Brevet FR3122238A1 — publié le 20221028

Une garniture d’étanchéité expansible (100) comprend un élément d’étanchéité activable (102) pouvant être situé dans un trou de forage (104) ayant une paroi (126) et activable avec un fluide réactif (116). L’élément d’étanchéité (100) comprend un métal gonflable (110) capable de réagir avec le fluide réactif (116) pour former un métal gonflé et un élément mécanique (120) séparant le fluide réactif (116) du métal gonflable (110) et pouvant être actionné pour amener le fluide réactif (116) à entrer en contact avec le métal gonflable (110), de sorte que le métal gonflable (110) se dilate en venant en prise étanche avec la paroi (126). Fig. 1 GARNITURE D’ÉTANCHÉITÉ EXPANSIBLE COMPORTANT UN ÉLÉMENT D’ÉTANCHÉITÉ ACTIVABLE CONTEXTE La présente section est destinée à fournir des informations contextuelles pertinentes pour faciliter une meilleure compréhension des divers aspects des modes de réalisation décrits. Par conséquent, ces déclarations doivent être interprétées dans cette optique et non pas comme des acceptations de l’état antérieur de la technique. Pendant toute la durée de vie d’un puits produisant des hydrocarbures, il peut être nécessaire de réguler ou d’empêcher l’écoulement de fluides à l’intérieur ou autour de divers éléments tubulaires disposés dans un trou de forage, à divers endroits et à divers moments. Par exemple, l’anneau situé entre une paroi de formation ou de tubage et une tubulure de production peut nécessiter un joint pour isoler des sections de l’anneau. Des garnitures d’étanchéité expansibles peuvent être utilisées, entre autres raisons, pour former de tels joints annulaires de fond de trou. Ces éléments annulaires peuvent restreindre partiellement ou entièrement la communication de fluide et/ou de pression à l’interface du joint. Les joints peuvent également être formés à toutes les étapes du forage, de la complétion et de la production. Une garniture d’étanchéité expansible fonctionne en se dilatant au contact d’un fluide réactif. L’activation des garnitures d’étanchéité expansibles est généralement sensible à l’environnement et aux conditions de fond de trou, comme le temps de passage des tubes dans le trou, la réactivité du matériau gonflable avec les fluides qui entrent dans le trou de forage ou sortent de celui-ci, ainsi que la température et la pression de fond de trou. Comme la garniture d’étanchéité expansible se dilate lorsqu’elle entre en contact avec de l’eau ionique, le trou de forage doit être maintenu exempt d’eau ionique jusqu’à ce que la dilatation soit souhaitée. En outre, les opérations ciblant des zones isolées du trou de forage doivent attendre que la garniture d’étanchéité expansible se soit complètement dilatée et ait formé le joint zonal. Les garnitures d’étanchéité expansibles nécessitent donc une interruption indésirable du forage et des autres opérations lors de la mise en place de la garniture d’étanchéité en fond de trou. Une garniture d’étanchéité expansible pouvant être activée sur commande pour former le joint annulaire, quelles que soient les conditions de fond de trou ou les autres conditions, s’avère donc nécessaire. Selon un aspect, il est prévu une garniture d’étanchéité expansible comprenant un élément d’étanchéité activable pouvant être disposé dans un trou de forage ayant une paroi et activable avec un fluide réactif, l’élément d’étanchéité comprenant : un métal gonflable capable de réagir avec le fluide réactif pour former un métal gonflé ; et un élément mécanique séparant le fluide réactif du métal gonflable et pouvant être actionné pour amener le fluide réactif à entrer en contact avec le métal gonflable, de sorte que le métal gonflable se dilate en un engagement d’étanchéité avec la paroi. On peut en outre prévoir un manchon de recouvrement séparant le métal gonflable d’un espace annulaire entourant le manchon de recouvrement, dans lequel l’élément mécanique est sélectivement actionnable pour retirer le manchon de recouvrement pour exposer le métal gonflable à l’espace annulaire. De préférence, le métal gonflable est contenu dans une chambre hydrostatique. On peut en outre prévoir un récipient ouvrable contenant le fluide réactif, le récipient ouvrable pouvant être ouvert par l’actionnement de l’élément mécanique. On peut en outre prévoir des bouchons de cimentation positionnés entre