Brevet FR3058754A1 — publié le 20180518

2016-IPM-100266-U1-FR PRÉDIRE DES DOMMAGES AUX TUBAGES DE PUITS DE FORAGE EN RAISON DES MULTIPLES DISPOSITIFS GÉNÉRANT DES IMPULSIONS CONTEXTE [0001] Certains profils de puits de forage de gaz ou de pétrole comprennent un puits de forage horizontal (appelé, par ailleurs, des puits de forages latéraux) se prolongeant à partir d'un puits de forage vertical pour augmenter l'interface ou ia surface avec la formation de production. Avec l'augmentation de la longueur du puits de forage horizontal la friction ou la force de frappe sur un train 10 de forage, qui est descendu à l'intérieur du puits de forage horizontal, augmente. La friction est générée par le contact entre la paroi du puits de forage et le train de forage. Avec l'augmentation de la longueur du train de forage, la partie du train de forage qui entre en contact avec la paroi du puits de forage augmente également, augmentant ainsi la friction. La friction peut également augmenter en raison de 15 l'accumulation des matériaux solides autour du train de forage. [0002] Les dispositifs générant des impulsions de fond de puits sont quelquefois couplés au train de forage pour créer des fluctuations dans la pression du fluide qui entraînent la vibration du train de forage. Ces vibrations aident à maintenir le mouvement du train de forage, ce qui est souhaitable au cours du 20 fonctionnement, étant donné que la friction dynamique est sensiblement inférieure à la force de friction statique. Les vibrations aident également à prévenir l'accumulation des matériaux solides autour du train de forage et empêchent le blocage du train de forage dans le puits. [0003] Avec l'augmentation de la longueur du train de forage, un 25 dispositif unique générant des impulsions pourrait ne pas être suffisant pour minimiser la friction, nécessitant ainsi le couplage de multiples dispositifs générant des impulsions au train de forage. Cependant, de multiples dispositifs générant des impulsions peuvent entraîner des oscillations de résonance assumées par le train de forage, ce qui pourrait endommager le train de forage. 30 BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0004] Les figures suivantes sont présentées afin d'illustrer certains aspects des modes de réalisation, et ne doivent pas être considérées comme des modes de réalisation exclusifs. L'objet de l'invention divulgué peut subir de 35 considérables modifications, altérations, combinaisons et équivalents, dans la forme 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR 2 et dans la fonction, comme il sera évident aux spécialistes du domaine qui bénéficient de cette divulgation. [0005] La figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un exemple de dispositif générant des impulsions. [00061 La figure 2 est un exemple de graphique des fluctuations de la pression générées par le dispositif générant des impulsions de la figure 1. [0007] La figure 3 illustre un train de forage ayant deux dispositifs générant des impulsions couplées à celui-ci. [0008] Les figures 4A et 4B illustrent deux dispositifs générant des impulsions couplés de façon adjacente, l'un à l'autre, sur un train de forage. [0009] La figure 5 illustre un organigramme d'un exemple de procédé de prédiction des dommages à un tubage de puits de forage en raison du couplage de multiples dispositifs générant des impulsions à celui-ci. [00101 La figure 6 illustre un exemple de système informatique pour réaliser le procédé de la figure 5 et d'autres tâches divulguées ici. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0011] Les modes de réalisation divulgués ici concernent généralement des procédés de prédiction des dommages à un tubage de puits de forage en raison du couplage de multiples dispositifs générant des impulsions de fond de puits à celui-ci. Plus spécifiquement, les modes de réalisation concernent la détermination des dommages potentiels à un tubage de puits de forage lors du placement de multiples dispositifs générant des impulsions au fond du puits à des emplacements optimisés. [0012] Dans le présent contexte, le terme tubage de puits de forage ou « tubage » et une quelconque variation de celui-ci, décrit un quelconque type de tuyaux, conduit ou tubage utilisé dans l'industrie du gaz et du pétrole comprenant, sans limitation, un train de forage (y compris une colonne de forage, un module de fond de puits couplé à la colonne de forage et un trépan de forage associé), un tubage enroulé, un tubage, une colonne perdue de puits de forage, une colonne de production (y compris une colonne de production et d'autres composants de complétion interconnectés), et une quelconque combinaison de ceux-ci, etc. Les modes de réalisation décrits ici concernent principalement un train de forage ayant de multiples dispositifs générant des impulsions couplés à celui-ci. Cependant, il doit être noté que les modes de réalisation divulgués ici sont également