Brevet FR2740508A1 — publié le 19970430

STABILISATEUR REALESEUR POUR LE FORAGE D'UN PUITS PETROLIER ORIGINE DE L'INVENTION ET ETAT DE LA TECHNIQUE La présente invention se rapporte à un stabilisateur réaléseur pour le forage d'un puits pétrolier. Lors des forages de puits de pétrole, on rencontre souvent des massifs rocheux comportant des fractures, failles, ou même des joints de stratification (tels les séries argilo-gréseuses, les flysch) qui peuvent être le siège d'instabilités particulières par glissement sur ces fractures, failles ou joints de stratification. Ce mécanisme cause un décalage latéral provoquant une sorte de marche d'escalier dans le profil longitudinal du puits. Cette irrégularité peut bloquer le passage de l'outil si elle est survenue en avant de l'outil dans une partie déjà forée lors d'une redescente du train de tige. Si cette marche d'escalier survient derrière l'outil ou derrière un stabilisateur, elle freine et peut même bloquer irrémédiablement la remontée du train de tiges. Le blocage se manifeste d'abord par une augmentation des tractions, du couple, une perte de la rotation, et enfin un coincement vers le haut. L'irrégularité du profil du puits peut également bloquer le passage de l'outil si elle est survenue en avant de l'outil dans une partie déjà forée lors d'une redescente du train de tiges Les moyens classiques de dégagement (tractions, coulisses) ne parviennent en général qu'à mieux engager la partie coincée dans le siège du coincement, pour en définitive aboutir à un coincement total, nécessitant dévissage, abandon de la partie coincée et départ en déviation. Le coincement se manifeste généralement au cours de la remontée du train de tiges, en bloquant les stabilisateurs qui sont au diamètre nominal du trou et donc plus large que le diamètre des tiges. Les incidents de ce type rencontrés lors des forages entraînent des pertes de temps importantes, quelques semaines ou quelques mois sur certains forages, qui se traduisent par des coûts supplémentaires d'immobilisation des appareils de forage pouvant atteindre plusieurs millions de francs. Des études ont été faites pour réaliser des stabilisateurs spéciaux mais jusqu'à présent toutes les modifications se sont avérées mal adaptées à un réalésage de profil de trou présentant des marches d'escalier dues à des glissements sur fractures. La présente invention a donc pour objet un stabilisateur réaléseur qui permet de reforer les accidents de terrain dans le puits lors de la remontée ou lors de la descente du train de tiges. Pour ce faire, l'invention propose un stabilisateur possédant un véritable système de coupe qui comprend des lames renforcées et rétractables. Le stabilisateur réaléseur pour le forage d'un puits pétrolier,objet de l'invention, monté en un point intermédiaire d'une garniture de forage disposée dans le puits, est caractérisé en ce qu'il comporte un corps et au moins une lame, déplaçable par un actionneur disposé à l'interieur du corps, d'une première position à l'intérieur du corps vers une deuxième position dans laquelle la lame fait saillie à l'extérieur du corps. DESCRIPTION DE L'INVENTION Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un puits de pétrole, - les figures 2A et 2B sont les coupes d'un puits avec glissements de terrains - les figures 3A et 3B présentent les détails du stabilisateur et du système d'alésage selon l'invention. La figure 1 présente la coupe générale d'un puits pétrolier représenté généralement en (1), dans lequel s'étend un train de tiges de forage (2) appelé encore garniture de forage, muni de stabilisateurs (3), qui servent à centrer les tiges entre les parois du puits (4), et d'un outil de forage (5) situé à l'extrémité du train de tiges. L'ensemble du train de tiges, des stabilisateurs et de l'outil de forage est entraîné en rotation par un moteur localisé dans un derrick(6). De la boue (7) circule dans le puits en descendant à l'intérieur des tiges de forage et en remontant par l'espace annulaire entre les tiges et la paroi du puits. La boue a plusieurs fonctions: assurer la remontée des déblais, contrebalancer la pression du gisement par la pression statique due au poids de la colonne de boue, refroidir l'outil de forage, servir de moyen permettant de transmettre des informations utiles au foreur sur le forage et sur le puits. Les stabilisateurs (3) sont des appareils vissés entre deux tiges,de même diamètre que l'outil de forage et servant à centrer les tiges dans le puits pour empêcher les battements de celles-ci lors de la rotation de la garniture de forage. La figure 2A représente la coupe d'un puits (1) avec un glissement des terrains (6) sur une couche argileuse (7). Lors de la redescente du train de tiges dans un trou déjà foré, le stabilisateur rencontre une marche d'escalier (8) qui bloque l'outil et qui doit donc être reforée. La figure 2B représente le même phénomène de glissement, avec coincement du stabilisateur (3) contre une marche d'escalier (8) lors de la remontée du train de tiges. Le stabilisateur ne peut passer cet obstacle que si la marche d'escalier est forée Afin de permettre le reforage, le stabilisateur, selon l'invention, comprend un système escamotable de réalésage. Comme représenté sur la figure 3A, le stabilisateur est constitué de plusieurs éléments: - un corps (11) qui possède des dimensions externes similaires à celles des corps de stabilisateurs classiques; le diamètre du corps est égal à celui de l'outil de forage. - une chemise de commande (12) est équipée de joints (13) haut et bas, en regardant le dessin, et assure l'étanchéité intérieur-extérieur lorsque l'outil est dans sa position rétractée illustrée par la figure 3A. De plus, la chemise de commande (12) est munie d'un support de bille (18) premettant le passage axial de la boue et faisant également office de contrefort. Des évents de circulation de boue (19) créent la perte de charge nécessaire et donc une force suffisante pour assurer la translation de cette chemise en butée basse lorsque la bille (20) est en place, (ces évents peuvent être partiellement obturables par des bouchons vissés pour une adaptation au débit utilisé), - au