Brevet FR2610366A1 — publié le 19880805

La présente invention concerne les procédés et appareillages permettant d'exécuter en eau profonde des opérations de forage d'un puits de pétrole et de complétion sur ce puits. Elle concerne plus particulièrement un système de forage à tête de puits pour eau profonde (avec des installations flottantes de forage,, ce système permettant d'exploiter des puits afin d'en extraire du pétrole et fournissant un interface pour l'appareillage de complétion. Dans les années récentes, la recherche de champs de pétrole et de gisements de gaz naturel s'est étendue à des eaux toujours plus profon- des situées au large de la terre ferme. La profondeur de l'eau devenant plus importante, on a exécuté plus fréquemment le forage à l'aide d'instal- lations flottantes de forage, et non plus à partir de plate-formes fixes, ceci pour des raisons de coût, et on a plus particulièrement utilisé des installations de forage qui peuvent être à positionnement dynamique, ce qui évite ainsi les difficultés liées aux systèmes d'ancrage. On doit souligner que le fait de forer en eau profonde entraîne une grande quantité de difficultés qui ont servi à démontrer l'inefficacité de l'appareillage habituellement utilisé en eau profonde. Ur, l'ensemble de bases qui constitue la tête de puits maintenant utilisée pour le forage en eau profonde est très nettement différent de celui utilisé pour l'eau peu profonde, étant donné qu'il a été adapté de façon à fonctionner plus aisé- ment avec des installations de forage à positionnement dynamique, puisque celles-ci ne nécessitent pas de câbles de guidage. Un autre élément qui rend difficile le forage en eau profonde est constitué par le degré d'inclinaison des bases, laquelle inclinaison entraîne une inclinaison identique des premières pièces de suspension de tubage ou carters haute pression. Etant donné qu'un tel carter haute pres- sion sert de support pour l'appareillage de régulation du jaillissement, cette inclinaison peut faire fonctionner sous contrainte cet appareillage de régulation et donc conduire à une usure prématurée et indésirable de ses éléments. On doit par conséquent exercer un contrôle de l'inclinaison de l'ensemble de bases. En eau profonde, on peut réaliser un tel contrôle à l'aide de caméras de télévision, étant donné qu'on ne peut pas employer de plongeurs, et, pour pouvoir procéder à une telle surveillance, la visibili- té doit être bonne afin qu'on puisse réaliser en surface, par commande à distance, des corrections et d'autres réglages. Ces caméras peuvent être installées dans la colonne autour de laquelle sont fixées les bases, ainsi que dans des véhicules télécommandés. On devait prendre en compte ce pro- blème de visibilité, étant donné que, dans les ensembles de bases anté- 2 6 1 0 3 6 6 rieurs, le gravier avait coutume de s'accumuler en des emplacements o la visibilité d e v a i t ê t r e bonne puisque les bases sont basses et que l'écoulement de retour se produisait par l'embouchure de l'entonnoir, de sorte que la taille des guides à entonnoir s'accroissait d'une manière considérable et qu'on réalisait le retour en position latérale afin d'empê- cher les capteurs de niveau d'être recouverts de graviers. Ainsi, en modi- fiant la taille des guides à entonnoir, ainsi que celle des bases, on rendait possible un meilleur positionnement d'autres éléments d'appareil- lage au cours de la mise en place. Toutefois, les perfectionnements apportés à l'état antérieur de la technique n'ont pas surmonté les problèmes qui étaient liés à l'exploi- tation des puits en ce qui concerne l'étape précédente de préparation de ces puits à cet effet. Parml les principales difficultés du procédé antérieur, on peut citer celles présentées par le guide à entonnoir du fait de sa taille très importante (prévue pour rendre plus aisée la mise en place de l'appareil- lage de régulation du jaillissement), ce qui le rend difficile à monter dans des arbres de Noël de production humide, de sorte qu'on doit le reti- rer. En l'absence de guide à entonnoir, il apparaît d'autres difficultés dans la mise en place de l'appareillage, plus particulièrement en ce qui concerne les tolérances d'accouplement, notamment pour les éléments qui constituent l'arbre de Noël de production humide.' C'est pourquoi l'invention a pour but, d'une part, de fournir un système permettant qu'ait lieu une mise en place extrêmement sûre d'un appareillage donné de production pour puits profond, sans que se présentent les difficultés qui avaient coutume de survenir