Brevet FR2639997A1 — publié le 19900608

L'invention concerne un procédé et un appareil de perforation simultanée d'un tubage pour permettre la production à partir de deux ou plus de deux zones de production. L'invention concerne plus particulièrement une entretoise télescopique pour le positionnement convenable de chacune d'au moins deux charges de perforation à l'intérieur d'un tubage, à proximité immédiate de l'une de plusieurs zones de production, laquelle entretoise peut réduire sensiblement son profil lorsqu'on la laisse tomber dans le fond du puits de forage au-dessous des zones de production (ce qui est appelé "avant-trou" ou "trou de rat") après la mise à feu des charges et la libération de l'outil. Dans le forage de puits de pétrole et de gaz, on rencontre souvent une production multizone, c'est-à- dire qu'un puits de forage unique atteint plus d'un réservoir. Une fois que le train entier de tiges de tubage est mis en place, on utilisait dans le passé l'une de deux techniques de perforation pour permettre une communication entre les zones de production et l'intérieur du tubage. Premièrement, la zone la plus basse pouvait être perforée, le puits tué par pompage de boue en fond de trou pour équilibrer la pression des fluides de production, puis la zone inférieure isolée au moyen d'un "packer" ou obturateur annulaire pour permettre à une deuxième charge de perforation (et à des charges suivantes) d'être descendue pour la complétion d'une ou plusieurs zones supplémentaires au-dessus de la première. Ce procédé présente plusieurs inconvénients. Il exige plusieurs descentes dans le trou, ce qui ajoute au temps et au coût de complétion du puits. De plus, une zone de production peut être sensible aux fluides, auquel cas la boue utilisée pour tuer le puits risque de contaminer la formation. En outre, le fait de tuer la zone inférieure non seulement augmente le coût, mais risque de boucher certaines ou la totalité des perforations nouvellement formées à la fois dans le tubage et dans la formation. D'une certaine manière, un tel processus comporte des étapes qui se neutralisent ou sont en conflit, une première étape pour favoriser l'écoulement des fluides, une étape suivante pour zes.reindre (au moins momencanéemcnt) l'éeoulement de ces fluides. Une seconde technique consiste à utiliser plusieurs charges de perforation placées dans la disposi- tion souhaitée par une entretoise intermédiaire. Cette technique a pour avantage de n'exiger qu'une descente d'outil et, si l'outil utilisé peut être rejeté dans l'avant-trou, il n'est pas nécessaire d'exposer le puits à un fluide utilisé pour le tuer, comme cela serait néces- saire si l'outil devait être récupéré. Un inconvénient associé au fait que l'on laisse tomber l'outil utilisé dans l'avant-trou est que le puits de forage doit être foré à une profondeur supplémentaire suffisante audessous de la zone de production la plus basse pour convenir à la totalité de la longueur de l'outil car, autrement, la partie supérieure de l'outil fait obstacle à la pénétration libre des fluides de production dans le tubage. Lorsque l'écartement entre les zones multiples de production augmente, ceci peut ajouter un temps et un coût supplémen- taires importants au forage du puits. Le procédé et l'appareil selon l'invention présentent tous les avantages de la seconde technique sans les inconvénients. L'entretoise utilisée pour positionner les charges perforantes multiples est elle-même un élément à composants multiples. Un premier segment peut recevoir télescopiquement au moins un segment supplémentaire, permettant à l'entretoise d'atteindre par mouvement télescopique une longueur égale à la moitié (ou moins) de l'écartement des charges. Un jeu de goupilles maintient l'écartement souhaité entre les charges sous l'effet d'un piston mobile. Un alésage longitudinal traversant le piston permet le passage du cordeau "Primacord" reliant les diverses charges de perforation. Sous l'effet de la mise à feu des charges de perforation, le piston se dégage en glissant des goupilles qui désolidarisent alors les deux segments, permettant leur repli télescopique lorsque l'outil tombe dans l'avant-trou. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé & titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une coupe axiale détaillée de l'entretoise télescopique pour charges de perforation selon l'invention; la figure 2A est une vue schématique de côté avec coupe partielle montrant l'entretoise télescopique selon l'invention en position avant la mise à feu des charges de perforation; la figure 2B est une élévation schématique avec coupe partielle de l'entretoise télescopique selon l'invention telle qu'elle est configurée après la mise à feu des charges et que l'outil utilisé est tombé dans l'avant-trou; et la figure 3 est une élévation - schématique montrant une entretoise de charges de l'art antérieur, à des fins de comparaison. L'entretoise télescopique pour charges selon l'invention est représentée sur la figure 1 et indiquée globalement en 10. Comme montré, l'entretoise télescopique pour charges comprend un premier tronçon 12 et au moins un autre tronçon 14. Bien qu'il soit avantageux que le tronçon 12 se loge télescopiquement dans le tronçon 14 (pour réduire le risque d'accrochage d'une partie 23 sur la paroi latérale d'un tubage 13 à l'intérieur d'un sondage 11 [figure 2A]), il est évident que le tronçon 14 pourrait être logé télescopiquement dans le tronçon 12. En outre, bien qu'il ne soit représenté que le système télescopique le plus simple à deux éléments, il est évident que trois tronçons ou plus pourraient être utilisés, le troisième tronçon, le plus bas, recevant le tronçon 14 ou bien, en variante, s'y logeant aussi de façon télescopique comme c'est le cas du tronçon 12. Des joints toriques 16, 18 et 20 d'étanchéité sont disposés dans des gorges ménagées dans la surface extérieure d'une partie élargie 21 du premier tronçon 12 et sont comprimés contre l'alésage poli 24 du tubage 13 afin d'empêcher l'entrée de fluides du puits de forage dans l'entretoise 10 de charges. Bien que trois joints toriques d'étanchéité soient représentés, il faut au moins deux de ces joints et on pourrait en ajouter davantage. En variante, on pourrait utiliser à cet effet un type différent de joints d'étanchéité, tel qu'un joint à chevrons. Il est important que les fluides n'entrent pas prématurément dans l'entretoise 10 des charges, pour les raisons indiquées ci-dessous. La partie élargie 21 peut être réalisée d'une seule pièce avec le tronçon 12, par exemple par usinage au tour, ou bien, plus avantageusement, pour des raisons de facilité de fabrication et d'assemblage, la partie 21 peut être formée par un élément sépare qui est vissé sur le tronçon 12, au point représenté en trait tireté sur la figure 1. Quelle que soit sa constitution, la surface supérieure intérieure 32 de la partie 21 est tronconique ou chanfreinée. Une surface chanfreinée complémentaire 34 est formée sur un piston 36. Ce dernier sert à maintenir, par exemple, quatre goupilles 38 de blocage (deux étant représentées) en prise avec les tronçons 12 et 14 de l'entretoise de charges, lesquelles goupilles maintiennent elles-mêmes les tronçons 12 et 14 dans leur position en extension. Les surfaces des goupilles 38 tournées latérale- ment vers l'extérieur sont avantageusement revêtues d'une matière élastomérique élastique comme indiqué en 39, qui sert à aider l'éjection des goupilles 38 au moment approprie. Le piston 36 présente une première extrémité 40 S qui est logée étroitement, mais de façon coulissante, dans la partie supérieure 26 du tronçon 12, et une seconde extrémité 42 qui est logée étroitement, mais de façon coulissante, dans la partie élargie 21 du tronçon 12. L'ajustement est étroit de façon & isoler l'espace 44 afin qu'il puisse rester à une pression P1, inférieure à une pression P2 engendrée par l'entrée de fluides du puits de forage ou par l'à-coup de pression provenant de la charge explosive. La pression P1 peut, par exemple, rester à une valeur égale à celle de la pression atmosphérique à la surface du sondage 11, ou au voisinage de cette pression. Des joints d'étanchéité appropriés (non représentés) peuvent être prévus pour maintenir une différence de pression suffisante entre l'espace 44 et l'intérieur de l'entretoise 10 de charges. Le diamètre extérieur de la seconde extrémité 42 est avantageusement au moins double de celui de la première extrémité 40 afin que la surface du dessous 45 du piston 36 soit égale au moins à quatre fois celle du dessus 41. Ceci assure une force ascendante résultante suffisante due à la différence entre la pression P1 agissant sur la surface 34 et la pression P2 agissant sur la surface 45 pour assurer que le piston se déplace vers le haut. Des vis 46 de blocage peuvent faire saillie latéralement à l'intérieur de la partie élargie 21 pour constituer un siège pour le piston 36 et l'empêcher de se dégager en tombant. Un alésage longitudinal 48 s'étend à travers le piston et constitue un passage permettant à un connecteur électrique ou à une