moins deux lames (14), chacune montée sur une de ses extrémités, équipées de pastilles de coupe en diamant (25), pivotent sur des axes (15) fixés au corps et sont manoeuvrables par des manetons (16) reprenant l'intégralité de la charge radiale sans réaction axiale sur la chemise de commande (12). Ces lames, disposées parallèlement à l'axe de la garniture de forage, sont de forme incurvée et peuvent donc forer dans les deux sens, vers le haut et vers le bas en regardant le dessin. - des taquets (17) solidaires des lames empêchent l'ouverture des lames au-delà du diamètre nominal du trou à restaurer, - un ressort de rappel (21) ramène automatiquement la chemise (12) en position haute, en regardant le dessin, lorsque le débit de boue est réduit ou arrêté (outil fermé). L'ensemble représenté par la chemise de commande(12), les manetons(16) et le ressort(21) constitue l'actionneur qui commande les lames. - des lumières (22) et des duses amovibles (23), au travers desquelles circule la boue, assurent le nettoyage des lames. La boue circule à l'intérieur des tiges(2) vers l'espace annulaire(1) lorsque les lumières situées sur la chemise de commande viennent en correspondance avec celles situées sur le corps du stabilisateur. L'actionneur (12),(16),(21) peut être d'un type différent de celui présenté dans l'invention. Par exemple on peut utiliser des systèmes à piston ou à came pour écarter les lames. L'opération de l'appareil décrit ci-dessus est maintenant expliquée. En forage normal (figure 3A), la force de rappel du ressort (21) est telle que la chemise demeure en position haute indépendamment du débit utilisé, tout le débit (Ql+Q2) passe par l'outil de forage. Dans le cas de frottements anormaux à la remontée du train de tiges, le réalésage doit être effectué; une bille est alors lancée depuis la surface, à l'intérieur des tiges, et bouche partiellement le passage axial de la boue(18); la surpression engendrée par les pertes de charge dans les évents (19) fait descendre la chemise d'activation (12) qui ouvre les lames et dévie une partie du débit (Q1) sur celles-ci à travers les lumières (22) et les duses (23) (figure 3B).La chemise se bloque sur la butée (24). Si le foreur décide d'arrêter le réalésage, il réduit le débit de la boue, ce qui permet à la chemise de remonter sous l'action du ressort et d'entraîner la rétraction des lames. De plus l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture est rétablie, favorisant ainsi le contrôle d'une venue éventuelle d'hydrocarbures. Toute augmentation ultérieure du débit réouvre les lames de coupe. Les lames ne s'ouvrant pas au-delà du diamètre nominal de forage, tout incident empêchant la fermeture sera sans conséquence majeure (pas de coincement). On peut également faire remonter la chemise de commande en repêchant la bille. Il suffit de descendre dans le puits un aimant à l'extrémité d'un câble. Les avantages principaux apportés par ce stabilisateur réaléseur sont au nombre de trois: - l'alésage est possible vers le haut et vers le bas, en raison de la forme incurvée des lames (14) et de la conception du maneton (16) qui tient les lames en position écartée quel que soit le sens de déplacement du stabilisateur vers le haut ou vers le bas, - les conséquences graves ne sont pas à craindre en cas de mauvais fonctionnement du stabilisateur, puisque le diamètre maximum des lames ouvertes n'excède pas le diamètre du trou; le stabilisateur ne risque pas de coincement, - les éléments de coupe restent en parfait état lorsque le besoin s'en fait sentir puisque ils ne sont pas utilisés en forage normal, mais seulement dans des cas exceptionnels. REVENDICATIONS 1 - Stabilisateur réaléseur(3) pour le forage d'un puits pétrolier(1), destiné à être monté en un point intermédiaire d'une garniture de forage(2) disposée dans le puits(1), caractérisé en ce qu'il comporte un corps(ll) et au moins une lame(14), déplaçable par un actionneur(12),(16),(21) disposé à l'interieur du corps, d'une première position à l'intérieur du corps vers une deuxième position dans laquelle la lame fait saillie à l'extérieur du corps. 2 - Stabilisateur réaléseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lames, chacune montée sur une de ses extrémités, pivotant sur des axes(15) fixés au corps(11), et disposées parallèlement à l'axe de la garniture de forage. 3 - Stabilisateur réaléseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lames sont incurvées. 4 - Stabilisateur réaléseur selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le corps(11) est sensiblement cylindrique, le stabilisateur comprenant de plus une chemise de commande(12) déplaçable axialement dans le corps entre une première position et une deuxième position et reliée aux lames(14) de telle manière que le déplacement de la chemise entraîne l'écartement des lames. 5 - Stabilisateur réaléseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps est muni de duses amovibles(23) s'ouvrant vers son extérieur et en ce que la chemise de commande comporte des orifices(22) qui, lorsque la chemise se trouve dans sa deuxième position, permettent une communication fluide entre l'intérieur du corps(11) et les duses(23). 6 - Stabilisateur réaléseur selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la chemise de commande comporte un siège(18) destiné à recevoir une bille(20) afin d'obturer au moins partiellement le passage axial(18) de la boue(7) à travers le stabilisateur. 7 - Stabilisateur réaléseur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un ressort(21) sollicitant la chemise de commande vers sa première position. 8 - Stabilisateur réaléseur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que chaque lame(14) comporte un maneton(16) la reliant à la chemise de commande. 9 - Stabilisateur réaléseur selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que chaque duse(23) est orientée vers la lame associée lorsque celle-ci se trouve dans sa position ouverte. - Stabilisateur réaléseur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est agencé pour permettre le repêchage de la bille(20) par un aimant accroché à l'extrémité d'un câble descendu dans le puits.