applicables pour 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR empêcher des dommages à d'autres types de tubages qui sont descendus dans un puits de forage, sans s'écarter de la portée de la divulgation. [0013] Généralement, lors des opérations de forage, un train de forage est assemblé au niveau de la surface d'un puits et introduit séquentiellement dans un puits de forage creusé dans les couches terrestres sous-jacentes. Certains puits de forage, comme il est indiqué ci-dessus, peuvent comprendre une section horizontale se prolongeant à partir d'un puits de forage vertical. Dépendannment de la longueur du puits de forage horizontal, comme 1 est décrit dans le plan du puits, de multiples dispositifs générant des impulsions peuvent être installés sur la partie 10 du train de forage qui est descendue à travers le puits de forage horizontal. Comme il est décrit plus loin ci-dessous, les vibrations générées par les multiples dispositifs générant des impulsions peuvent potentiellement endommager le train de forage. Par conséquent, avant de descendre le train de forage au fond du puits, il peut s'avérer avantageux de prédire (déterminer) si les vibrations peuvent 15 prématurément endommager le train de forage et prendre des mesures correctives pour empêcher de tels dommages. [0014] La figure 1 est une vue en coupe transversale latérale partielle d'un exemple de dispositif générant des impulsions 100. Le dispositif générant des impulsions 100 peut également être appelé un dispositif d'agitation ou 20 un agitateur. Le dispositif de génération des impulsions 100 peut être du type hydraulique qui fonctionne en contrôlant l'écoulement de fluide (par ex., de la boue de forage) à travers celui-ci. D'autres types de dispositifs générant des impulsions qui fonctionnent avec des batteries ou de façon pneumatique peuvent également être utilisés, sans s'écarter de la portée de la divulgation. 25 [0015] Comme il est illustré, le dispositif générant des impulsions 100 peut comprendre un module supérieur 102, un ensemble agitateur 104 et un module inférieur 106. L'ensemble agitateur 104 comprend une section d'alimentation 108 qui est couplée en fonctionnement à un ensemble de soupape 110 et placée à l'intérieur d'un corps externe 112 du dispositif générant des impulsions 100. La 30 section d'alimentation 108 peut comprendre un rotor 122 et un stator 124 formant un moteur à cavité progressive dans lequel un écoulement de fluide à travers un anneau 126 définit entre le rotor 122 et le stator 124 entraîne la rotation du rotor 122. Il est compris que dans d'autres modes de réalisation, d'autres moteurs, générateurs de couple, actionneurs et autres dispositifs peuvent être utilisés à la 35 ace de la section d'alimentation 108. 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR 4 [0016] L'ensemble de soupape 110 peut être couplé en fonctionnement au rotor 122 de la section d'alimentation 108. L'ensemble de soupape 110 peut être une soupape à écoulement axial, une soupape à écoulement radial ou une quelconque autre configuration de soupape que peut faire fonctionner la section d'alimentation 108. L'ensemble de soupape 110 peut être ouvert ou fermé sélectivement pour permettre l'écoulement de fluide entre l'ensemble agitateur 104 et le module inférieur 106. En permettant sélectivement l'écoulement de fluide à travers l'ensemble de soupape 110, des fluctuations de pression ou des impulsions de pression dans la pression du fluide sont générées dans le dispositif générant des 10 impulsions 100, ce qui crée des vibrations dans le dispositif générant des impulsions 100. La fréquence des impulsions de pression (et les vibrations résultantes) générée par le dispositif générant des impulsions 100 peut être dépendante de l'intervalle de temps entre la fermeture et l'ouverture de l'ensemble de soupape 110. Les vibrations vont créer un mouvement dans le train de forage qui est couplé en fonctionnement 15 au dispositif générant des impulsions 100 et réduire ainsi la friction se produisant au niveau du train de forage, ce qui entraîne une descente plus facile du train de forage dans un puits de forage. Il doit être noté que la divulgation peut décrire la « fréquence des impulsions ou des vibrations de pression générées par le dispositif générant des impulsions 100 » comme la « fréquence du dispositif générant des impulsions 100 ». 20 Les deux cas décrivent la même chose et peuvent donc être utilisés de façon interchangeable dans toute la divulgation. [0017] La figure 2 est un exemple de graphique 200 des fluctuations de pression 202 générées par le dispositif générant des impulsions 100. Comme on peut le voir, les fluctuations de pression 202 sont généralement de nature 25 périodique et forment une courbe sinusoïdale. Avec l'augmentation de la longueur train de forage qui descend à travers le puits de forage horizontal, de multiples dispositifs générant des impulsions (par ex., de multiples dispositifs générant des impulsions 100 de la figure 1) peuvent être nécessaires pour réduire la friction entre la paroi du puits de forage et le train de forage. 