Brevet FR2616568A1 — publié le 19881216

INSTRUMENT DE VISUALISAnON DE LA TRAJECTOIRE FUTURE WN PUITS EN COURS DiS FORAGE L'invention concerne l'étude de la trajectoire future d'un puits en cours de forage directionnel. Actuellement, des ordinateurs peuvent fournir aux opérateurs de forage de nombreux renseignemnets au fur et à mesure du déroulement d'une opération de forage. Cette procédure, qui est lourde, n'est en fait pas utilisée toutes les fois qu'unie décision devrait être prise et elle ne donne pas aux opérateurs une vue claire et rapide de la situation. De plus, les opérateurs n'ont pas toujours un ordinateur à leur disposition, notamment sur les chantiers. Un objectif de l'invention est de fournir aux opérateurs de forage un instrument d'utilisation simple leur permettant à tout moment de voir, de manière très concrète, comment se situe la trajectoire future du puits en cours de forage par rapport à la trajectoire prévue et de prendre une décision relativement à l'assemblage de fond de puits (BHA) comprenant un outil de forage et des masses-tiges, disposé au bas de la garniture de forage : peut-on poursuivre le forage avec le même assemblage jusqu'à usure complète de l'outil de forage ou doit-on procéder au remplacement de cet assemblage et par quel nouvel assemblage, afin de réduire autant que possible le nombre total de manoeuvres de la garniture de forage ? On a trouvé selon l'invention que cet objectif pouvait être atteint au moyen d'un instrument de visualisation de la trajectoire future de l'assemblage de fond de puits d'une garniture de forage, destiné à être appliqué sur le support d'un graphe de suivi de la trajectoire d'un puits en cours de forage, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque transparente sur laquelle est tracé, à partir d'un point d'origine, au moins un faisceau d'arcs de cercle, de rayons différents, tangents en ce point d'origine à un même axe d'inclinaison, qui représentent des trajectoires possibles d'assemblages de fond de puits et au droit desquels sont portées des inscriptions indiquant la courbure de chacune de ces trajectoires pour une échelle donnée de représentation, ladite plaque étant munie de repères permettant de déterminer l'inclinaison dudit axe d'inclinaison par rapport à une direction de référence quelconque choisie sur ledit support. En appliquant cette plaque transparente sur ce support, on a immédiatement une vision claire de l'extrapolation du graphe déjà tracé en considérant celui des arcs de cercle dudit faisceau qui correspond à l'assemblage de fond de puits déjà monté sur la garniture de forage et, si cette extrapolation du graphe ne paraît pas bonne pour atteindre la cible fixée, on peut immédiatement rechercher parmi les autres arcs de cercle du faisceau, celui qui serait préférable et déterminer, par conséquent, le nouvel assemblage de fond de puits qu'il conviendrait de monter sur la garniture de forage. La plaque transparente de l'instrument de visualisation est avantageusement percée de trous, ponctuels ou en forme de fentes, répartis le long des arcs de cercle dudit faisceau afin que l'on puisse ébaucher le tracé de l'un ou de plusieurs de ces arcs de cercle sur ledit support de graphe à travers la plaque transparente. Lesdites inscriptions indiquant les courbures des trajectoires pour une échelle donnée sont de préférence portées par des réglettes amovibles aptes à être tenues par l'instrument de visualisation en un emplacement déterminé au bord de ladite plaque transparente, soit au recto de cet instrument, soit au verso de celui-ci, soit simultanément au recto et au verso de l'instrument. L'utilisation de l'instrument de visualisation est facilitée en prévoyant, le long des arcs de cercle du faisceau, des traits divisionnaires espacés de manière régulière et délimitant sur ces arcs de cercle une succession d'intervalles unitaires de longueur constante. L'instrument de visualisation se présente avantageusement