Brevet FR2662207A1 — publié le 19911122

L'invention est relative à un dispositif pour tuber un forage, notamment un puits d'exploration ou d'exploitation pétrolière et un procédé de mise en oeuvre de ce dispositif. Le but dwun forage notamment d'un forage pétrolier d'exploration est d'établir un passage de communication entre la surface et un certain objectif dans le sous-sol. Pour la plupart des puits, le diamètre initial du forage est important, tandis que lorsque le puits est achevé, le passage final de communication est de petit diamètre : la plupart du temps inférieur à 6 pouces (15 cm environ). Le passage est alors de diamètre constant égal à ce petit diamètre final sur toute la hauteur du puits. Pour réaliser cette communication, tout en contenant les pressions rencontrées, des tubages concentriques successifs de plus en plus longs sont descendus et suspendus en surface, puis cimentés en place. Etant donné que chaque tubage doit passer à l'intérieur du précédent, son diamètre extérieur doit être inférieur au diamètre intérieur du précédent et pour obtenir un diamètre final d'accès de 4 à 8 pouces (10 à 20 cm environ), on doit nécessairement démarrer avec un forage de gros diamètre, en l'occurrence 17-1/2 pouces (45 cm environ), et même 26 pouces (66 cm environ) pour les forages en mer. Les procédés actuels nécessitent donc de démarrer de forer en gros diamètre afin de disposer d'un nombre suffisant de tubage pour réaliser le puits avec comme conséquence directe un temps de forage long et les quantités importantes de produits consommables (acier, boues, ciment, etc...) En outre, du fait des diamètres importants des premiers tubages, les épaisseurs sont limitées pour des raisons de poids. En conséquence, leurs capacités à résister à de fortes pressions internes sont limitées et il est nécessaire de couvrir complètement le tubage précédent en suspendant le nouveau tubage en surface afin de pouvoir augmenter leur capacité aux fortes pressions internes au tubage qui augmentent avec la profondeur du puits. La présente invention entend simplifier le tubage des puits, notamment d'exploration en permettant de conserver un diamètre de forage unique sur toute la longueur du puits et un diamètre unique de tubage. A cet effet la présente invention a pour premier objet un dispositif pour tuber un puits de forage par une pluralité de tronçons tubulaires successifs dans lequel chaque tronçon tubulaire comprend: (a) une section de tubage souple fermée à ses deux extrémités, qui, dans un premier état replié, possède un encombrement radial extérieur maximum, inférieur à son diamètre intérieur atteint dans un second état déplié, (b) au moins une conduite de cimentation, s'étendant axialement dans la section de tubage et traversant de manière étanche ses extrémités fermées, (c) un moyen de liaison du volume intérieur de la section de tubage à une source de fluide pour la faire passer par gonflage de son premier à son second état. Afin d'assurer l'étanchéité entre deux tronçons, la section de tubage comporte un diaphragme divisant son volume intérieur en deux volumes superposés, l'un d'eux étant de faible longueur par rapport à l'autre. Afin de préserver un diamètre unique à 1' intérieur du tubage, le volume de plus grande longueur possède, à son extrémité opposée à l'autre volume, une portion de longueur au moins égale à celle de cet autre volume et de diamètre intérieur égal au diamètre extérieur de cet autre volume lorsque ceux-ci sont dans leur second état. En outre, chacun des volumes est équipé d'un conduit de liaison à une source de fluide sous pression. La paroi longitudinale de ladite section de tubage souple est en matériau armé ou renforcé sensiblement inextensible radialement, de sorte que ses caractéristiques soient équivalentes à celles de l'acier. Pour pouvoir retirer facilement la conduite de cimentation, les extrémités et le diaphragme sont frangibles au-delà d'un seuil de pression. De manière préférée, la conduite de cimentation est constituée par une ligne flexible et en un matériau capable de résister aux pressions qu'elle subira en service. Pour assurer un meilleur contrôle de la cimentation, la conduite de cimentation comporte un clapet unidirectionel interdisant le retour du fluide en direction