrémités. 9. Elément tubulaire selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie de surface non rainu- rée est en forme de quadrilatère. 10. Elément tubulaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second ensembles de gorges présentent chacun une largeur, une profondeur et un angle d'inclinaison par rapport à l'axe longitudinal du corps de manière que l'étendue totale des croisements des premier et second ensembles de gorges constitue au moins environ 50% de la longueur totale de la surface périphérique non rainurée dans laquelle les premier et second ensembles de gorges sont formés. 11. Elément tubulaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que les parties de surface non rainurées formées dans la surface périphérique sont ali- gnées à peu près longitudinalement au corps et sont ali- gnées à peu près sur un plan transversal à l'axe longitudi- nal du corps.