sous la forme d'une première partie transparente rectangulaire sur laquelle sont tracés deux faisceaux d'arcs de cercle respectivement de part et d'autre d'un axe d'inclinaison s'étendant dudit point d'origine qui est le milieu d'un premier petit côté du rectangle jusqu'au milieu du deuxième petit côté du rectangle, lesdites réglettes s'appliquant sur les grands côtés et ledit deuxième petit côté du rectangle et d'une deuxième partie contiguë audit premier petit côté et graduée en rapporteur d'angle dont le centre coïncide avec ledit point d'origine pour définir l'inclinaison dudit axe d'inclinaison par rapport à une direction de référence dudit support. Dans une version simplifiée de Itinstrument de visualisation, ladite plaque transparente, de forme rectangulaire, comporte un faisceau d'arcs de cercle tracé avec ledit axe d'inclinaison coïncidant avec un premier des grands côtés du rectangle et ledit point d'origine se trouvant à l'intersection dudit premier grand côté et d'un premier des petits côtés du rectangle, tandis que sur les deux autres côtés du rectangle sont prévues une première bande destinée à recevoir les réglettes amovibles et une deuxième bande munie de graduations qui coopèrent avec ledit point d'origine pour définir l'inélinaison dudit axe d'inclinaison par raport à une direction de référence dudit support. On va décrire des exemples de réalisation de l'instrument de visualisation et d'utilisation de celui-ci, à titre non limitatif, en se référant au dessin joint dans lequel: la Fig l et la Fig 2 représentent en élévation deux exemples de cet instrument; la Fig 3 représente un graphe de suivi de trajectoire et son support; et les Fig 4 à 7 montrent quatre exemples de superposition de l'instrument à ce graphe. La Fig l représente, vu de face, un premier exemple d'instrument de visualisation l avec une réglette complémentaire amovible 2 vue en perspective, des flèches 3 indiquant la manière dont cette réglette vient s'insérer dans l'instrument de visualisation I pour le compléter. Cet instrument de visualisation I se présente sous la forme d'une plaque en un matériau plastique transparent, par exemple, en métacrylate de méthyle, sur laquelle ont été tracés, à partir d'un point d'origine 0, deux faisceaux d'arcs de cercle 4 et 5 tangents en 0 entre eux et à un axe d'inclinaison 6 qui forme aussi un axe de symétrie pour l'instrument l et s'étendant vers le bas. La partie de l'instrument l qui est inférieure au point d'origine 0 et porte la référence 7 a la forme générale d'un rectangle en matériau transparent avec sur trois côtés une bordure, comprenant deux bandes parallèles latérales 8 et 9 et une bande inférieure 10, qui peuvent être opaques et qui sont destinées à recevoir des réglettes telles que la réglette 2, la réglette 2 venant s'appliquer sur la bande 8 et la partie gauche de la bande 10, tandis qu'une réglette analogue peut venir s'appliquer sur la bande 9 et la partie droite de la bande 10. Ces réglettes peuvent être autocollantes ou venir se glisser sur le bord de l'instrument l et peuvent être installées au recto et au verso de l'instrument l. La partie 11 de l'instrument l située au-dessus du point d'origine 0 a la forme en demi-cercle d'un demi-rapporteur gradué par exemple en degrés. Cette partie 11 permet de déterminer de manière précise l'inclinaison de l'axe 6 par rapport à une direction de référence, par exemple la verticale. Sur chaque arc de cercle du faisceau 4 et du faisceau 5, on a marqué des traits divisionnaires à espacement constant 12 divisant chaque arc de cercle en une succession de tracés sur intervalles constants (tics) 13 correspondant à des longueurs forées unitaires. Une unité de longueur est choisie pour les arcs de cercle du faisceau 4, d'une part, et pour les arcs de cercle du faisceau 5, d'autre part.On peut soit choisir la même unité de longueur pour les arcs de cercle de ces deux faisceaux, I'intérêt d'avoir deux faisceaux pouvant résider