Brevet FR2690481A1 — publié le 19931029

DISPOSITIF DE REGULATION DE LA PRESSION DANS LES ANNULAIRES D'UN PUITS PETROLIER. La présente invention a trait aux tubages utilisés dans les puits pétroliers à production offshore utilisant des têtes de puits sous-marines. De façon connue en soi, le forage d'un puits pétrolier steffectue par forage de tronçons successifs on fore tout d'abord une premier tronçon dans lequel on met en place un premier tubage ou tubage externe que lton cimente à la paroi de puits, puis on perce un deuxième tronçon de puits dans le prolongement du premier et ayant un diamètre inférieur à celui du tubage externe. On fait ensuite passer à travers celui-ci un second tubage ou tubage interne, de plus faible diamètre et qui s'étend depuis le fond du second tronçon de puits jusqu'à la surface du sol. On cimente ensuite le tubage interne à la paroi du second tronçon de puits et l'on fait remonter le ciment jusque dans la partie inférieure de l'espace annulaire (ou plus concisément "annulaire") compris entre les deux tubages.De la même façon, on peut forer plusieurs tronçons de plus en plus profonds, dans lesquels on introduit et cimente des tubages de diamètres de plus en plus faibles. La partie non cimentée de tous les annulaires est rendue étanche en installant à la tête du puits une étanchéité mécanique. Au moment de la mise en place de cette étanchéité, du fluide de forage ou de l'eau se trouve piégé dans tous les annulaires. Pendant le forage du puits, l'élévation de température dans les annulaires est relativement faible, de sorte que la pression y reste modérée. Par contre, pendant la production, le pétrole chaud provoque une élévation importante de la température du fluide piégé et donc son expansion et une augmentation de la pression, laquelle peut atteindre la valeur critique d'éclatement ou d'écrasement des tubages. Dans les forages de puits terrestres, il est possible de ramener la pression à une valeur acceptable en prévoyant en tête de puits des vannes purgeuses qui laissent évacuer le volume de fluide correspondant à l'expansion du fluide. Mais dans le cas de puits offshore cela est naturellement impossible. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient et elle prévoit à cet effet de disposer tout le long de chaque annulaire une succession d'éléments susceptibles de se comprimer sous l'action de l'augmentation de la pression interne dans l'annulaire. Lorsqu'il se produit une expansion de fluide dans les annulaires entre le moment de l'installation de l'étanchéité mécanique de la tête de puits et le moment où le puits se met à produire, lesdits éléments se compriment et se réduisent en volume, ce qui permet de maintenir au sein du fluide une pression d'équilibre supportable par les tubages. Lesdits éléments sont réalisés en tout matériau compressible, par exemple en matière thermoplastique alvéolaire, telle que la mousse de polyuréthane, de polyéthylène ou de polystyrène. Selon les conditions d'utilisation, et en particulier la température maximale que peut atteindre le fluide piégé, on optimise la composition de la mousse pour qu'elle puisse absorber l'augmentation de volume du fluide piégé Selon un premier mode de réalisation, les éléments sont constitués par des coquilles en forme de fraction de cylindre, par exemple en semi-cylindre, en quart ou tiers de cylindre, et ont un diamètre intérieur égal au diamètre extérieur du tubage interne et un diamètre extérieur voisin du diamètre intérieur du tubage externe. Les coquilles sont fixées sur le tubage interne et descendues avec lui à travers le tubage externe. Elles sont disposées de manière à laisser libre entre elles des passages pour permettre la circulation des fluides lors de la mise en place du tubage interne et pendant la phase de cimentation. Avantageusement, les coquilles occupent la moitié de la périphérie de chaque espace annulaire et s'étendent sur environ 75 à 80% de la longueur libre du tubage interne, une longueur étant laissée libre pour la table de tubage, pour l'élévateur et pour l'emplacement des clés de vissage. L'invention sera décrite à présent en regard du dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un puits de forage équipé d'éléments compressibles selon un premier mode de réalisation de l'invention La figure 2 est une vue agrandie de la figure 1 ; et La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2 Dans la description qui va suivre, on