"Procédé de forage de puits d'exploitation dans les couches
carbonifères en vue de la gazéification souterraine desdites
couches".
La présente invention concerne les procédés d'exploitation
des couches carbonifères et principalement les procédés pour
découvrir les couches carbonifères(pour accéder auxdites couches)
par forage de puits d'exploitation destinés à leur gazéification
souterraine. Le procédé proposé s'applique de préférence à
l'exploitation des gisements de houille, de schistes combustibles,
de roches bitumineuses et de pétrole lourd, sans recours à la
réalisation de mines. De plus, le procédé en question peut être
mis en oeuvre pour l'exploitation, sans réalisation de mines,
de gisements d'autres minéraux utiles par des méthodes physico-
chimiques fondées sur la gazéification, la fusion ou la lixiviation desdits minéraux utiles.
Le procédé proposé peut aussi être mis en oeuvre pour découvrir au moyen de puits d'exploitation les gisements de pétrole et de gaz, de même que pour découvrir les nappes aquifères à l'aide de sondages hydrogéologiques.
On connaît à présent un grand nombre de différents procédés permettant de découvrir les couches carbonifères pour réaliser leur gazéification souterraine au moyen de puits d'exploitation. L'un de ces procédés consiste à réaliser le forage d'un puits d'exploitation avec le concours d'un trépan et de boue de forage utilisée.pour consolider les parois du trou de puits
en cours de forage et pour l'évacuation des déblais jusqu'à
la surface.
Dans ce procédé, le puits d'exploitation est foré jusqu'à une profondeur inférieure de 3 à 5 m à la profondeur prévue de gisement du toit de la couche. Ensuite, on retire les tiges
de for.ge et le trépan utilisés et on y continue le forage à travers la couche de minéral utile avec un trépan d'un diamètre inférieur. Ce forage, réalisé lui aussi à l'aide de boue de
<EMI ID=1.1>
au moins la semelle de la couche. Ceci fait, on retire du puits le trépan et la colonne de tiges de forage et on détermine la profondeur de gisement du toit et de la semelle de la couche de minéral utile par le procédé de carottage géophysique. Ensuite, le puits de moindre diamètre est élargi jusqu'à la dimension du puits principal jusqu'à la profondeur où on prévoit de poser le sabot de tubage. On réalise le cuvelage du trou de forage par la colonne de tubage et, avec un trépan dont le diamètre est quelque peu inférieur au diamètre du tubage, on élargit la partie restante du puits de moindre diamètre et comprise entre le sabot du tubage et la semelle de la couche.
Dans ce procédé connu, le forage du puits en vue de déterminer la profondeur de gisement du toit et de la semelle
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de la couche est réalisé en recourant à la boue de forage.
Vu que la pression de la boue de forage dans le trou du puits est supérieure à la pression hydrostatique de l'eau contenue dans la couche carbonifère, il se produit une pénétration de
la boue de forage dans le système de fissures naturelles et
dans les zones perméables de la zone voisine du fond du puits, ainsi qu'une invasion des parois du trou de puits par la boue. Il en résulte une altération de la perméabilité naturelle de
la couche, rendant très difficile et parfois même impossible
la mise en communication des puits par le courant de fluide.
Il arrive quelquefois que la mise en communication des puits
a lieu non pas suivant la direction désirée, mais suivant une direction arbitraire aboutissant au toit de la couche carbonifère ou aux roches plus perméables disposées plus haut que ledit toit.
Un autre inconvénient du procédé connu réside dans les débits spécifiques élevés du milieu fluide utilisé, par exemple le l'air, de l'air suroxygéné, de l'oxygène ou de l'eau, qui
est refoulé sous une haute pression lors de la mise en communication des puits voisins.
En outre, la nécessité de 1' implantation les puits d'exploitation à de faibles distances l'un de l'autre aboutit
à une augmentation du nombre total de puits à forer sur la surface prévue pour la gazéification.