de la source, ce clapet étant réalisé à base de matériaux forables. L'invention a également pour second objet un procédé pour tuber un puits de forage à l'aide du dispositif précédent, qui comprend les étapes suivantes (a) forer à l'élargisseur une portion de puits non tubé, à un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tubage précédemment installé, (b) installer une conduite de cimentation à l'intérieur d'une section de tubage souple, 11 extrémité libre de la conduite débouchant à 11 extérieur d'une extrémité de la section de tubage souple, (c) replier la section de tubage souple autour de la conduite de cimentation pour la placer dans son premier état, (d) descendre la section de tubage souple repliée à l'intérieur du tubage précédemment installé, puis lorsque la totalité de la longueur de cette section de tubage souple repliée est logée dans le tubage installé, dérouler la conduite de cimentation pour placer la section de tubage souple- en dessous de la partie inférieure du tubage précédemment installé; (e) remplir la section de tubage souple avec un fluide pour amener cette section de tubage souple dans son second état, (f) circuler un liquide de scellement à travers la conduite de cimentation, de façon que le liquide remonte dans l'espace annulaire entre la section de tubage souple remplie et la paroi du trou foré; (g) laisser opérer le durcissement du liquide de scellement pour sceller la dite longueur de tubage; (h) détacher et remonter la conduite de cimentation. Dans le cas où il convient d'assureur une étanchéité entre deux tronçons successifs, le procédé de l'invention comprend les étapes suivantes (a) forer à l'élargisseur une portion de puits non tubé à un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tubage précédemment installé, (b) descendre la section de tubage souple dans son premier état dans le tubage précédemment installé de manière que le volume de faible longueur soit introduit en dernier lieu, (c) arrêter la descente de la section de tubage souple repliée de sorte que le volume de faible longueur reste logé dans le tubage précédemment installé, (d) remplir le volume de plus grande longueur pour l'amener dans son second état, (e) circuler un liquide de scellement dans la conduite de cimentation, de façon que le liquide remonte dans l'espace annulaire entre la portion de section de tubage souple remplie et la paroi du trou foré jusque dans l'espace délimité par le tubage précédemment installé et le volume de plus faible longueur dans son premier état, (f) remplir le volume de plus faible longueur pour l'amener dans son second état, (g) laisser opérer le durcissement du liquide de scellement pour sceller la section de tubage, (h) détacher et remonter la conduite de cimentation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe schématique verticale d'un puits montrant la section de tubage, selon la présente invention, rempli après avoir été descendu dans le puits en dessous du précédent tubage, - la figure 2 est une coupe schématique transversale du puits montrant le tubage replié longitudinalement sous vide avec une forme ovoïde en train hêtre descendu à travers un tubage précédent cimenté, - la figure 3 est une coupe schématique transversale du puits représenté à la figure 1; - la figure 4 est une coupe schématique verticale d'un puits montrant la longueur de tubage avec deux volumes inégaux et séparés, le volume de plus faible longueur étant encore replié; - la figure 5 est une coupe schématique verticale d'un puits selon la figure 4 avec le volume de plus faible longueur rempli. Sur la figure 1 un trou 1 est foré à travers le tubage précédent 2, cimenté au précédent trou foré 1' par le ciment 3. Le tubage précédent 2 peut être soit un tubage en acier conventionnel, si c'est le premier tubage, ou bien un tubage selon l'invention. Le tubage en acier est constitué par des tronçons tubulaires de douze mètres environ de diamètre constant assemblés par des connecteurs vissés pour former un tubage de la longueur désirée. La section de tubage 4, conforme à l'invention, est fermée à son extrémité supérieure ou de tete 5 et inférieure ou de fond 6 et sera descendue dans le puits autour d'une conduite de cimentation 7 qui comporte une extrémité inférieure ouverte 8 au