30 [0018] La figure 3 illustre une partie d'un exemple de train de forage 301 ayant deux dispositifs générant des impulsions 302, 304 couplés à celui-ci. Les dispositifs générant des impulsions 302, 304 peuvent chacun être semblables à ou le même que le dispositif générant des impulsions 100 de la figure 1. En raison du fait que les dispositifs générant des impulsions 302, 304 sont semblables l'un à 35 l'autre, chaque dispositif générant des impulsions 302, 304 peut générer des vibrations semblables ayant approximativement la même fréquence. Comme il est 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR illustré dans la figure 3, les vibrations générées par les dispositifs générant des impulsions 302, 304 se propagent le long du train de forage 301 sous forme d'ondes de contrainte wl,(,)2, respectivement. Comme il est indiqué, les ondes de contrainte (ai, 602 voyagent vers le haut du puits vers la surface de la terre et vers !e 5 fond du puits vers le trépan de forage 303 couplé au train de forage 301. [0019] Si la fréquence des ondes de contrainte col, w2 est égale à la fréquence naturelle du train de forage 301, le train de forage 301 et les dispositifs générant des impulsions 302, 304 peuvent osciller en résonance. Dans le présent contexte, le terme « oscillation de résonance » et une quelconque variation de celui- 10 ci décrit la vibration produite dans un corps précédemment non vibrant en raison des variations avec approximativement la même fréquence dans un corps avoisinant. En raison des oscillations de résonance, le train de forage 301 peut être endommagé. [0020] La fréquence naturelle du train de forage 301 est une fonction d'une ou de plusieurs propriétés du train de forage 301 comprenant, sans 15 limitation, la longueur du train de forage 301, l'élasticité du train de forage 301, le module de Young du train de forage 301, la densité du train de forage 301, la surface en coupe transversale du train de forage 301, le coefficient d'amortissement du train de forage 301, et d'autres propriétés matérielles et physiques des tubages qui composent le train de forage 301. 20 [0021] Les dommages au train de forage 3 01 peuvent être évités en minimisant les oscillations de résonance du train de forage 301. Ceci peut être réalisé en ajustant la fréquence des dispositifs générant des impulsions 302, 304 ou, plus spécifiquement, la fréquence des vibrations générée par les dispositifs générant des impulsions 302, 304 de sorte que la fréquence ajustée (ou révisée) soit différente 25 de la fréquence naturelle du train de forage 301. La fréquence des dispositifs générant des impulsions 302, 304 peut être ajustée/choisie de sorte que la fréquence ajustée n'est pas en harmonie avec la fréquence naturelle du train de forage 301. En d'autres termes, la fréquence des dispositifs générant des impulsions 302, 304 peut être ajustée de sorte que la fréquence ajustée n'est pas un multiple d'un entier positif 30 de la fréquence naturelle du train de forage 301. [0022] Mathématiquement, la relation précédente peut être exprimée sous forme de ful nf et nf, dans laquelle n est un entier positif, et fi,2 représente les fréquences des dispositifs générant des impulsions 302, 304, respectivement, et f représente la fréquence naturelle du train de forage 301. Par 35 conséquent, afin de minimiser l'oscillation de résonance dans le train de forage 30 la fréquence de chaque dispositif générant des impulsions 302, 304 peut être ajustée 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR 6 de sorte que la fréquence ajustée soit différente de la fréquence naturelle du train de forage 301. La fréquence de chaque dispositif générant des impulsions 302, 304 peut être ajustée en modifiant le fonctionnement de l'ensemble de soupape des dispositifs générant des impulsions 302, 304. Dans un exemple, la modification du fonctionnement peut comprendre la modification de l'intervalle de temps entre l'ouverture et la fermeture de l'ensemble de soupape des dispositifs générant des impulsions 302, 304. [0023] Les figures 4A et 4B sont des schémas de dispositifs générant des impulsions 402, 404 couplés axialement de façon adjacente, l'un à 10 l'autre, sur un train de forage 401. Les dispositifs générant des impuisions 402, 404 et la partie du train de forage 401 se prolongeant entre les deux peut constituer un système énergétique 410 dans lequel les ondes de contrainte générées par les dispositifs générant des impulsions 402, 404 se propagent axialement le long du train de forage 401. Chaque onde de contrainte possède une certaine quantité d'énergie 15 associée à celle-ci et qui se dissipe lorsque l'onde de contrainte se propage le long du train de forage 40/. Comme il est illustré dans la figure 