supposera pour simplifier que le puits ne comporte que deux tronçons et deux tubages, mais il sera aisé d'étendre la description au cas pratique où le puits comporte plusieurs tubages concentriques. Sur la figure 1, on a représenté un puits pétrolier 10 à production offshore. Le puits comprend un premier tronçon 12 dans lequel est mis en place un tubage externe 14 formé de plusieurs tubes reliés bout à bout et qui y est cimenté par un coulis de ciment 16. A travers le tubage externe est foré un second tronçon de puits 18 de diamètre inférieur à celui du premier tronçon, puis un tubage interne 20 de diamètre nettement inférieur à celui du tubage externe est introduit dans celui-ci. Le tubage interne est descendu au fond 22 du second tronçon de puits 18 et s'détend coaxialement dans le tubage externe jusqu'à la surface du sol 24. Par des techniques connues, on cimente ensuite le tubage interne 20 à la paroi du second tronçon de puits, au moyen d'un coulis de ciment 26 que l'on fait remonter jusqu a ce qu' il remplisse partiellement l'annulaire 28 compris entre le tubage externe et le tubage interne. Le restant de l'annulaire est rempli de fluide de forage ou d'eau. Une étanchéité mécanique 30 est montée à la tête du puits pour garantir l'étanchéité de l'annulaire 28. Comme on l'a expliqué précédemment, lors de la production de pétrole, celui-ci provoque un réchauffement de l'anneau liquide et donc son expansion. Du fait du confinement du liquide, la pression dans l'annulaire augmente et peut atteindre des valeurs critiques d'éclatement du tube externe et d'écrasement du tube interne. Selon l'invention, on empêche cette augmentation de la pression en disposant le long de l'annulaire une pluralité d'éléments en matière compressible, par exemple en mousse syntactique, telle que de la mousse de polyuréthane, de polyéthylène ou de polystyrène. Lorsque la pression augmente, les éléments se compriment d'un volume correspondant au volume d'expansion du fluide piégé. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, ces éléments sont constitués par des coquilles en mousse 32 en forme de quart de cylindre, dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur du tubage interne 20 et dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre interne du tubage externe 14. Comme le montrent les figures 2 et 3, les coquilles 32 sont disposées par paires dans des positions diamétralement opposées par rapport à l'axe du puits, de sorte qu'il subsiste entre les coquilles deux canaux longitudinaux 34,36 pour le passage du fluide de forage lors de la mise en place du tubage, et du ciment lors de la cimentation du tubage. Il va de soi que les coquilles peuvent aussi être en forme de demi ou tiers de cylindre. Suivant les conditions d'utilisation, on pourra optimiser la composition de la mousse pour qu'elle présente les caractéristiques les plus appropriées, telles que résistance à l'écrasement, réduction de volume, proportion de micro billes, etc... La longueur de tubage à munir de coquilles dépend du volume de fluide piégé lors de la mise en place de l'étanchéité de surface 30, donc des diamètres des tubages externe et interne ainsi que de la hauteur de l'espace annulaire non cimenté. Elle dépend également de l'élévation de température entre la phase de mise en place et la phase de production. REVENDICATIONS 1- Dispositif de régulation de la pression dans les annulaires étanches (28) et remplis de fluide compris entre des tubages concentriques (14,20) de puits pétroliers, en particulier de puits pétroliers offshore, caractérisé en ce qu'il comprend dans chacun desdits annulaires une pluralité d'éléments compressibles (32) qui définissent entre eux des passages libres (34,36) et qui sont susceptibles de se réduire en volume par écrasement lorsque la pression dans les annulaires augmente par suite du réchauffement du fluide qui y est piégé. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments compressibles (32) sont réalisés en une mousse syntactique, par exemple en mousse de polyuréthane, de polyéthylène ou de polystyrène. 3- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les éléments compressibles sont constitués par des coquilles en forme de fraction de cylindre, par exemple en semi-cylindre, en quart ou tiers de cylindre, et ont un diamètre intérieur égal au diamètre extérieur du tubage interne (20) et un diamètre extérieur voisin du diamètre intérieur du tubage externe (14).