travers du fond de tubage 6. Une canalisation de gonflage 9 est reliée à la tete 5 de la section de tubage 4. Dans une variante de réalisation non représentée, le conduit de gonflage est réduit à une dérivation de la conduite de cimentation. Cette dérivation sera de préférence raccordée à la conduite de cimentation dans sa partie intérieure à la section de tubage 4 ou au voisinage immédiat (extérieur) de la tete de la section de tubage, au moyen d'une vanne de distribution trois voies/deux positions ouvrant la dérivation en obturant simultanément la conduite de cimentation ou fermant cette dérivation en maintenant ouverte la conduite 7. La connection de la conduite 7 sera en conséquence sélectivement réalisée à une source de fluide de gonflage et à une source de laitier de cimentation selon que l'on veut gonfler le tubage ou cimenter celui-ci. Sur la figure 2, la section de tubage 4 est représentée dans un premier état, son volume intérieur 10 étant sous vide, de façon que la dimension radiale de cette section de tubage 4 soit inférieure au diamètre intérieur du tubage précédent 2, c'est-à-dire au diamètre intérieur du tubage 4 selon l'invention, dans son second état d'encombrement radial maximum, lorsque le volume intérieur 10 est rempli. Lorsque la section de tubage 4 atteint sa position de mise en place (l'extrémité supérieure 5 étant située sous l'extrémité inférieure du tubage précédent 2), le volume 10 est gonflé par remplissage par la canalisation de gonflage 9, connectée à une source de liquide sous pression non représentée. La figure 3 représente la section de tubage 4, vue en coupe, dans son second état, c'est-à-dire gonflée. Son diamètre extérieur est plus grand que le diamètre intérieur du tubage précédent 2. A ce moment là, un laitier de ciment est injecté à travers la conduite de cimentation 7 et rempli l'espace annulaire 11 entre le tubage et le trou foré. Aux figures 4 et 5, il est représenté une variante avantageuse de réalisation de 11 invention dans laquelle la section de tubage comporte un diaphragme interne 13 divisant le volume intérieur en deux volumes: un volume principal inférieur 14 de grande longueur et un volume réduit supérieur 15 de petite longueur. Les deux volumes ont des canalisations de gonflage indépendantes 16 et 17. La portion inférieure 18 de la paroi de la section de tubage délimitant le volume 14 est de diamètre plus important que le reste de cette paroi, sur une longueur sensiblement identique à la hauteur du volume 15 de plus faible longueur. L'extrémité inférieure ouverte 8 de la conduite de cimentation 7, comporte un clapet unidirectionnel 19 comprenant une bille 20 reposant sur un siège situé à la partie supérieure du corps du clapet 21 et retenue par une barre transversale 22, tous les composants 6, 19, 20, 21 et 22 étant en matériau forable. Juste au dessus du clapet 19, la conduite de cimentation 7 comporte une zone affaiblie 24 pour faciliter sa rupture par traction, après la prise du ciment. La figure 4 illustre le tubage pendant la cimentation. Seul le volume principal 14 de grande longueur de tubage est rempli (dans son second état). La figure 5 illustre le tubage après achèvement de la phase de cimentation, avant la prise du ciment, le volume réduit 15 étant alors rempli et mis en pression pour s'appliquer fortement sur la partie inférieure élargie 23 du tubage précédent 2 (qui correspond à la portion 18 du tubage 4 selon l'invention). Pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention, les sections de tubage 4 sont stockées, dans leur premier état, repliées sous vide autour de la conduite 7 de cimentation, sur une bobine. Pour éviter des rayons de courbure trop petits, de la baryte ou équivalent sera introduite dans le tubage lors de sa mise sous vide. Cette baryte aura également pour fonction d'alourdir le tubage replié pour combattre la poussée d'Archimède lorsqu'il sera descendu dans la boue du puits. Le puits est préparé pour être tubé et le tubage souple, replié, est descendu à travers le tubage 2 précédemment cimenté. Dans le cas de la figure 1, la section de tubage 4 est entièrement placée sous le tubage précédent 2. Dans le cas des figures 4 et 5, la descente de la section de tubage souple est arrêtée lorsque le volume supérieur de plus