le manchon de recouvrement et la paroi et entre le récipient ouvrable et la paroi, pour sceller au moins partiellement l’espace annulaire. De préférence, le récipient ouvrable comprend un piston pour pousser le fluide réactif dans l’espace annulaire et une vanne séparant le récipient ouvrable de l’espace annulaire. De préférence, le métal gonflable comprend un manchon avec une rainure longitudinale positionnée pour acheminer le fluide réactif au manchon et des canaux perforant la rainure et le manchon, pour permettre au fluide réactif de s’écouler à travers le métal gonflable et d’entrer en contact avec celui-ci. De préférence, l’élément mécanique comprend une ligne de commande agencée pour acheminer le fluide réactif à l’élément d’étanchéité activable. De préférence, le fluide réactif est contenu à l’extérieur de l’élément d’étanchéité activable et est injectable dans l’élément d’étanchéité activable. On peut en outre prévoir : une chambre de fluide contenant le fluide réactif ; une chambre hydrostatique contenant le métal gonflable ; une vanne positionnée entre et séparant la chambre de fluide et la chambre hydrostatique et mobile pour amener le fluide réactif à s’écouler à travers la vanne et à entrer en contact avec le métal gonflable ; et un manchon de recouvrement amovible pour permettre au métal gonflable de gonfler par contact avec le fluide réactif. De préférence, la chambre de fluide et la chambre hydrostatique entourent un élément tubulaire qui comprend un orifice permettant la communication de la pression de l’intérieur de l’élément tubulaire pour déplacer l’élément mécanique. De préférence, l’élément mécanique comprend un piston mobile pour pousser le fluide réactif à travers la vanne afin qu’il entre en contact avec le métal gonflable. De préférence, l’élément mécanique comprend une goupille d’allumage bloquant la vanne et mobile pour faire s’affaisser la chambre de fluide et forcer le passage du fluide réactif à travers la vanne afin qu’il entre en contact avec le métal gonflable. Avantageusement, la goupille d’allumage est activée par une minuterie, un signal de pression, un signal de vibration ou un changement de température. Avantageusement, le métal gonflable se présente sous forme de perles, fils, pastilles, poudre, particules, granulés, ou une combinaison de ceux-ci. De préférence, le fluide réactif peut être distribué à l’élément d’étanchéité activable par le biais d’une ligne de commande. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de formation d’un joint dans un trou de forage comprenant une paroi, le procédé comprenant : le positionnement d’une garniture d’étanchéité expansible comprenant un élément d’étanchéité activable dans le trou de forage ; l’utilisation d’un élément mécanique de l’élément d’étanchéité activable pour amener un fluide réactif à entrer en contact avec un métal gonflable ; et la dilatation du métal gonflable en un engagement d’étanchéité avec la paroi par la réaction du métal gonflable avec le fluide réactif. Avantageusement, le contact produit de l’hydrogène gazeux et le procédé comprend en outre l’évacuation de l’hydrogène gazeux à travers des bouchons de cimentation positionnés entre l’élément d’étanchéité activable et la paroi. De préférence, le fluide réactif n’entre pas en contact avec le métal gonflable sans l’actionnement de l’élément mécanique. Avantageusement, l’utilisation de l’élément mécanique comprend en outre l’ouverture d’un récipient ouvrable contenant le fluide réactif. Les modes de réalisation d’une garniture d’étanchéité expansible comportant un élément d’étanchéité activable sont décrits en référence aux figures suivantes. Des numéros identiques ou séquentiellement similaires sont utilisés dans toutes les figures pour faire référence à des caractéristiques et à des composants similaires. Les caractéristiques illustrées dans les figures ne sont pas nécessairement à l’échelle. Certaines caractéristiques des modes de réalisation peuvent être représentées agrandies à l’échelle ou sous une forme quelque peu schématique et certains détails des éléments peuvent ne pas être représentés par souci de clarté et de concision. Les variantes et les éléments supplémentaires non représentés peuvent néanmoins être inclus dans la portée des modes de réalisation décrits ci-dessous. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale d’une garniture d’étanchéité expansible comprenant un élément d’étanchéité activable dans une configuration antérieure à l’activation, selon un premier mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité de la , dans une configuration postérieure à l’activation, selon le premier mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité expansible de la , dans une configuration d’étanchéité, selon le premier mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale d’une garniture d’étanchéité comprenant un élément d’étanchéité activable le long d’un plan longitudinal, dans une configuration antérieure à l’activation, selon un deuxième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité expansible de la le long d’un plan transversal, dans une configuration antérieure à l’activation, selon le deuxième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité expansible de la le long d’un plan transversal, dans une configuration d’étanchéité, selon le deuxième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale d’une autre conception de la garniture d’étanchéité expansible de la le long d’un plan longitudinal, dans une configuration antérieure à l’activation, selon le deuxième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale d’une garniture d’étanchéité expansible comprenant un élément d’étanchéité activable, dans une configuration antérieure à l’activation, selon un troisième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité expansible de la , dans une configuration postérieure à l’activation, selon le troisième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité expansible de la , dans une configuration d’étanchéité, selon le troisième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale d’une garniture d’étanchéité expansible comprenant un élément d’étanchéité activable, dans une configuration antérieure à l’activation, selon un quatrième troisième mode de réalisation. est un diagramme schématique d’une vue en coupe transversale de la garniture d’étanchéité expansible de la , dans une configuration postérieure à l’activation, selon le quatrième mode de réalisation. Garniture d’étanchéité expansible (100, 200, 300, 400) comprenant un élément d’étanchéité activable (102, 202, 302, 402) pouvant être situé dans un trou de forage (104, 204, 304) ayant une paroi (126, 226, 326) et activable avec un fluide réactif (116, 216, 316, 416), l’élément d’étanchéité (102, 202, 302, 402) comprenant : un métal gonflable (110, 210, 310, 410) capable de réagir avec le fluide réactif (116, 216, 316, 416) pour former un métal gonflé (132, 232, 332) ; et un élément mécanique (120, 220, 320, 420) séparant le fluide réactif (116, 216, 316, 416) du métal gonflable (110, 210, 310, 410) et pouvant être actionné pour amener le fluide réactif (116, 216, 316, 416) à entrer en contact avec le métal gonflable (110, 210, 310, 410), de sorte que le métal gonflable (110, 210, 310, 410) se dilate en un engagement d’étanchéité avec la paroi (126, 226, 326). Garniture d’étanchéité expansible (100, 200, 300, 400) selon la revendication 1, comprenant en outre un manchon de recouvrement (108, 208, 308, 408) séparant le métal gonflable (110, 210, 310, 410) d’un espace annulaire entourant le manchon de recouvrement (108, 208, 308, 408), dans lequel l’élément mécanique (120, 220, 320, 420) est sélectivement actionnable pour retirer le manchon de recouvrement (108, 208, 308, 408) pour exposer le métal gonflable (110, 210, 310, 410) à l’espace annulaire. Garniture d’étanchéité expansible (100, 200, 300, 400) selon la revendication 2, dans laquelle le métal gonflable (110, 310, 410) est contenu dans une chambre hydrostatique ; ou le métal gonflable (210) comprend un manchon (208) avec une rainure longitudinale positionnée pour acheminer le fluide réactif (216) au manchon (208) et aux canaux (238) perforant la rainure et le manchon (208) pour permettre au fluide réactif (216) de s’écouler à travers le métal gonflable (210) et d’entrer en contact avec celui-ci. Garniture d’étanchéité expansible (100) selon la revendication 3, comprenant en outre un récipient ouvrable (118) contenant le fluide réactif (116), le récipient ouvrable (118) pouvant être ouvert par l’actionnement de l’élément mécanique (120). Garniture d’étanchéité expansible (100) selon la revendication 4, comprenant également des bouchons de