mèche ultrarapide 50 (avantageusement du type "Primacord") de s'étendre entre les première et seconde charges de perforation 52 et 54 (figures 2A). Il est nécessaire que l'intérieur de l'entretoise 10 de charges soit fermé de façon étanche a l'encontre de l'entrée de fluide pour empêcher l'humidité d'affecter le fonctionnement du connecteur 50. Lors de l'utilisation, une rame 60 de tige de production est assemblée, une première rame 62 de charges de perforation rétant raliz de façon amovible à l'extrémité inférieure de la rame 60 de tige par un mécanisme 64 de libération. Un tel mécanisme convenable est disponible auprès de la firme Vann Systems et est décrit comme étant un "dispositif de tir pour libération mécanique". Un tel mécanisme de libération peut être actionné pour libérer la rame 62 de charges par l'un de trois procédés: a) en faisant tomber une barre de libération depuis la surface pour faire partir les charges de perforation et déclencher simultanément un mécanisme de libération mécanique, ou b) si les charges et l'outil de libération sont munis d'une tête d'allumage pouvant être mise en action par pression, en appliquant au tubage 13 une pression qui dépasse une pression prédéterminée de mise à feu des charges, auquel cas l'impulsion de pression qui en résulte déclenche la libération, ou c) les charges peuvent être mises à feu par la mise sous pression du tubage comme dans "b" ci-dessus et le mécanisme 64 de libération peut être actionné par une manoeuvre au câble, d'une manière classique. Des indi- cateurs placés en travers de l'intervalle foré 11 sont utilisés pour identifier les profondeurs des zones de production. La première charge 52 de perforation est placée à proximité immédiate de la zone 15 de production la plus haute et une entretoise 10 de charges, de longueur appropriée, est utilisée pour placer à distance une deuxième charge 54 (et, le cas échéant, d'autres charges suivantes) à proximité immédiate d'une deuxième zone 17 de production (et d'une troisième, etc.). Les première et deuxième charges 52 et 54 de perforation sont inter- connectées par le cordeau "Primacord" 50. Lorsque les charges 52 et 54 ont été convenablement mises en place, un obturateur annulaire ou packer classique 66 est actionné pour fixer leurs positions avant la mise à feu. Une barre-pilon (non représentée) ou un système de mise sous pression du tubage est utilisé, comme décrit ci-dessus, pour mettre & feu les charges de perforation 52 et 54. L'à-coup ou pulsation P2 de pression résultant de la détonation a) amène le piston 36 à s'élever jusqu'à ce que la surface chanfreinée 34 du piston 36 entre en contact avec la surface chanfreinée 32 de la partie élargie 21 et b) peut déclencher le mécanisme 64 de libération (ou bien le mécanisme 64 de libération peut être actionné mécanique- ment comme indiqué précédemment). Dans sa position haute, le piston 36 ne s'oppose plus au mouvement des goupilles 38 de blocage. Par conséquent, la matière élastomérique élastique 39 repousse les goupilles 38 vers l'intérieur dans l'alésage d'entretoise 10 des charges. Dans le cas o les goupilles 38 de blocage -ne sont pas éjectées par l'élastomère 39, les pointes profilées des goupilles 38 sont éjectées par les surfaces chanfreinées des tronçons 12 et 14 lorsque la rame 62 de charges de perforation heurte le fond de l'avant-trou 19, emboîtant télescopiquement le tronçon 12 dans le tronçon 14. Même si la pression P2 s'égalise de par et d'autre du piston 36, lui permettant de tomber avant que les goupilles 38 aient été totalement éjectées, l'élastomère 39 aura poussé les goupilles 38 sur le trajet du piston 36 afin que celui-ci achève le processus d'éjection. L'entretoise télescopique 10 de charges selon l'invention est illustrée schématiquement sur la figure 2B à des fins de comparaison avec la charge de perforation pour zones multiples de l'art antérieur telle que montrée sur la figure 3. Ainsi qu'on peut le voir, l'entretoise télescopique 10 permet au train 62 de charges d'être évacué en étant largué dans l'avanttrou 19 sans gêner de façon quelconque l'entrée de fluides dans le puits de forage à partir de la zone inférieure 17 de production, contraire- ment à l'art antérieur dans lequel la partie supérieure de l'entretoise 10' de charges fait effectivement obstacle à l'entrée de fluides à partir de la zone inférieure 17 de production. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour perforer des zones multiples espacées d'un puits de forage tubé, caractérisé en ce qu'il comporte une première charge (52) de perforation, des moyens destinés a relier de façon amovible la première charge de perforation à l'extrémité inférieure d'une colonne (60) de production, une seconde charge (54) de perforation, des moyens (10) pour fixer la seconde charge de perforation à un intervalle fixe par rapport à la première charge de perforation, cet intervalle fixe étant égal à la distance comprise entre les zones multiples espacées, lesdits moyens de fixation comprenant un premier tronçon d'entretoise télescopique (12), au moins un autre tronçon d'entretoise télescopique (14) qui sont formés de manière que l'un puisse être reçu sensiblement à l'inté- rieur de l'autre, des moyens (38) destinés à maintenir de façon libérable le premier tronçon d'entretoise télescopi- que dans une position d'extension par rapport à l'autre tronçon, des moyens (16, 18, 20) destinés à assurer l'étanchéité entre le premier tronçon d'entretoise et l'autre tronçon d'entretoise pour empêcher l'entrée de fluides, des moyens (64) destinés à libérer mécaniquement les moyens de maintien libérables afin de permettre aux tronçons d'entretoise télescopiques de rentrer télescopi- quement l'un dans l'autre sous l'effet de leur propre poids en coulissant l'un par rapport à l'autre à la suite d'une séparation desdits moyens de liaison, provoquant la chute de l'appareil de perforation dans un avanttrou (19) après que les charges de perforation ont été mises à feu, lesdits moyens de libération mécanique étant réalisés de façon à faire partie de l'appareil de perforation. 2. Appareil de perforation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (66) destinés à isoler par obturation les charges de perforation avant la mise à feu, ces moyens d'obturation étant reliés à l'extrémité inférieure de la colonne de production, au-dessus et à proximité des moyens de liaison détachables. 3. Appareil de perforation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les moyens de maintien libérables comprenneit des goupilles 33. de blocage en prise à la fois avec le premier tronçon d'entretoise télescopique et ledit autre tronçon d'entetoise télescopi- que. 4. Appareil de perforation selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce qu'il comporte un piston (36) cylindrique creux qui, dans une première position, fixe les goupilles de blocage en place avant la mise à feu des charges de perforation. 5. Appareil de perforation selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le piston cylindrique creux présente une surface de tête élargie (45) pouvant être soumise à l'action d'un à-coup de pression d'un fluide à la suite de la détonation des charges de perforation afin que le piston cylindrique creux coulisse vers une seconde position dans laquelle il est dégagé des goupilles de blocage. 6. Appareil de perforation selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens élastiques (39) tendant à dégager les goupilles de blocage du premier tronçon d'entretoise télescopique. 7. Procédé de perforation simultanée de zones multiples espacées d'un puits de forage tubé (11), caractérisé en ce qu'il consiste à relier entre elles plusieurs charges de perforation (52, 54) pour former un train (62) en utilisant au moins deux tronçons d'entretoise télescopiques (12, 14) reliés entre eux par au moins un moyen (38) de maintien libérable, à raccorder ledit train à une extrémité d'une rame de colonne de production (60), une charge de perforation étant suspendue à proximité immédiate de chaque zone à perforer, à mettre à feu les charges de perforation afin de produire une pulsation de pression qui actionne les moyens de maintien libérables afin de permettre aux deux tronçons d'entretoise télescopiques de pénétrer télescopiquement l'un dans l'autre, et à libérer le train de charges de perforation de ladite extrémité de la rame de colonne de production afin que les charges de perforation reliées entre elles tombent dans un avant-trou (19) situé au fond du puits de forage, provoquant l'emboi- tement télescopique des tronçons d'entretoises l'un dans l'autre. 8. Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce que l'étape de mise à feu des charges de perforation consiste à comprimer les fluides du forage pour engendrer ladite pulsation de pression. 9. Procédé selon la revendication 7, carac- térisé en ce que l'étape de mise à feu des charges de perforation consiste à ouvrir un passage jusque dans lesdits tronçons d'entretoise télescopiques afin de permettre l'entrée de fluides du puits de forage afin d'engendrer ladite pulsation de pression.