faible longueur 15 est situé au niveau de la portion inférieure élargie 18 ou 23 du tubage précédent. Pour obtenir cet arrangement, il faut, bien entendu avoir pris la précaution d'introduire le tubage de sorte que le volume 15 soit en partie supérieure. On procède ensuite au remplissage du volume principal 14 qui passe ainsi de son premier état replié à son second état, gonflé, dans lequel il prend une configuration cylindrique rigide, et ceci avec de la boue d'une densité identique à la boue du puits pour éviter le flottage de la section de tubage. Ensuite un laitier de ciment est refoulé dans la conduite 7 pour remonter dans l'espace annulaire 11 entre le puits et l'extérieur du tubage. Lorsque le laitier arrive dans l'espace annulaire entre les deux tubages 2 et 15, on procède au remplissage et à la mise en pression avec de la boue du volume de faible longueur 15. La paroi de ce volume est ainsi fortement appliquée sur la surface intérieure de l'extrémité inférieure du précédent tubage, réalisant ainsi une étanchéité autoclave. Lorsque le ciment est pris, on retire la conduite 7 par traction en provoquant sa rupture au niveau de la zone 24 et en augmentant la pression de gonflage des volumes 14 et 15 pour rompre les parties les plus faibles de leur paroi, c'est-à-dire les extrémités supérieures 5, 25 et le diaphragme 13. On peut alors reprendre le forage avec un outil de même diamètre On donnera ci-après un exemple de réalisation chiffré de l'invention. C'est ainsi que l'on peut commencer de forer directement au diamètre de 8,5 pouces (200 mm environ) pour un passage final environ 6 pouces (150 mm environ). La section de tubage aura un diamètre extérieur rempli de 7 pouces (environ 175 mm), mais replié longitudinalement sous vide sa section radiale sera de forme ovoïde avec une largeur approximative de 5 pouces 3/8 (136 mm) dans un sens et 4 pouces 1/4 (106 mm) dans l'autre sens. La section de tubage comprendra une conduite de cimentation interne de 2 pouces (50 mm) de diamètre en ligne flexible de haute pression qui résistera à la pression extérieure de remplissage du tubage. L'ensemble de la section de tubage pourra alors être stockée sur une bobine qui pourra contenir jusqu'à 1 800 mètres sur une bobine de 4,20 mètres de diamètre et 2,50 mètres de largeur. La paroi longitudinale du tubage souple (à l'exception des fonds et du diaphragme) sera avantageusement armée ou renforcée par des câbles métalliques ou des fibres hautes performances de façon que l'épaisseur soit similaire à celle d'un tubage acier de capacité en pression équivalente et que le diamètre nominal après remplissage soit pratiquement inextensible sous l'effet de la pression interne. Le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est donné qu'à titre d'exemple non limitatif et d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour tuber un puits de forage par au moins un tronçon tubulaire caractérisé en ce que ce tronçon tubulaire comprend: (a) une section de tubage souple (4) fermée à ses deux extrémités (5, 6), qui, dans un premier état replié, possède un encombrement radial extérieur maximum inférieur à son diamètre intérieur atteint dans un second état déplié, (b) au moins une conduite (7) de cimentation, s'étendant axialement dans la section de tubage et traversant de manière étanche ses extrémités fermées (5, 6), (c) un moyen de liaison du volume intérieur de la section (4) de tubage à une source de fluide pour la faire passer par gonflage de son premier à son second état. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de liaison est constitué par un conduit (9) séparé reliant la section (4) de tubage à la source de fluide. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de liaison est constitué par une dérivation de la conduite de cimentation (7), raccordée à cette dernière par une vanne trois voies située au voisinage de la section de tubage (4). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de tubage comporte un diaphragme (13) divisant son volume intérieur en deux volumes (14, 15) superposés, l'un d'eux (15) étant de faible longueur par rapport à l'autre (14). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le volume de plus grande longueur (14) possède, à son extrémité opposée à l'autre volume (15), une portion (18) de longueur au moins égale à celle de cet autre volume et de diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre extérieur de cet autre volume lorsque ceux-ci sont dans leur second état. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que chacun des volumes (14, 15) est équipé de moyens indépendants de liaison (16, 17) à une source de fluide. 7. Dispositif selon lune des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la paroi longitudinale de ladite section de tubage souple est en matériau armé ou renforcé sensiblement inextensible radialement. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les extrémités (5, 6) et le diaphragme (13) sont frangibles au-delà d'un seuil de pression. 9. Dispositif selon lune des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la dite conduite de cimentation (7) est constituée par une ligne flexible. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la dite conduite de cimentation comporte un clapet unidirectionel (19) interdisant le retour du fluide en direction de la source, ce clapet étant réalisé à base de matériaux forables. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la conduite de cimentation (7) comporte une zone de rupture (24) située à l'intérieur de la section de tubage souple et proche de l'une de ses extrémités. 12. Procédé pour tuber un puits de forage à l'aide du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes (a) forer à l'élargisseur une portion de puits (1) non tubé, à un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tubage (2) précédemment installé, (b) installer une conduite de cimentation (7) à l'intérieur d'une section de tubage souple (4), l'extrémité libre de la conduite débouchant à l'extérieur d'une extrémité (6) de la section de tubage souple, (c) replier la section de tubage souple (4) autour de la conduite de cimentation (7) pour la placer dans son premier état, (d) descendre la section de tubage souple (4) repliée à l'intérieur du tubage (2) précédemment installé, puis lorsque la totalité de la longueur de cette section de tubage souple repliée est logée dans le tubage installé, dérouler la conduite de cimentation (7) pour placer la section de tubage souple en dessous de la partie inférieure du tubage (2) précédemment installé; (e) remplir la section de tubage souple avec un fluide pour amener cette section de tubage souple dans son second état, (f) circuler un liquide de scellement à travers la conduite de cimentation, de façon que le liquide remonte dans l'espace annulaire entre la section de tubage souple remplie et la paroi du trou foré; (g) laisser opérer le durcissement du liquide de scellement pour sceller la dite longueur de tubage; (h) détacher et remonter la conduite (7) de cimentation. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les phases d'installation de la conduite de cimentation (7) dans la section de tubage (4) et le repliage de cette section sur la conduite sont réalisées de manière indépendante. 14. Procédé pour tuber un puits de forage à l'aide du dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes (a) forer à l'élargisseur une portion (1) de puits non tubé à un diamètre supérieur au diamètre intérieur du tubage (2) précédemment installé, (b) descendre la section de tubage souple (4) dans son premier état dans le tubage (2) précédemment installé de manière que le volume de faible longueur (15) soit introduit en dernier lieu, (c) arrêter la descente de la section de tubage souple repliée de sorte que le volume de faible longueur (15) reste logé dans le tubage (2) précédemment installé, (d) remplir le volume de plus grande longueur (14) pour l'amener dans son second état, (e) circuler un liquide de scellement dans la conduite de cimentation (7), de façon que le liquide remonte dans l'espace annulaire entre la portion de section de tubage souple remplie et la paroi du trou foré jusque dans l'espace délimité par le tubage (2) précédemment installé et le volume de plus faible longueur (15) dans son premier état, (f) remplir le volume de plus faible longueur (15) pour l'amener dans son second état, (g) laisser opérer le durcissement du liquide de scellement pour sceller la section de tubage, (h) détacher et remonter la conduite de cimentation (7).