alors dans la possibilité de tracer un plus grand nombre d'arcs de cercle, soit choisir une unité de longueur différente, de manière à pouvoir utiliser le même instrument de visualisation I avec deux catégories de supports de graphes de suivi de trajectoires, dans lesquelles on a respectivement adopté l'une ou l'autre de deux unités de longueur pour la graduation du support. On remarquera à cet égard que l'instrument de visualisation l peut être utilisé sur l'une ou sur l'autre de ses deux faces plates, les arcs de cercle étant visibles d'un côté et de l'autre. La longueur des tics 13 est une fraction ou un multiple de l'unité de longueur choisie. On a représenté sur la Fig l quelques trous de décalquage répartis le long de certains des arcs de cercle. Ces trous de décalquage peuvent être des trous ponctuels 14, comme on l'a représenté sur le faisceau 5 ou des fentes 15 s'étendant le long des arcs de cercle comme on l'a représenté sur le faisceau 4. Dans le cas de trous ponctuels 14, ces trous peuvent notamment délimiter entre eux les tics 13 définis précédemment. Bien entendu, si l'instrument de visualisation 1 comporte des trous de décalquage, ceux-ci sont pratiqués sur tous les arcs de cercle d'un faisceau et un faisceau 4 ou 5 peut comporter un grand nombre d'arcs de cercle, la Fig l ayant été simplifiée pour la rendre plus facilement lisible. Le tracé des arcs de cercle d'un faisceau 4 ou 5 étant effectué avec la même unité de longueur que l'unité de longueur adoptée pour la graduation du support de graphe de suivi de trajectoire avec lequel on doit l'utiliser, il faut aussi tenir compte du facteur d'échelle de ces graphes. Comme ce facteur d'échelle peut être assez varié, on a adopté un système de réglettes amovibles 2 qui permet une adaptation rapide de l'instrument de visualisation 1 à tous les cas pouvant être rencontrés en pratique. Sur une réglette telle que la réglette 2, on a indiqué la longueur d'un tic 13 et le facteur d'échelle, par exemple : 1 cm = 150 m, ce qui signifie que l'unité de longueur choisie pour le faisceau d'arcs de cercle 4 auquel cette réglette peut être associée, ainsi que pour la graduation du support du graphe de suivi de la trajectoire du puits auquel le faisceau 4 de l'instrument de visualisation 1 peut être superposé est le centimètre et que cette unité de longueur correspond à 150 m de longueur forée.Sur cette même réglette sont portées, en étant lisibles des deux côtés de l'instrument de visualisation I, les indications de la courbure de la trajectoire future de la garniture de forage, par exemple en degrés de variation d'angle par dix mètres de longueur forée et en degrés par longueur forée unitaire, de 50 m dans cet exemple, représentée par les tics 13, à des emplacements qui se trouvent en face des arcs de cercle du faisceau 4 quand la réglette 2 est mise en place sur l'instrument de visualisation. La Fig 1 n'a pas été dessinée à l'échelle indiquée sur la réglette 2, mais, d'après les indications portées sur la réglette 2, les cinq arcs de cercle représentés à gauche de cette figure auraient, en fait, été tracés avec des rayons tels qu'à une longueur forée (de 150 m) représentee sur ces arcs de cercle par une longueur de 1 cm, corresponde une déviation de 7,50 - 60 - 4,50 - 30 et 1,5 , respectivement, les traits divisionnaires 12 étant tracés à des intervalles constants d'une longueur de 1/3 cm (correspondant à une longueur forée de 50 m). La partie droite de la Fig lest réalisée de manière analogue, mais avec une unité de longueur différente choisie pour le faisceau d'arcs de cercle 5. Des réglettes analogues à la réglette 2 peuvent venir se placer sur la bande 9 et la portion droite de bande 10 et comporter divers facteurs d'échelle donnant la correspondance entre cette unité de longueur et des longueurs forées exprimées dans un système d'unités identique ou différent. Sur la Fig 2, l'instrument de visualisation 1 comporte une plaque transparente