avec les procédés anté- rieurs, en vue d'une localisation précise des emplacements de montage de l'appareillage à assembler (appareillage de production) par-dessus l'appa- reillage déjà en place (carter haute pression), et, d'autre part, d'offrir un procédé destiné à être utilisé pour déposer une base de complétion sur le carter haute pression, et ceci de façon que les éléments qui s'emboîtent entre eux le fassent d'une manière extrêmement sore, tout en prévoyant une protection de l'extrémité libre du carter haute pression et une extraction de l'entonnoir par rapport à la base permanente de guidage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé permettant d'exécuter en eau profonde des opérations de forage d'un puits de pétrole et de complétion sur ce puits, ce procédé autorisant le démarrage de la production d'un puits de pétrole foré à grande profondeur, caractérisé en ce qu'il consiste: 2610 3 66 a) à poser, sur la tête de puits, une base provisoire de guidage et une base permanente de guidage, y compris un carter haute pression, b) à placer un capuchon protecteur par-dessus l'extrémité supérieure de ce carter haute pression, c) à déverrouiller un dispositif qui immobilise un entonnoir de guidage sur la base permanente de guidage, d) à retirer de cette base permanente de guidage cet entonnoir de guidage, e) à déposer par-dessus le carter haute pression une base de complétion ou production pourvue de colonnes de guidage, cette base de complétion ou production étant soutenue directement par un collet de forme annulaire du carter haute pression, f) à retirer de la partie supérieure de ce carter haute pression le capu- chon protecteur, g) à déposer par-dessus ce carter haute pression un arbre de Noël de production humide qui est guidé par les colonnes de guidage et h) à brancher la ligne de production sur l'équipement de cet arbre de Noël de production humide. L'invention a également pour objet un appareillage permettant d'exécuter en eau profonde des opérations de forage d'un puits de pétrole et de complétion sur ce puits, du type comprenant une base provisoire de guidage qui est posée directement sur le fond de la mer et qui soutient une base permanente de guidage dont est rendu solidaire un carter haute pres- sion pourvu d'un entonnoir de guidage, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: a) un dispositif de déverrouillage disposé oans la zone d'accouplement de l'entonnoir de guidage sur la base permanente de guidage, b) un.capuchon protecteur de guidage placé par-dessus l'extrémité supérieu- re libre du carter haute pression et, c) une base de production ou complétion qui est posée directement par- dessus ce carter haute pression. Grâce à cet agencement, lorsque le forage du puits à l'aide d'une installation de forage à positionnement dynamique est terminé, on protège le carter haute pression à l'aide d'un capuchon qui est aussi des- tiné à guider l'appareillage de complétion à mettre en place sur la tête de puits, à la suite de quoi on retire le guide à entonnoir de la base perma- nente à l'aide de véhicules télécommandés. Le retrait de cet entonnoir de guidage laisse subsister un espace libre dans lequel on peut accoupler la base de complétion qui, étant donné qu'elle se trouve située au-dessus du carter haute pression, permet plus facilement de s'adapter aux tolérances prévues, en vue de mettre en place le système de régulation à vanne du puits de production, c'est-à-dire de l'arbre de Noël de production humide. Etant donné que la base de complétion comporte des colonnes, cela permettra de faire usage des câbles de guidage provenant des installations de forage qui sont ancrées, ce qui rend ainsi les opérations ultérieures plus aisées à exécuter, les procédés utilisés pour ces opérations étant déjà connus et ayant été approuvés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue verticale et en coupe partielle de l'ensemble de bases recouvert du capuchon protecteur, la figure 2 est une vue de détail, de côté et en coupe, du verrouillage de l'entonnoir de guidage, la figure 3 est une vue verticale, de côté et en coupe partielle, de l'ensemble de bases après retrait de l'entonnoir de guidage et la figure 4 est une vue analogue après mise en place de la base de produc- tion. Si on se reporte à la figure 1, celle-ci montre une base provi- soire de guidage 1 reposant sur le fond de la mer. Afin d'assurer un ren- forcement supplémentaire de l'ensemble de la tête de puits, on enfonce à l'explosif un pieu 3 dans le fond de la mer, ce tube étant lui-même