Brevet FR3130872A1 — publié le 20230623

L’invention concerne un dispositif de nettoyage et de régénération (10) pour équipement de forage, destiné à être introduit dans la colonne d’exploitation (2) dudit équipement en regard d’une portion de crépine (3), ledit dispositif comportant des moyens de pompage (22) ainsi qu’un générateur (11) apte à générer des séquences d’impulsions de fluide sous haute pression provoquant la génération d’ondes de chocs à cisaillement à l’intérieur de ladite colonne d’exploitation ; ledit dispositif comporte également : - au moins une première paire d’obturateurs (12, 13 ; 14, 15) comprenant chacun une membrane élastiquement déformable (16) apte à gonfler radialement sous l’action d’un fluide de sorte à venir s’appliquer hermétiquement contre la paroi interne de ladite crépine ; - au moins une première prise d’aspiration (18 ; 19) pilotable de manière déportée depuis la surface et positionnée entre les obturateurs de ladite première paire en étant reliée fluidiquement auxdits moyens de pompage. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de nettoyage et de régénération pour équipement de forage La présente invention a trait de manière générale au domaine des équipements de forage, notamment d’eau potable. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de nettoyage et de régénération d’un tel équipement de forage. Assurant l’interface entre le terrain et une station de pompage, un équipement de forage se compose classiquement d’une colonne d’exploitation s’étendant longitudinalement le long d’un trou foré verticalement dans le terrain et comprenant dans sa partie supérieure un tubage de soutènement plein permettant d’assurer le maintien des parois du forage ainsi que d’isoler les arrivées d’eau non captées. Dans le prolongement inférieur du tubage de soutènement, cette colonne d’exploitation comprend également une crépine filtrante présentant fréquemment un diamètre inférieur à ce tubage et s’étendant le long d’au moins une partie d’une zone de terrain aquifère. Cette crépine filtrante a pour fonction d’assurer la production d’eau sans venue de sable en induisant des pertes de charge minimales. Afin de limiter l’érosion du terrain aquifère et l’entrainement des particules détachées dans la colonne d’exploitation, il est courant de disposer un massif filtrant, formé de graviers entre la crépine filtrante et ce terrain aquifère, et dont la granulométrie (c'est-à-dire la taille et la distribution des grains) est adaptée aux caractéristiques du terrain. Après un certain nombre d’années d’exploitation, le rendement d’un équipement de forage (c’est-à-dire son débit exploitable) a tendance à diminuer sensiblement du fait notamment des concrétions apparaissant sur les parois internes de la crépine, des dépôts minéraux et de biomasse s’accumulant au niveau des ouvertures de cette crépine, ainsi que du tassement et du colmatage du massif filtrant. Plusieurs techniques permettent d’assurer le nettoyage et la régénération des équipements de forage. L’une d’entre elles consiste à opérer un traitement chimique en injectant un acide dans la colonne d’exploitation (par exemple, de l’acide chlorhydrique en solution aqueuse, de l’acide acétique, ou bien encore un acide de la famille des glutamates). Ce type de traitement implique un arrêt relativement long de l’exploitation du forage et ne permet pas d’assurer un décolmatage efficace des canaux alimentant ce forage et constitués par les microfissures, microfailles ou anfractuosités naturelles présentes dans le terrain aquifère autour du massif filtrant. En outre, sa mise en œuvre est décriée d’un point de vue environnemental car elle peut entrainer une contamination des nappes phréatiques. Une autre technique connue par exemple du document brevet EP 0 819 207 B1 consiste à générer des séquences d’impulsions de fluide inerte sous haute pression au moyen d’un générateur d’impulsions introduit dans la colonne d’exploitation au niveau de la crépine. La libération soudaine et répétée du gaz ou du liquide sous pression dans cette colonne d’exploitation génère une bulle de fluide à haute pression qui lorsqu’elle s’effondre sur elle-même (phénomène de cavitation) crée une onde de choc venant décomposer et disperser les éléments solides colmatant les crépines, le massif filtrant et le terrain aquifère. La décompression du gaz ou du liquide injecté provoque un reflux de l’eau et des particules désagrégées à l’intérieur de la colonne d’exploitation où elles sont aussitôt pompées par une pompe fonctionnant en continu et disposée dans la partie supérieure de cette colonne d’exploitation. Une telle technique de régénération nécessite toutefois, pour une efficacité de régénération optimale, l’utilisation de générateurs d’ondes acoustiques ou hydrauliques d’une grande puissance et donc d’un coût de revient élevé. La consommation électrique et en gaz de ce type de générateurs d’ondes acoustiques s’avère en outre particulièrement importante. La présente invention vise donc à améliorer la situation. Elle propose à cet effet un dispositif de nettoyage et de régénération pour équipement de forage, destiné à être introduit dans la colonne d’exploitation dudit équipement de forage en regard d’une portion de crépine de ladite colonne, ledit dispositif comportant des moyens de pompage ainsi qu’un générateur apte à générer des séquences d’impulsions de fluide sous haute pression