rectangulaire 16 sur laquelle l'axe d'inclinaison est. défini par un premier 17 des deux grands côtés 17, 18 du rectangle et le point d'origine 0 par l'intersection de ce côté 17 et d'un premier 19 des deux petits côtés 19, 20 du rectangle. Une bande 21 longeant les côtés 18 et 20 est prévue pour recevoir une réglette, telle que la réglette 2 et une bande 22 longeant la bande 21 est munie de graduations qui, reliées au point d'origine 0, définissent des directions angulaires relatives au côté 17 permettant de définir la position angulaire de ce côté 17 par rapport à une direction de référence avec laquelle on fait coincider l'une de ces directions angulaires. Sur la Fig 3, on a représenté un support 23 de graphe de suivi de la trajectoire d'un puits en cours de forage. Ce support peut être constitué par une feuille de papier graduée selon une unité de longueur, par exemple en centimètres, représentant un plan vertical et contenant un point 24 représentant la cible visée et un point 25 représentant le point de départ d'un puits de forage devant atteindre cette cible. Sur ce support 23 on a tracé à partir du point 25 un axe horizontal H et un axe vertical P gradués en une unité, par exemple le mètre, choisie pour les grandeurs vraies respectivement du déport horizontal et de la profondeur verticale. On a également représenté la trajectoire planifiée 26 avec des points 27 à 31 correspondant à des changements de diamètre du trou foré.On voit en 32 une courbe représentant la trajectoire réelle du puits qui, à l'instant considéré, a abouti au point courant 33. Les Fig 4 à 7, qui représentent à plus petite échelle un support 23 analogue au support de la Fig 3, montrent des exemples de superposition à ce support d'un instrument de visualisation 1 tel que celui de la Fig 1. Dans le cas des Fig 4 et 5, le point d'origine 0 de l'instrument de visualisation a été appliqué sur le point courant 33 de la trajectoire réelle. On a supposé que l'angle d'inclinaison du puits à l'extrémité inférieure du forage était alors de 350. La graduation 350 de l'instrument 1 a ainsi été alignée avec la verticale au point 33 par pivotement de l'instrument 1 autour du point 0 qui est resté en permanence superposé au point 33. L'axe d'inclinaison 6 de l'instrument 1 est alors tangent à la courbe 32 représentant la trajectoire réelle du puits au point 33 et tous les arcs de cercle tracés sur l'instrument 1 sont aussi tangents à cette courbe 32, de sorte que l'on peut utiliser pour extrapoler la courbe 32 l'un quelconque des arcs de cercle du faisceau 4 ou 5 correspondant au système d'unités de longueur adopté pour le support 23 et décider ainsi de l'assemblage de fond de puits devant être monté sur la garniture de forage. On a représenté sur la Fig 4 en 34 l'arc de cercle qui a été choisi et qui correspond à une trajectoire dont l'inclinaison va en diminuant à partir du point courant 33 tandis que sur la Fig 5 l'arc de cercle choisi 35 correspond à une trajectoire à inclinaison croissante. On passe d'une trajectoire à inclinaison décroissante à une trajectoire à inclinaison croissante au moyen de l'instrument de visualisation 1 en le retournant, du fait qu'il est transparent et réversible. Sur les Fig 6 et 7, on a montré comment on pourrait rechercher une trajectoire passant exactement par le centre de la cible. Pour cela, on a superposé le point d'origine 0 de l'instrument 1 au point 24 représentant la cible et on a fait pivoter l'instrument I jusqu'à trouver un arc de cercle de l'instrument 1 se plaçant dans le prolongement de la courbe 32. L'arc de cercle 36 choisi sur la Fig 6 correspond à une trajectoire à inclinaison décroissante tandis que l'arc de cercle 37 choisi sur la Fig 7 correspond à une trajectoire à inclinaison croissante. Les trous de décalquage permettent de tracer sur le support 23 une extrapolation de la courbe 32 représentant la trajectoire. En comptant le nombre de tics 13 sur l'arc de cercle choisi sur