Brevet FR2665481A1 — publié le 19920207

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de stabilisation pour le forage. L'invention est notamment applicable pour effectuer des forages pétroliers en déviation et atteindre un réservoir éloigné d'une plate-forme. Le changement de sens de rotation de la garniture de forage permet de changer la direction prise par outil de forage et ainsi de le guider vers la cible. L'objet principal de l'invention est de permettre une modification géometrique de la garniture de forage pour changer la direction du puits sans ressortir toute cette garniture pour modifier par exemple la position et le diamètre des stabisateurs. On connait déjà des stabilisateurs à diamétre variable : JONES US A4 471 843 à activation par le poids : ANDERSON - SWIETLIK ou activation hydraulique : SMFI - BASE. Ces stabilisateurs représentent l'état actuel de la technique du forage en rotation avec géométrie variable du bas de la garniture de forage pour guider l'outil. Les paramétres de ces techniques n'étant pas fiables dans les puits très inclinés, le diamétre pris par l'outil variable n'est pas connu. Le problème est résolu selon l'invention, en utilisant un paramétre fiable et indiscutable qui est le sens de la rotation de la garniture de forage. Un outil de forage entrainé en rotation à droite par la rotation de la garniture de forage a une tendance à décrire une trajectoire courbe déviée vers la droite. On évite cet inconvénient en prenant une "garde à gauche" c'est à dire une orientation initiale sur la gauche de la trajectoire théorique. Un outil dont les dents des molettes sont conçues pour forer quel que soit les sens de la rotation pourra dévier dans les deux directions opposées. Une garniture de forage dont on peut inverser le sens de rotation peut ainsi décrire une trajectoire proche de la ligne droite en alternant les sections courbes. Les outils de forage ont une tendance naturelle à la déviation que les fabricants ont cherché à combattre. Cette nouvelle technique permettra de réaliser des outils qui auront une tendance naturelle à la déviation acceptée et même encouragée dans les deux sens selon le sens de rotation. Contrôler l'azimut n'a d'intérêt que si on controle aussi l'inclinaison du forage dévié. Pour cela on fait flamber des masses-tiges entre des stabilisateurs de différents diamètre pour faire monter ou descendre l'outil forage. Le stabilisateur à diamètre variable permet de contrôler le flambage des masses-tiges donc l'inclinaison du puits. Le sens de rotation est le paramétre qui permet de changer le diamètre du stabilisateur. Un exemple de réalisation est donné par le dessin annexé (Fig 1). Le corps superieur de l'outil I et le corps inférieur 9 sont maintenus solidaires en translation par la bague 5. Cet ensemble est inséré dans la garniture de forage à proximité de l'outil à guider et relié aux masses-tiges par des filetages pétroliers standard comme tout autre stabilisateur. Les lames 7 du stabilisateur sont fixées au corps par des plaques 6 montées sur ressort. L'écartement des lames spiralées mobiles 7 et donc le diamètre extérieur du stabilisateur est commandé par des cames 8 solidaires du corps inferieur 9 La coupe B-B Fig 3 montre les lames en position sortie. Après rotation du corps inferieur 9 relativement au corps supérieur 1 les cames ne sont plus en contact avec les lames etosous l'action de ressorts ou du contact avec les parois du puits, les lames du stabilisateur se remettent en position rentrée (diamètre minimal). L'accouplement en rotation des corps supérieur 1 et inferieur 9 est réalisé par des butées 3. L'entrainement en rotation du corps inferieur 9 par le corps superieur 1 dans un sens ou dans l'autre mettra les butées dans des positions opposées qui correspondront à des positions opposées des cames 8 par rapport aux lames 7 et donc la réalisation d'un stabilisateur à diamètre variable selon le sens de la rotation. Cet accouplement est régulé hydrauliquement pour éviter les chocs et à coups qui se produisent pendant le forage. Un réservoir 2 mis sous pression par un piston exposé à la pression du débit de forage et muni d'un compensateur de dilatation maintient entre les butées d'accouplement en rotation une pression hydraulique garantissant une stabilité de la position et une bonne tenue mécanique aux coups de couple. Le passage d'une position à la position opposée après changement du sens de rotation ne s' effectue qu' après passage du fluide hydraulique d'une chambre à l'autre par un canal calibré à un diamètre tel que le temps de passage soit de l'ordre d'une dizaine de secondes. Les chocs venant de l'outil contre la formation peuvent créer un couple suceptible de devisser des filetages. On se protegera