fixé sur la base I à l'aide d'une première pièce de suspension de tubage ou car- ter 2 qui est boulonné par des boulons 4 sur cette base 1, indirectement, par l'intermédiaire de ce pieu tubulaire 3. L'ensemble du fonctionnement se commande à distance à l'aide d'une télévision en circuit fermé, l'inclinai- son de l'ensemble étant plus particulièrement surveillé en consultant un capteur de niveau 6 qui, étant donné qu'il est situé au-dessus d'un trou de sortie 5 et du gravier qui est renvoyé, se trouve dégagé des particules solides éventuelles se rassemblant sur lui. En suivant la pratique habituelle qui est utilisée dans le tra- vail de forage, le premier stade de préparation du puits réside dans son forage, lorsqu'on descend le tubage 8 qui est fixé sur la base permanente de guidage 9 grâce à une première pièce de suspension ou carter basse pres- sion 7, ce tubage 8 étant soudé sur ce carter 7, puis ensuite cimenté sur toute sa longueur. Suit habituellement le second stade du forage de puits, et lors- que celui-ci est achevé, on descend le carter haute pression 13 en même temps que son tubage associé 14. On procède une fois de plus à la cimenta- tion du tubage et on fixe une base rigide de façon à soutenir les tubages à mettre en place dans le puits et ancrés à l'intérieur dudit carter haute pression 13. Ainsi que cela est bien connu des spécialistes dans ce domaine, ce carter haute pression 13 présente à son extrémité supérieure 15 une forme et un siège (fentes,.collets et gorge pour l'anneau d'étanchéité à mettre en place) qui conviennent pour relier, en en assurant l'étanchéité, respectivement l'appareillage de sécurité et forage (appareillage de régu- lation du jaillissement) et l'appareillage de production (dans le cas pré- sent l'arbre de Noël à production humide), ainsi que pour la liaison ulté- rieure entre le puits et la surface. L'extrémité supérieure 15 de ce carter haute pression doit par conséquent être protégée et elle ne doit pas faire l'objet d'un éclatement, ni d'un endommagement, à cette occasion. Au cours du forage du puits, il est prévu, pour assurer cette protection, un entonnoir de guidage 10 (figu- re 1) de la base permanente de guidage 9, avec un guidage du raccord de l'appareillage de régulation du jaillissement. Toutefois, du fait de sa taille et aussi de sa forme, cet entonnoir empêche l'arbre de Noël de pro- duction humide d'être mis en place. C'est pourquoi, en vue d'achever le puits, on doit retirer cet entonnoir 10, ce qui laisse totalement non pro- tégée l'extrémité supérieure 15 du carter haute pression 13. Afin de remédier à ce problème, la présente invention prévoit l'utilisation d'un fort capuchon protecteur 17 qui non seulement protège l'extrémité supérieure 15, mais, étant donné qu'il offre une section de forme conique 18, permet aussi à l'appareillage de tête de puits d'être emboîté aisément, de sorte qu'il remplace ainsi l'entonnoir 10 dans sa fonction de guidage. Pour l'essentiel, ce capuchon protecteur 17 est constitué d'un élément creux qui, à sa partie inférieure, est d'une forme cylindrique 19 et qui est soudé par son bord supérieur sur un élément supérieur 18 taillé en cône et qui se termine à son extrémité supérieure par une partie plane circulaire qui peut être soit entièrement fermée, soit munie d'un trou, bien que cela ne soit pas important pour le fonctionnement du dispositif, ces variantes n'étant tout simplement prévues que pour rendre plus faciles la mise en place et le retrait. Ce capuchon protecteur 17 est essentielle- ment destiné à recouvrir l'extrémité du carter haute pression 13, en empê- chant ainsi ce dernier de faire l'objet d'un éclatement de la part d'autres éléments ou outils mobiles, au cours de la mise en place de la base de pro- duction 20 qui sera décrite plus loin (figure 4). D'une manière analogue, 2 6 1 0 3 6 6 la mise en place de ce capuchon 17 par-dessus le carter haute pression 13 ainsi que son retrait ultérieur se réaliseront à l'aide d'outils spéciaux dont la description sort du cadre de l'invention. On doit préciser que l'élément conique 18 du capuchon 17 joue le même rôle de guidage que celui joué par l'entonnoir de guidage 10U, une fois que ce dernier a été retiré, quoique leurs dispositions coniques soient inversées, c'est-à- dire opposées l'une à l'autre. Pour exécuter le travail d'assemblage du puits de production, on peut, une fois que le capuchon 17 a été mis en place, retirer l'entonnoir de guidage 1U. Pour ce faire, toutefois, il doit être prévu certains moyens opérationnels