l'instrument 1, on peut décider de la longueur supplémentaire à forer avant de changer l'assemblage de fond de puits. De plus, comme la courbure de chaque trajectoire est indiquée, il est facile en comptant le nombre de tics 13 de prévoir l'inclinaison au point de changement de l'assemblage de fond de puits. Ayant ainsi extrapolé la position et l'inclinaison qu'aura l'extrémité inférieure de la garniture de forage au moment du prochain changement d'assemblage de fond de puits, on peut partir de cette position et de cette inclinaison pour extrapoler la position et l'inclinaison de cette extrémité inférieure à la fin de l'utilisation du prochain assemblage de fond de puits. On peut donc effectuer une pluralité d'extrapolations de manière séquentielle. REVENDICATIONS 1- Instrument de visualisation de la trajectoire future de l'assemblage de fond de puits d'une garniture de forage, destiné à être appliqué sur le support d'un graphe de suivi de la trajectoire d'un puits en cours de forage, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque transparente (7, 16) sur laquelle est tracé, à partir d'un point d'origine (0), au moins un faisceau (4, 5) d'arcs de cercle, de rayons différents, tangents en ce point d'origine à un même axe d'inclinaison (6, 17), qui représentent des trajectoires possibles d'assemblages de fond de puits et au droit desquels sont portées des inscriptions (2) indiquant la courbure de chacune de ces trajectoires pour une échelle donnée de représentation, ladite plaque étant munie de repères (11, 22) permettant de déterminer l'inclinaison dudit axe d'inclinaison par rapport à une direction de référence quelconque choisie sur le support du graphe de suivi de la trajectoire du puits. 2- Instrument de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est percé de trous (14, 15) répartis le long des arcs de cercle dudit faisceau (4, 5): 3- Instrument de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il porte le long des arcs de cercle dudit faisceau (4, 5) des traits divisionnaires (12) espacés de manière régulière et délimitant sur ces arcs de cercle une succession d'intervalles unitaires de longueur constante (13). 4 - Instrument de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites inscriptions sont portées sur des réglettes amovibles (2) aptes à être tenues par l'instrument de visualisation en un emplacement déterminé (8, 9, 10, 21) au bord de ladite plaque transparente (7, 16), sur l'un au moins des deux côtés: recto et verso de cet instrument. 5 - Instrument de visualisation selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend une première partie transparente rectangulaire (7) sur laquelle sont tracés deux faisceaux d'arcs de cercle (4, 5) respectivement de part et d'autre d'un axe d'inclinaison (6) qui s'étend dudit point d'origine (0) situé au milieu d'un premier petit côté du rectangle jusqu'au milieu du deuxième petit côté du rectangle, lesdites réglettes (2) s'appliquant sur les grands côtés (8, 9) et ledit deuxième petit côté (10) du rectangle et d'une deuxième partie (11) contigue audit premier petit côté et graduée en rapporteur d'angle dont le centre colncide avec ledit point d'origine, pour constituer lesdits repères permettant de déterminer l'inclinaison dudit axe d'inclinaison. 6- Instrument de visualisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que, sur ladite plaque transparente (16), de forme rectangulaire, l'axe d'inclinaison comcide avec un premier (17) des grands côtés (17, 18) du rectangle et ledit point d'origine est à l'intersection dudit premier grand côté (17) et d'un premier (19) des petits côtés (19, 20) du rectangle, tandis que sur les deux autres côtés (18, 20) sont prévues une première bande (21) destinée à recevoir les réglettes amovibles (2) et une deuxième bande (22) munie de graduations coopérant avec ledit point d'origine (0) pour constituer lesdits repères permettant de déterminer l'inclinaison dudit axe d'inclinaison.