cimentation (124) positionnés entre le manchon de recouvrement (108) et la paroi (126) et entre le récipient ouvrable (118) et la paroi (126) pour sceller au moins partiellement l’espace annulaire. Garniture d’étanchéité expansible (100) selon la revendication 4, dans laquelle le récipient ouvrable (118) comprend un piston (122) pour pousser le fluide réactif dans l’espace annulaire et une vanne séparant le récipient ouvrable de l’espace annulaire. Garniture d’étanchéité expansible (200, 300, 400) selon la revendication 3, dans laquelle l’élément mécanique (220, 320, 420) comprend : une ligne de commande (242) agencée pour acheminer le fluide réactif (216) à l’élément d’étanchéité activable (202) ; un piston (328) mobile pour pousser le fluide réactif (316) à travers la vanne afin qu’il entre en contact avec le métal gonflable (310) ; ou une goupille d’allumage (442) bloquant la vanne et mobile pour faire s’affaisser la chambre de fluide (418) et forcer le passage du fluide réactif (416) à travers la vanne afin qu’il entre en contact avec le métal gonflable (410). Garniture d’étanchéité expansible (100, 200, 300, 400) selon la revendication 3, dans laquelle le fluide réactif (116, 216, 316, 416) est contenu à l’extérieur de l’élément d’étanchéité activable (102, 202, 302, 402) et est injectable dans l’élément d’étanchéité activable (102, 202, 302, 402). Garniture d’étanchéité expansible (200, 300, 400) selon la revendication 1, comprenant en outre : une chambre de fluide (318, 418) contenant le fluide réactif (216, 316, 416) ; une chambre hydrostatique contenant le métal gonflable (210, 310, 410) ; une vanne positionnée entre et séparant la chambre de fluide (318, 418) et la chambre hydrostatique et mobile pour amener le fluide réactif (216, 316, 416) à s’écouler à travers la vanne et à entrer en contact avec le métal gonflable (210, 310, 410) ; et un manchon de recouvrement (308, 408) amovible pour permettre au métal gonflable (210, 310, 410) de gonfler par contact avec le fluide réactif (216, 316, 416). Garniture d’étanchéité expansible (300, 400) selon la revendication 9, dans laquelle la chambre de fluide (318, 418) et la chambre hydrostatique entourent un élément tubulaire (306, 406) qui comprend un orifice (344, 444) permettant la communication de la pression de l’intérieur de l’élément tubulaire (306, 406) pour déplacer l’élément mécanique (320, 420). Garniture d’étanchéité expansible (100, 200, 300, 400) selon la revendication 7, dans laquelle : la goupille d’allumage (442) est activée par une minuterie, un signal de pression, un signal de vibration ou un changement de température ; le métal gonflable (110, 210, 310, 410) se présente sous forme de perles, fils, pastilles, poudre, particules, granulés, ou une combinaison de ceux-ci ; ou le fluide réactif (216) peut être distribué à l’élément d’étanchéité activable (202) par le biais d’une ligne de commande (242). Procédé de formation d’un joint dans un trou de forage (104, 204, 304) comprenant une paroi (126, 226, 326), le procédé comprenant : le positionnement d’une garniture d’étanchéité expansible (100, 200, 300, 400) comprenant un élément d’étanchéité activable (102, 202, 302, 402) dans le trou de forage (104, 204, 304) ; l’utilisation d’un élément mécanique (120, 220, 320, 420) de l’élément d’étanchéité activable (102, 202, 302, 402) pour amener un fluide réactif (116, 216, 316, 416) à entrer en contact avec un métal gonflable (110, 210, 310, 410) ; et la dilatation du métal gonflable (110, 210, 310, 410) en un engagement d’étanchéité avec la paroi (126, 226, 326) par la réaction du métal gonflable (110, 210, 310, 410) avec le fluide réactif (116, 216, 316, 416). Procédé selon la revendication 12, dans lequel le contact produit de l’hydrogène gazeux et le procédé comprend en outre l’évacuation de l’hydrogène gazeux à travers des bouchons de cimentation (124) positionnés entre l’élément d’étanchéité activable (102) et la paroi (126). Procédé selon revendication 12, dans lequel le fluide réactif (116, 216, 316, 416) n’entre pas en contact avec le métal gonflable (110, 210, 310, 410) sans l’actionnement de l’élément mécanique (120, 220, 320, 420). Procédé selon la revendication 12, dans lequel l’utilisation de l’élément mécanique (102) comprend en outre l’ouverture d’un récipient ouvrable (118) contenant le fluide réactif (116).