Un autre inconvénient du procédé connu réside dans la nécessité d'effectuer des opérations de montée et de descente lors du remplacement du trépan à section principale par un trépan à section inférieure et lors de l'élargissement du trou de puits de moindre diamètre jusqu'au diamètre principal du puits d'exploitation jusqu'à la profondeur à laquelle on prévoit l'installation du sabot du tubage dans la couche carbonifère.
Un autre inconvénient du procédé connu consiste aussi en l'utilisation de plusieurs trépans de différents diamètres. La nécessité de forer la couche carbonifère à 5 m au moins au-dessous de sa semelle dans la couche sous-jacente en vue de déterminer la profondeur de gisement de la couche, a des conséquences négatives pour le processus de mise en communication des puits par le milieu fluide ainsi que pour le processus de gazéification lui-même.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus.
Un autre but de la présente invention est de faciliter
et de réduire la durée de réalisation du processus de mise en communication des puits par le milieu fluide dans la masse de
la couche de minéral utile.
L'invention vise aussi à diminuer les débits spécifiques
du milieu fluide.
L'invention vise en outre à simplifier le processus de forage et à faciliter la détermination de la profondeur de gisement du toit et de la semelle de la couche.
Pour atteindre ces buts, l'invention vise à mettre au point un procédé pour découvrir une couche carbonifère par forage de puits d'exploitation en vue de sa gazéification souterraine, qui rendrait plus simple le forage et la détermination de la profondeur de gisement de la couche sans perturber la perméabilité naturelle de la couche dans toute son étendue depuis le sabot
du tubage jusqu'à la semelle de la couche.
Ce problème est résolu du fait que dans le procédé pour découvrir les couches carbonifères à l'aide de puits d'exploitation,du type comprenant le forage des puits, la détermination
de la profondeur de gisement de la couche et la mise en place
de la colonne de tubage, suivant l'invention on continue le forage des puits d'exploitation jusqu'à accéder au toit de la couche, on l'interrompt après la pénétration dans la partie supérieure de la couche et on détermine la profondeur de gisement du toit et de la semelle de la couche, ensuite on reprend le forage de la couche, en laissant un pilier de roche, jusqu'à la profondeur permettant de mettre en communication entre eux les puits mutuellement voisins par le moyen d'un milieu fluide passant à travers la masse de la couche, on installe dans le puits la colonne de tubage et on procède au forage du pilier de roche précité depuis le sabot de tubage jusqu'à la semelle de la couche.
Le procédé proposé pour découvrir les couches carbonifères par forage de puits d'exploitation permet d'appliquer une technologie plus simple pour découvrir les couches lors du forage des puits d'exploitation, d'élever l'efficacité de la mise en communication des puits voisins par le milieu fluide
à travers la masse de la couche en vue de sa gazéification ultérieure, et de créer des conditions favorables à une utilisation plus complète des réserves des couches carbonifères.
Le procédé proposé exclut la nécessité de forer la couche carbonifère au-dessous de la semelle de la couche afin de réaliser les travaux de carottage géophysique. Il exclut complètement toutes les opérations de montée et de descente
des tiges de forage et du trépan, nécessaires pour le remplacement des trépans de différents diamètres lors du forage de la couche carbonifère et lors de l'élargissement du trou du puits jusqu'à la profondeur de mise en place du sabot du tubage.
Suivant l'invention, il est avantageux de déterminer la profondeur de gisement du toit de la couche en recourant au carottage aux rayons gamma, l'appareil pour le carottage aux rayons gamma étant dans ce cas abaissé à l'intérieur de la colonne de tiges de forage.
L'utilisation du carottage aux rayons gamma à travers la colonne de tiges de forage permet d'effectuer sans difficultés les explorations géophysiques dans la colonne de tiges de forage et de réduire la durée de cette opération.
Il est utile de se servir d'un agent gazeux pour le forage du pilier laissé entre le sabot du tubage et la semelle de la couche.