4A, les ondes de contrainte ayant des énergies E3 et E4 (appelées ici ondes de contrainte E3, E4) sont générées par le premier dispositif générant des impulsions 402 et les ondes de contrainte ayant des énergies E5 et E6 (appeiées ici ondes de contrainte E5, E6) sont générées par le 20 deuxième dispositif générant des impulsions 404. L'onde de contrainte E3 se propage vers le haut du puits dans la direction de la surface terrestre et se dissipe relativement rapidement en raison de la friction entre le train de forage 401 et la paroi du puits de forage. L'onde de contrainte E5 se propage vers le fond du puits vers le trépan de forage 403 couplé à l'extrémité distale du train de forage 401 et se dissipe dans le 25 trépan de forage 403 (qui est relativement plus rigide que le train de forage 401). Par conséquent, pour les besoins de l'explication 'effet des ondes de contrainte E et E5 sur le système énergétique est négligeable et peut être ignoré. [0024] Lorsqu'une onde de contrainte rencontre une interface entre deux matériaux dissemblables ou deux surfaces en coupe transversale 30 différentes, 'onde de contrainte est réfléchie en partie et transmise en partie au niveau de l'interface. En outre, une partie de l'énergie de l'onde de contrainte peut être perdue au cours de la propagation en raison de l'effet d'amortissement du train de forage 401. [0025] Dans la figure 4A, l'onde de contrainte E4 se propage vers 35 le deuxième dispositif générant des impulsions 404 et elle est réfléchie en partie par le deuxième dispositif générant des impulsions 404, entraînant la propagation d'une 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR 7 onde de contrainte E4,-.,.fiéd-'.' vers le premier dispositif générant des impulsions 402. De la même façon, l'onde de contrainte E6 se propage vers le premier dispositif générant des impulsions 402 et elle est réfléchie en partie par le premier dispositif générant des impulsions 402, entraînant la propagation d'une onde de contrainte Efiréfic,,,, vers le deuxième dispositif générant des impulsions 404. Même s'il n'est pas illustré dans la figure 4A, il doit être noté que des parties des ondes de contrainte E4 et E6 sont également transmises par les dispositifs générant des impulsions 404, 402, respectivement. Cependant, les parties transmises sont ignorées ici pour des raisons de simplicité. 10 [0026] En raison de la réflexion opposée, les ondes de contrainte E4 et E6 peuvent être « piégées » entre les dispositifs générant des impulsions 402, 404 ou, par ailleurs, dans le système énergétique 410. Si les fréquences des ondes de contrainte E4 et E6 sont semblables (par ex., harmoniques), les ondes de contrainte peuvent s'associer pour créer une nouvelle onde de contrainte ayant une 15 amplitude (et une énergie) plus élevée que les ondes de contrainte individuelles E4 et E6. [0027] La figure 4B illustre une nouvelle onde de contrainte E7 qui peut se former dans le système énergétique 410 en raison de l'association des ondes de contrainte E4 et E6. Par conséquent, il sera compris qu'en générant et qu'en 20 réfléchissant les ondes de contrainte, les dispositifs générant des impulsions 402, 404 peuvent potentiellement augmenter l'énergie dans le système énergétique 410 au détriment du système 410. Par ailleurs, en transmettant des ondes de contrainte, les dispositifs générant des impulsions 402, 404 peuvent diminuer l'énergie dans le système énergétique 410. L'énergie dans le système énergétique 410 peut également 25 être réduite en raison de l'amortissement du système énergétique 410. Si l'ampleur de l'augmentation de l'énergie dans le système énergétique 410 est supérieure à l'ampleur de la diminution d'énergie dans le système énergétique 410, alors, l'énergie (et l'amplitude) de 'onde de contrainte E7 peut augmenter au cours du temps et l'onde de contrainte E7 réfléchie résultante peut endommager le train de forage 40 30 [0028] Afin de minimiser l'énergie de l'onde de contrainte E7 et, à son tour, 'endommagement potentiel du train de forage 401, il est nécessaire que l'énergie introduite dans le système énergétique 410 soit inférieure à l'énergie se dissipant du système énergétique 410. Ce critère de distribution d'énergie peut être exprimé sous forme de 35 Eagitateur Eréflexion REVENDICATIONS1. Procédé, comprenant : la comparaison d'une fréquence naturelle d'un tubage à une fréquence de chacun d'au moins deux dispositifs générant des impulsions positionnés de façon adjacente l'un à l'autre sur le tubage, le tubage et l'au moins deux dispositifs générant des impulsions comprenant un système énergétique ; l'ajustement de la fréquence d'au moins un de l'au moins deux 10 dispositifs générant des impulsions lorsque la fréquence est égale à la fréquence naturelle du tubage et par conséquent l'obtention dune fréquence ajustée différente de la fréquence naturelle ; le calcul d'une distribution d'énergie dans le système énergétique basé sur la fréquence naturelle et la fréquence ajustée de l'au moins un de l'au moins 15 deux dispositifs générant des impulsions ; et la détermination d'un nouvel emplacement sur le tubage pour le positionnement d'un ou de plusieurs de J'au moins deux dispositifs générant des impulsions de sorte qu'une quantité d'énergie introduite dans le système énergétique soit inférieure à une quantité d'énergie dissipée du système énergétique. 