provoquant la génération d’ondes de chocs à cisaillement à l’intérieur de ladite colonne d’exploitation ; caractérisé en ce que ledit dispositif comporte également : - au moins une première paire d’obturateurs comprenant chacun une membrane élastiquement déformable apte à gonfler radialement sous l’action d’un fluide injecté via une conduite de gonflage de sorte à venir s’appliquer hermétiquement contre la paroi interne de ladite crépine ; - au moins une première prise d’aspiration pilotable de manière déportée depuis la surface et positionnée entre les obturateurs de ladite première paire en étant reliée fluidiquement auxdits moyens de pompage. Le dispositif de nettoyage et de régénération selon l’invention permet de concentrer verticalement la propagation des ondes de choc de sorte à optimiser leur déploiement radial au travers du massif filtrant et surtout du terrain aquifère. La régénération d’un équipement de forage peut ainsi être obtenue en utilisant des générateurs d’ondes acoustiques ou hydrauliques de moindre puissance, présentant un coût de revient et une consommation électrique nettement inférieurs. Selon un premier mode de réalisation préféré du dispositif, les obturateurs constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés au-dessus ou en dessous dudit générateur d’impulsions. Selon un perfectionnement avantageux de ce premier mode de réalisation permettant d’obtenir notamment une meilleure propagation radiale des ondes de chocs, les obturateurs constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés au-dessus dudit générateur d’impulsions, ledit dispositif comportant en outre : - une seconde paire d’obturateurs positionnés en dessous dudit générateur d’impulsions ; et - une seconde prise d’aspiration positionnée entre les obturateurs de ladite seconde paire et étant reliée fluidiquement auxdits moyens de pompage. Afin de moduler les vitesses d’aspiration de l’eau et son sens d’écoulement autour de la crépine, lesdites première et seconde prises d’aspiration sont avantageusement pilotables chacune de manière individuelle. Selon un second perfectionnement avantageux de ce premier mode de réalisation permettant d’obtenir des vitesses d’aspiration optimum dans un premier sens longitudinal, les obturateurs constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés au-dessus dudit générateur d’impulsions, ledit dispositif comportant en outre un troisième obturateur positionné en dessous dudit générateur d’impulsions. Selon un troisième perfectionnement avantageux de ce premier mode de réalisation permettant d’obtenir des vitesses d’aspiration optimum dans un second sens longitudinal, les obturateurs constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés en dessous dudit générateur d’impulsions, ledit dispositif comportant également un troisième obturateur positionné au-dessus dudit générateur d’impulsions. Afin d’améliorer la force d’aspiration de l’eau dans le sens radial, l’écartement entre deux obturateurs de chaque dite paire d’obturateurs est de préférence inférieur ou égal à 600 millimètres (mm). Toujours avec le même objectif d’optimiser la force d’aspiration de l’eau dans le sens radial, chaque dite prise d’aspiration est disposée préférentiellement de sorte à se trouver à équidistance longitudinale des deux obturateurs entre lesquels elle est positionnée. Selon un second mode de réalisation préféré du dispositif, lesdits obturateurs constituant ladite première paire d’obturateurs sont respectivement positionnés au-dessus et en dessous dudit générateur d’impulsions. De manière générale et afin de limiter les contraintes mécaniques s’exerçant sur elles, les membranes desdits obturateurs présentent avantageusement un taux d’expansion radial inférieur ou égal à 2. Selon une autre caractéristique de réalisation préférée permettant leur raccordement aux autres éléments dudit dispositif, chacun desdits obturateurs comporte également deux raccords de fixation couplés aux deux extrémités longitudinales de sa membrane. De manière à faciliter l’expansion radiale des membranes et dans le cadre d’une utilisation du dispositif sur des équipements de forage traversant des terrains aquifères non sablonneux, chacun desdits obturateurs peut comporter en outre de manière avantageuse deux manchons liés rigidement aux deux extrémités longitudinales de sa membrane et montés coulissants sur lesdits raccords de fixation. Afin d’homogénéiser la force d’aspiration autour des prises d’aspiration, chacune d’entre elles comporte avantageusement un manchon tubulaire comprenant plusieurs orifices d’aspiration agencés coplanairement et angulairement répartis de manière régulière le long de sa périphérie. Le diamètre de ces orifices d’aspiration sera par exemple compris entre 15 et 20 millimètres. De manière à permettre une plus grande souplesse de mise en œuvre du dispositif, les moyens de pompage comportent avantageusement une pompe hydraulique. Enfin et pour certaines configurations particulières d’équipements de forage, on peut également prévoir de mettre en œuvre des moyens de pompage de type « airlift ». L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d’un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : représente une vue schématique en coupe d'un équipement de forage dans la colonne d’exploitation duquel a été introduit un dispositif de nettoyage et de régénération selon l’invention ; , , , , , , , , , , et sont des vues schématiques illustrant différents modes de fonctionnement du dispositif de nettoyage et de régénération selon l’invention ; et , , , , , et représentent des vues schématiques d’équipement de forage dans la colonne d’exploitation duquel ont été respectivement introduits des dispositifs de nettoyage et de régénération conformes à différentes variantes l’invention. Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) pour équipement de forage, destiné à être introduit dans la colonne d’exploitation (2) dudit équipement de forage en regard d’une portion de crépine (3) de ladite colonne (2), ledit dispositif comportant des moyens de pompage (22) ainsi qu’un générateur (11) apte à générer des séquences d’impulsions de fluide sous haute pression provoquant la génération d’ondes de chocs à cisaillement (C) à l’intérieur de ladite colonne d’exploitation (2) ; caractérisé en ce que ledit dispositif comporte également : - au moins une première paire d’obturateurs (12, 13 ; 14, 15 ; 12, 15 ; 12, 14 ; 13, 15) comprenant chacun une membrane élastiquement déformable (16) apte à gonfler radialement sous l’action d’un fluide injecté via une conduite de gonflage de sorte à venir s’appliquer hermétiquement contre la paroi interne de ladite crépine (3) ; - au moins une première prise d’aspiration (18 ; 19) pilotable de manière déportée depuis la surface et positionnée entre les obturateurs (12, 13 ; 14, 15 ; 12, 15 ; 12, 14 ; 13, 15) de ladite première paire en étant reliée fluidiquement auxdits moyens de pompage (22). Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les obturateurs (12, 13 ; 14, 15) constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés au-dessus ou en dessous dudit générateur d’impulsions (11). Dispositif de nettoyage et de régénération (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les obturateurs constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés au-dessus dudit générateur d’impulsions (11), ledit dispositif comportant en outre : - une seconde paire d’obturateurs (14, 15) positionnés en dessous dudit générateur d’impulsions (11) ; et - une seconde prise d’aspiration (19) positionnée entre les obturateurs (14, 15) de ladite seconde paire et étant reliée fluidiquement auxdits moyens de pompage (22). Dispositif de nettoyage et de régénération (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites première et seconde prises d’aspiration sont pilotables chacune de manière individuelle. Dispositif de nettoyage et de régénération (30) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les obturateurs (12, 13) constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés au-dessus dudit générateur d’impulsions (11), ledit dispositif comportant en outre un troisième obturateur (14) positionné en dessous dudit générateur d’impulsions (11). Dispositif de nettoyage et de régénération (40) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les obturateurs (14, 15) constituant ladite première paire d’obturateurs sont positionnés en dessous dudit générateur d’impulsions (11), ledit dispositif comportant également un troisième obturateur (13) positionné au-dessus dudit générateur d’impulsions (11). Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60) selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l’écartement entre deux obturateurs (12, 13 ; 14, 15) de chaque dite paire d’obturateurs est inférieur ou égal à 600 millimètres. Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60) selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que chaque dite prise d’aspiration (18 ; 19) est disposée de sorte à se trouver à équidistance longitudinale des deux obturateurs (12, 13 ; 14, 15) entre lesquels elle est positionnée. Dispositif de nettoyage et de régénération selon (70, 80, 90) la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits obturateurs (12, 15 ; 12, 14 ; 13, 15) constituant ladite première paire d’obturateurs sont respectivement positionnés au-dessus et en dessous dudit générateur d’impulsions (11). Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les membranes (16) desdits obturateurs présentent un taux d’expansion radial inférieur ou égal à 2. Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chacun desdits obturateurs comporte également deux raccords de fixation (17A, 17B) couplés aux deux extrémités longitudinales de sa membrane (16). Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon la revendication 11, caractérisé en ce que chacun desdits obturateurs comporte en outre deux manchons liés rigidement aux deux extrémités longitudinales de sa membrane (16) et montés coulissants sur lesdits raccords de fixation (17A, 17B). Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que chaque dite prise d’aspiration (18, 19) comporte un manchon tubulaire comprenant plusieurs orifices d’aspiration (20) agencés coplanairement et angulairement répartis de manière régulière le long de sa périphérie. Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits orifices d’aspiration présentent un diamètre compris entre 15 et 20 millimètres. Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon l’une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de pompage comportent une pompe hydraulique (22). Dispositif de nettoyage et de régénération (10 ; 30 ; 40 ; 50 ; 60 ; 70 ; 80 ; 90) selon l’une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de pompage sont de type « airlift ».