Brevet FR2666845A1 — publié le 19920320

La présente invention se rapporte à un procédé de conduite d'un forage. Lors du forage d'un puits pétrolier le moteur du train de tiges, qui est monté à la surface, tourne à une vitesse constante d'environ 50-150 tours/minute Cependant, la friction produite entre l'outil de forage et le fond du puits, ou entre les tiges et la paroi du puits, peut provoquer des ralentissements voire même des arrêts périodiques de l'outil Comme, pendant ce temps, le moteur continue à tourner à une extrémité du train de tiges, ce dernier à tendance à se tordre autour de son axe longitudinal jusqu'à ce que la force exercée soit supérieure à l'effet de friction freinant l'outil A ce moment là, le train de tiges se détend et l'outil se remet à tourner pouvant atteindre des15 vitesses de rotation de pointe de l'ordre de 150 à 400 tours/minute Comme les puits suivent souvent des trajets contrariés, le contact entre la garniture et la paroi du puits se produit assez fréquemment. Il est évident que le comportement de l'outil a un effet important sur l'avancement du forage Ainsi il est souhaitable que le maître foreur soit averti des instabilités périodiques de vitesse de rotation de l'outil afin qu'il puisse modifier les paramètres du forage vitesse de rotation du moteur, poids appliqué sur l'outil ou le débit de boue et ainsi assurer une foration optimale. La présente invention a donc pour objet un procédé de conduite d'un forage qui permette de fournir à un utilisateur, de façon simple, des données sur l'état de rotation de la tige.30 Pour ce faire l'invention propose un procédé de conduite d'un forage lors duquel un outil est mis en rotation dans un puits par une tige de forage, le procédé comportant les étapes suivantes: mesure de la vitesse de rotation de l'extrémité supérieure de la tige de façon continue; mesure en continu du couple appliqué à cette extrémité de la tige; recherche de la variation du couple; détermination de la période de variation du couple, si l'amplitude de cette variation dépasse un seuil prédéterminé; vérification de la stabilité de cette période, comparaison, si cette période est stable, de la dite période avec au moins une période théorique prédéterminée; signalisation des résultts obtenus à un utilisateur afin de pouvoir contrôler le forage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence, aux dessins anexés sur lesquels: la Figure 1 est une vue schématique en coupe d'un ensemble de forage; la Figure 2 est un logigramme de certaines étapes du procédé de l'invention; et les Figures 3 A,3 B et 4 montrent chacune des paires de courbes de couple et de vitesse de rotation. Comme représenté sur la figure 1 un ensemble de forage comprend un mât 10 muni, de façon connue en soi, d'un crochet 12 auquel est suspendu un train de tiges, représenté généralement en 14 Le train de tiges 14 comprend un outil de forage 16, des masse-tiges 18 et des tiges de forage 20 formant un ensemble appelé garniture de forage Dans l'exemple illustré le train de tiges 14 est mis en rotation par une table de rotation 22 Toute autre dispositif peut être utilisé La table de rotation 22 est munie d'un capteur 24 de vitesse de rotation et d'un capteur 26 de couple appliqué au train de tiges 14. A partir des données représentant la vitesse de rotation et le couple on peut procéder, selon l'invention, à une détection des instabilités de rotation périodiques. Pour ce faire, il faut procéder aux étapes suivantes: Recherche de la variation du couple: Afin de voir si les variations de couple sont importantes pendant une période de temps donnée, on détermine la différence entre le couple maximum et le couple minimum et on divise ce résultat par le couple moyen Si le résultat de ce calcul est supérieur à 10 % on peut supposer qu'il y a des instabilités périodiques de vitesse de rotation de la garniture. Cette étape est représentée sur la figure 2 par: maxi mini > 10 % Cmoy Un résultat inférieur à 10 % implique une faible variation de couple qui permet d'en déduire qu'il n'y a pas d'instabilité de vitesse de rotation de la garniture Dans ce10 cas le procédé permet de signaler au maitre-foreur qu'il peut maintenir les paramètres de forage. Calcul de la période P: Si la variation du couple est importante, on procède à l'étape suivante du procédé dans laquelle on calcule la période P de la variation du couple Ensuite on est amené à vérifier si cette période P est constante pour un nombre prédéterminé de cycles. S'il s'avère que la période P n'est pas constante on ne peut pas déduire qu'il y a, ou qu'il n'y a pas, d'instabilités de vitesse de rotation Cependant, comme il y a des variations importantes du couple le procédé permet de signaler cette situation au maître-foreur afin qu'il puisse le cas échéant modifier les paramètres de forage. Si la période P est constante on peut passer à