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel 'ajustement de la fréquence de l'au moins un de l'au moins deux dispositifs générant des impulsions comprend l'ajustement de la fréquence de sorte que les oscillations de résonance dans le tubage soient minimisées. 25 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le calcul de la distribution d'énergie dans le système énergétique comprend le calcul de la distribution d'énergie dans l'au moins deux dispositifs générant des impulsions et d'une partie du tubage se prolongeant entre les deux. 30 4. Procédé selon la revendication 3, comprenant également : le calcul de l'énergie des ondes de contrainte générées, réfléchies et transmises par l'au moins deux dispositifs générant des impulsions ; et le calcul de l'énergie des ondes de contrainte dissipée en raison de 35 l'amortissement de l'au moins deux dispositifs générant des impulsions et la partie du tubage se prolongeant entre les deux. 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR 17 5. Système, comprenant : un tubage ayant au moins deux dispositifs générant des impulsions positionnés sur le tubage de façon axialement adjacente l'un à l'autre, le tubage et l'au moins deux dispositifs générant des impulsions comprenant un système énergétique ; un système informatique comprenant un processeur et un support non transitoire lisible par ordinateur stockant un code de programme lisible par ordinateur qui, lorsqu'il est exécuté par le processeur, amène le système informatique à : recevoir des données comprenant une fréquence de chaque dispositif générant des impulsions de lau moins deux dispositifs générant des impulsions et un emplacement de chaque dispositif générant des impulsions sur le tubage ; le calcul d'une distribution d'énergie dans le système énergétique ; et la détermination du fait qu'une quantité d'énergie introduite dans le système énergétique est inférieure ou non à une quantité d'énergie dissipée du système énergétique. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel l'exécution du code de programme amène également le système informatique à calculer la distribution d'énergie dans l'au moins deux dispositifs générant des impulsions et une partie du tubage se prolongeant entre les deux. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel l'exécution du code de programme amène également le système informatique à calculer la distribution d'énergie en calculant l'énergie des ondes de contraintes générées, réfléchies et transmises par l'au moins deux dispositifs générant des impulsions, et pour calculer l'énergie des ondes de contrainte dissipée en raison de I mortissement de l'au moins deux dispositifs générant des impulsions et la partie du tubage se prolongeant entre les deux. 8. Produit de programme informatique concrétisé dans un support non transitoire lisible par ordinateur et comprenant un code de programme 3058754 2016-IPM-100266-U1-FR 18 informatique lisible par ordinateur qui, lorsqu'il est exécuté par un ordinateur, amène le système informatique à : recevoir des données comprenant une fréquence de chaque dispositif générant des impulsions d'au moins deux dispositifs générant des 5 impulsions couplés de façon adjacente 'un à l'autre sur un tubage et un emplacement de chaque dispositif générant des impulsions sur le tubage, le tubage et l'au moins deux dispositifs générant des impulsions comprenant un système énergétique ; calculer une distribution d'énergie dans le système 10 énergétique ; et déterminer le fait qu'une quantité d'énergie mntrodwte dans e système énergétique est inférieure ou non à une quantité énergie dissipée du système énergétique. 15 9. Produit de programme informatique selon la revendication 8, dans lequel l'exécution du code de programme amène également le système informatique à calculer la distribution d'énergie dans Feu moins deux dispositifs générant des impulsions et une partie du tubage se prolongeant entre les deux. 20 10. Produit de programme informatique selon la revendication 9, dans lequel l'exécution du code de programme amène également ie système informatique à calculer la distribution d'énergie en calculant l'énergie des ondes de contraintes générées, réfléchies et transmises par l'au moins deux dispositifs générant des impulsions, et pour calculer l'énergie des ondes de contrainte dissipée 25 en raison de l'amortissement de Vau moins deux dispositifs générant des impulsions et la partie du tubage se prolongeant entre les deux. 30