en incorporant dans la garniture de forage en sa partie inférieure un amortisseur de couple qui pourra être à ressorts, hydraulique ou à deformation d'élèments plastiques, On se protegera aussi en employant des filetages à fort couple de devissage, en soignant la procèdure de vissage, le choix des graisses à particules métalliques et leur coefficient de frottement. I1 existe déjà des filetages à double épaulement adaptés à de telles situations et j'envisage d'en créer de nouveaux specialement adaptés à mes applications. Voici un mode d'utilisation simplifié du procédé et de ses dispositifs. La garniture de forage sera assemblée selon l'expérience de forage dans la région considérée. Le stabilisateur à diamètre variable sera placé en position optinale par rapport à l'outil de forage et par rapport aux autres stabilisateurs pour une action maximale sur la trajectoire de l'outil par flambage des masses-tiges. Cette position optimale permettra en gardant les meilleurs paramètres possibles d'avancement du forage de guider l'outil vers la trajectoire théorique à droite ou à gauche selon le sens de rotation et aussi vers le haut ou le bas selon le diamètre du stabilisateur variable. I1 y aura un sens prioritaire de rotation : géneralement à droite en fonction du sens des filetages de la garniture de forage. L'autre sens de rotation sera utilisé pour les corrections ou les modifications de trajectoire. L'utilisation conjointe d'un outil de forage acceptant les deux sens de rotation et d'un stabilisateur à diamètre variable selon le sens de la rotation permet de réaliser une garniture de forage multidirectionnelle. REVENDICATIONS 1 Procédé de forage dirigé utilisant la technique classique d'entrainement en rotation de l'outil de forage par la garniture tubulaire caractérisé en ce que le sens de la rotation est un paramétre influant sur la direction prise par le puits. 2 Procédé de forage dirigé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'al ternance de phases de forage en rotation à droite et à gauche ayant des ten dances directionnelles différentes en inclinaison et en azimut permet de guider l'outil de forage au plus près de la trajectoire théorique du puits. 3 Dispositif de forage dirigé controlant l'inclinaison des puits connu sous le nom de stabilisateur à diamétre variable actionné par la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le changement du sens de rotation de la garniture de forage entraine le changement du dia métre du stabilisateur sous l'action de cames (8) écartant les lames mobiles spiralées (7); des butées (3) assurant le maintien en position et la trans mission de la rotation entre les corps superieur (1) et inferieur (9). 4 Dispositif de forage dirigé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les butées (3) travaillent dans l'huile pour amortir les chocs et empêcher un debattement du mécanisme lors à coups de couple. Un orifice calibré permet de faire passer le fluide hydraulique d'une chambre (3) à l'autre en quelques secondes lorsque le sens de la rotation est changé. Les chambres sont reliés à un reservoir (2) muni d'un piston compensateur de dilatation. 5 Dispositif de forage selon la revendication 3 caractérisé en ce que la gar niture de forage est protègéedes dévisages, causés par des coups de couple, par un amortisseur de couple inclus dans la garniture de forage type notam ment à ressort, hydraulique ou à déformation d'élèments plastiques. 6 Dispositif de forage pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendica tions 1 et 2 caractérisé en ce que les filetages reliant les élèments tubu laires de la garniture de forage sont choisis de telle manière que leur cou ple de dévissage soit le plus fort possible, notamment parmi la gamme des fi letages à double épaulement. 7 Outils de forage pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisés en ce qu'ils fonctionnent ou forent quel que soit le sens de la rotation qui les entraine. 8 Outils de forage pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisés en ce qu'ils ont une tendance à dévier latéralement d'un coté ou de l'autre selon le sens de la rotation les entrainant afin de suivre la trajectoire théorique du puits en alternant les rotations à droite et à gauche. 9 Filetage de garniture de forage specialement adapté pour un dispositif de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10 Procédé de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caracté risé par l'emploi conjoint de différents dispositifs : outils de forage, stabilisateurs variables, filetages .... adaptés aux deux sens de rotation possibles afin de réaliser une garniture de forage pouvant toujours guider l'outil de forage vers sa trajectoire théorique en inclinaison comme en azimut.