permettant de débrancher cet entonnoir 10 de sa base perma- nente de guidage 9. Ces moyens opératoires sont représentés sur la figure 1 sous le chiffre de référence Il et de manière plus détaillée sur la figure 2 et on va les décrire ci-dessous. Comme on peut le voir sur la figure 2, il est prévu un doigt 21 qui est logé dans un trou 23 de l'élément cylindrique de base 24 de l'en- tonnoir 10 et qui est maintenu en saillie par un ressort 22, verrouillant ainsi cet élément de base 24 sur une plaque supérieure 25 de la base perma- nente de guidage 9. Lors de l'exécution des opérations de complétion sur le puits, après avoir placé le capuchon 17 sur le carter haute pression 13, un véhicule télécommandé est envoyé jusqu'à la tête de puits pour faire sortir le doigt de verrouillage 21 en actionnant une goupille d'arrêt 26 qui est reliée à une tige 28 de manière à pouvoir être extraite à l'aide d'une pièce de liaison 27, cette tige se terminant elle- même par une poignée 29 sur laquelle agira directement le véhicule télécommandé précité, qui n'est pas représenté. Ainsi qu'on peut le voir aisément d'après la figure 2, il est fixé sur la face inférieure de la plaque supérieure 25 de la base permanen- te de guidage 9 une pièce de support 55 qui est constituée par un bloc pré- sentant un trou à travers lequel passe la tige de la goupille d'arrêt 26, la partie de cette tige qui est située à l'intérieur du trou comportant un filetage mêle 30 qui se visse dans un filetage femelle correspondant 31 ménagé à l'intérieur de ce trou de la pièce de support 35. Lorsqu'on actionne la poignée 29, le mouvement de rotation exercé sur la tige 28 va être transmis à la tige 26 de la goupille d'arrêt, provoquant ainsi une rotation entre les filetages 30 et 31 vissés l'un dans l'autre, de façon à faire tourner et à provoquer ainsi un déplacement sûr en translation de cette goupille d'arrêt 26, de sorte que son extrémité aplatie 32 va appli- quer une pression sur le doigt 21 jusqu'à ce que ce doigt soit totalement extrait du trou 23, son extrémité libre venant affleurer la face extérieure de la pièce 35, ce qui permettra à l'élément cylindrique inférieur 24 de l'entonnoir de guidage 10 de pouvoir se déplacer vers le haut. Une fois le doigt 21 extrait, un outil de retrait (non représenté) est introduit dans le siège de la partie supérieure de l'entonnoir de guidage 10 (détail 12 sur la figure 1), de sorte que, en appliquant une faible traction, on peut désaccoupler cet entonnoir lU et le retirer alors. COmme on peut le voir d'après la figure 3, l'ensemble est alors prêt à recevoir la base de com- plétion qui reposera directement par-dessus la base permanente de guidage 9. Comme on peut le voir d'après la figure 4, une fois que l'enton- noir de guidage 10 a été retiré, la partie supérieure de l'ensemble des bases offre suffisamment d'espace libre pour que la base de complétion 20 (précédemment appelée base de production) descende. Dans le cadre de la présente invention, l'élément de support de cette base de complétion ou production 2u sur les bases maintenant assemblées est constitué par le col- let annulaire extérieur 16 du carter haute pression 13 qui est spécialement conçu à cet effet. Par conséquent, une fois que la base de complétion 20 a été abaissée de manière sûre par-dessus la base permanente de guidage 9 et que les colonnes de guidage 33 ont été mises en place, cette base de com- plétion ou base de forage 20 se trouvant alors dans une position bien déter- minée dans laquelle le raccord 34 de la ligne de production se trouve ainsi bien maintenu, la mise en place de l'arbre de Noël de production humide et de la ligne de production qui reliera l'installation de forage à la surface se trouvera rendue plus aisée, tandis que l'on pourra adopter pour les di- verses dimensions des élémentsaccouplés des valeurs convenables de toléran- ce, sans aucun risque d'endommagement pour les emplacements de jonction. Cela s'avère tout à fait possible si on utilise les enseignements, ainsi que l'appareillage prévus par la présente invention, étant donné que les colonnes de guidage 33 vont maintenant permettre qu'ait lieu un positionne- ment précis des divers autres éléments de l'appareillage, comme par exemple l'arbre de Noël. On remarquera que, avant de descendre ces autres éléments de l'appareillage, guidés par les colonnes 33, on doit retirer le capuchon 17 à l'aide d'un outil télécommandé, ce qui s'effectue d'une manière extrê- mement aisée étant donné que ce capuchon 17 est posé par-dessus le carter haute pression 13, uniquement en étant déposé sur celui-ci, sans faire appel à aucun type de fixation. De même que dans le cas des opérations de forage, ces opérations de mise en place des éléments de complétion et pro- duction s'effectueront à l'aide d'installations flottantes de forage qui sont ancrées. 