l'étape suivante: Comparaison de la période P avec une période théorique: La période théorique Pth est une caractéristique de la garniture utilisée Elle est calculée à partir des modes propres de vibration en torsion de la garniture Comme il y a plusieurs modes propres de vibration, il s'en suit qu'il y a plusieurs valeurs pour Pth que l'on peut appeler Pthl; Pth 2 t On procède, donc, à une comparaison de la valeur P actuelle avec chacune des valeur théoriques prédéterminées afin de voir si la valeur P se trouve dans une plage comprise entre 0,8 et 1,2 fois la valeur de l'une des valeurs théoriques Pth, Si la valeur P se trouve dans une telle plage on peut en déduire qu'il y a des instabilités périodiques de vitesse de rotation Le système permet de signaler ce fait au maître- foreur afin qu'il puisse agir et modifier un ou plusieurs paramètres de forage En revanche, si la valeur P ne se trouve pas dans une telle plage il y a incertitude concernant le comportement du train de tiges Cependant le système permet de signaler cette situation incertaine au maître- foreur afin qu'il puisse modifier les paramètres du forage le cas échéant. Ensuite il convient de procéder à une dernière étape: la caractérisation du phénomène. Cette étape comporte deux parties: le calcul du pourcentage de temps d'arrêt de l'outil et le calcul de la vitesse de rotation maximum de l'outil. Le pourcentage de temps d'arrêt de l'outil %tar est défini par la formule %tar= (temps de récupération-2 x temps de propagation)x 100 Période Le temps de récupération, temps pendant lequel le moteur tourne et l'outil arrêté, est le temps nécesaire au moteur pour vaincre les frottements entre la garniture et le puits. Ce temps est égal à 60 x DN V Rmoy o DN est le nombre de tours de garniture nécessaire pour vaincre les frottements. et VR Moy est la vitesse de rotation moyenne de l'outil. Le temps de propagation est donné par l'expression longueur de la garniture vitesse des ondes dans le matériau de la garniture La vitesse de rotation maximum de l'outil V Rmax V Rmax x VR x 100 ( 100 Otar) o j est un coefficient de profil qui est, par exemple 1,7 pour le premier mode de vibration. Comme représenté sur la Figure 2, la présente invention permet de signaler au maître-foreur, de manière simple, la présence ou l'absence d'instabilités de vitesse de rotation Dans l'exemple illustré un ensemble de voyants, analogue aux feux classiques destinés à régler la circulation routière, est utilisé Tout autre moyen de signalisation, par exemple auditif ou graphique, peut être utilisé.5 Dans l'exemple illustré, un voyant vert indique au maître-foreur qu'il peut maintenir les paramètres du forage, un voyant orange lui laisse le choix de modifier les paramètres, compte tenu du diagnostic incertain, et le voyant rouge lui indique qu'il faut agir activement.10 Les figures 3 A et 3 B sont deux paires de courbes, à une échelle de temps différente, de la variation du couple C et de la vitesse de rotation de l'outil VR avec le temps Les mesures ont été effectuées par un dispositif d'enregistrement disposé au fond du puits Ces mesures permettent de15 visualiser le rapport entre le couple et la vitesse de rotation et de confirmer que ce rapport correspond aux hypothèses sur lesquelles est fondé le procédé selon la présente invention La figure 4 montre de façon plus détaillée la variation du couple et de la vitesse de20 rotation. REVENDICATIONS 1 Procédé de conduite d'un forage lors duquel un outil est mis en rotation dans un puits par une tige de forage, le procédé comportant les étapes suivantes: mesure de la vitesse de rotation de l'extrémité supérieure de la tige de façon continue; mesure en continu du couple appliqué à cette extrémité de la tige; recherche de la variation du couple; détermination de la période de variation du couple, si l'amplitude de cette variation dépasse un seuil prédéterminé; vérification de la stabilité de cette période, comparaison, si cette période est stable, de la dite période avec au moins une période théorique prédéterminée; signalisation des résultats obtenus à un utilisateur afin de pouvoir contrôler le forage. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, si l'amplitude de la variation du couple ne dépasse pas le seuil prédéterminé, on signale à l'utilisateur que les paramètres du forage peuvent être maintenus. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, si la période n'est pas stable ou si la période stable ne correspond pas à une période théorique prédéterminée, on signale cette condition à l'utilisateur afin de lui permettre de modifier les paramètres du forage. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que si la période est stable et correspond à une période théorique prédéterminée, on signale cette condition à l'utilisateur afin qu'il puisse agir activement et modifier les paramètres du forage.