2610 3 6 6 REVENDICATIONS 1. Procédé permettant d'exécuter en eau profonde des opérations de forage d'un puits de pétrole et de complétion sur ce puits, ce procédé autorisant le démarrage de la production d'un puits de pétrole foré à gran- de profondeur, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à poser, sur la tête de puits, une base provisoire de guidage (1) et une base permanente de guidage (9), y compris un carter haute pression (13), b) à placer un capuchon protecteur (17) par-dessus l'extrémité supérieure (15) de ce carter haute pression (13), c) à déverrouiller un dispositif (11) qui immobilise un entonnoir de guida- ge (10) sur la base permanente de guidage (9), d) à retirer de cette base permanente de guidage (9) cet entonnoir de gui- dage (10), e) à déposer par-dessus le carter haute pression (13) une base de complé- tion ou production (20) pourvue de colonnes de guidage (33), cette base de complétion ou production (20) étant soutenue directement par un collet de forme annulaire (16) du carter haute pression (13), f) à retirer de la partie supérieure (15) de ce carter haute pression (13) le capuchon protecteur (17), g) à déposer par-dessus ce carter haute pression (13) un arbre de Noël de production humide qui est guidé par les colonnes de guidage (33) et h) à brancher la ligne de production sur l'équipement de cet arbre de Noël de production humide. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le capuchon protecteur (17) est déposé par-dessus l'extrémité supérieure libre (15) du carter haute pression (9) à l'aide d'un outil commandé à partir de la surface. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le déverrouillage du dispositif (11) qui immobilise l'entonnoir de guidage (1U) sur la base permanente de guidage (9) s'effectue à l'aide d'un méca- nisme qui est accouplé à cette base permanente de guidage (9) et est actionné à partir de la surface à l'aide d'un véhicule télécommandé. 4. Appareillage permettant d'exécuter en eau profonde des opéra- tions de forage d'un puits de pétrole et de complétion sur ce puits, du type comprenant une base provisoire de guidage (1) qui est posée directe- ment sur le fond de la mer et qui soutient une base permanente de guidage (9) dont est rendu solidaire un carter haute pression (13) pourvu d'un entonnoir de guidage (10), caractérisé en ce qu'il comporte en outre: a) un dispositif de déverrouillage (11) disposé dans la zone d'accouplement 2610 3 6 6 de l'entonnoir de guidage (10) sur la base permanente de guidage (9), b) un capuchon protecteur de guidage (17) placé par-dessus l'extrémité supérieure libre (15) du carter haute pression (13) et, c) une base de production ou complétion (2U) qui est posée directement par-dessus ce carter haute pression (13). 5. Appareillage suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme de déverrouillage (11) qui est constitué d'un doigt (21) logé à l'intérieur d'un trou (23) ménagé dans une section cylin- drique (24) de l'entonnoir de guidage (10), en étant maintenu en saillie à l'aide d'un ressort (22) disposé dans ce trou (23), ainsi qu'un dispositif (29) qui, lorsqu'on le fait tourner, agit sur une goupille d'arrêt (2t) qui, lorsqu'elle tourne en étant guidée grâce à la prise de filetages coo- pérants glissant l'un sur l'autre (30, 31) dont l'un est prévu sur la tige de cette goupille d'arrêt (26), entraîne une traction sur le doigt (21) de façon qu'il sorte du trou (23) et provoque le déverrouillage de la section cylindrique inférieure (24) de l'entonnoir de guidage (1U). 6. Appareillage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le capuchon protecteur (17) est constitué d'une partie supérieure (18) qui est taillée en cône et qui est creuse et soudée sur une partie infé- rieure cylindrique creuse (19), dont l'agencement de l'intérieur lui permet de s'emboîter étroitement par-dessus l'extrémité supérieure (15) du carter haute pression (13), mais de façon à pouvoir être retiré aisément à partir de l'extérieur à l'aide d'un outil. 7. Appareillage suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'une base de production ou complétion (20) est déposée directement par dessus un collet de forme annulaire (16) situé sur l'extérieur du carter haute pression (13).