<EMI ID=2.1>
Suivant une autre version de mise en oeuvre du procédé
de l'invention, le forage du pilier laissé entre le sabot du tubage et la semelle de la couche est réalisé au moyen d'eau.
L'utilisation de l'agent gazeux pour le forage du pilier de couche carbonifère laissé entre le sabot du tubage et la semelle de la couche permet de conserver dans cette partie de la couche la perméabilité naturelle, ce qui contribue à réduire le débit spécifique du milieu fluide pour la mise en communication des puits voisins à travers la masse de la couche dans sa partie inférieure, de même qu'à diminuer la durée de forage des puits.
Dans ce qui suit, l'invention est mieux expliquée par la description d'un exemple de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente une couche carbonifère dans laquelle est foré un puits d'exploitation, avec, à l'intérieur de celui-ci, un trépan introduit dans la partie supérieure de la couche carbonifère ;
- la figure 2 représente un puits d'exploitation dans lequel se trouvent une colonne de tiges de forage et un appareil de carottage aux rayons gamma introduit dans ladite colonne pour déterminer la profondeur de gisement du toit de la couche carbonifère ;
- la figure 3 est un diagramme illustrant la radio-activité naturelle à la limite de la couche carbonifère et des roches encaissantes, et dans lequel :
X est l'axe des abscisses (en millicuries),
heure
Y est l'axe des ordonnées sur lequel est portée la profondeur en mètres ;
- la figure 4 représente un puits d'exploitation foré jusqu'à la profondeur de mise en place du sabot de la colonne de tiges de forage ; - la figure 5 représente un puits d'exploitation dans lequel se trouve la colonne de tubes de cuvelage ;
- la figure 6 représente un puits d'exploitation après forage, à l'aide d'un agent gazeux, du pilier de roche laissé auparavant entre le sabot de la colonne de tiges de forage et la semelle de la couche.
Le forage des puits d'exploitation destinés à découvrir
les couches carbonifères conformément au procédé proposé peut être mis à l'oeuvre à l'aide de tout équipement de forage connu actuellement, et permettant de forer des puits d'un diamètre compris entre 250 et 400 mm ou plus, jusqu'à une profondeur allant de 300 à 400 m ou plus.
L'équipement de forage comprend ordinairement une colonne
de tiges de forage 1 sur l'extrémité de laquelle est fixé un trépan 2 et un dispositif (non représenté) d'avancement et de rotation des tiges et du trépan.
On procède au forage du puits d'exploitation 3 en se référant à un tableau de renseignements préalables concernant
la profondeur de gisement de la couche carbonifère 4 et dressé par exemple lors des travaux de prospection géologique. En possédant ainsi les renseignements relatifs à la profondeur de gisement du toit et de la semelle de la couche, on peut forer avec une précision suffisante un puits d'exploitation et contrôler la pénétration du trépan dans la couche carbonifère.
Le forage du puits d'exploitation 3 conformément au procédé proposé se fait avec un trépan 2 dont le diamètre est ordinairement de 114 mm. On continue le forage jusqu'à accéder au toit
de la couche carbonifère, en utilisant pour cela la boue de forage (figure 1). On contrôle l'entrée en contact du trépan 2 avec le toit 5 de la couche carbonifère 4 d'après la profondeur connue de gisement du toit 5 de la couche 4, ainsi que d'après
la variation de la vitesse de forage et de la couleur de la boue de forage lors de la pénétration du trépan 2 dans la couche carbonifère 4.
On cesse le forage après la pénétration du trépan 2 dans
la couche carbonifère 4. La profondeur de pénétration du trépan
2 dans la couche 4 doit assurer la possibilité' de réaliser les travaux de carottage aux rayons gamma en vue de déterminer la profondeur de gisement du toit de la couche carbonifère. De façon générale, la profondeur de pénétration du trépan 2 dans
la couche carbonifère 4 est comprise entre 0,6 et 1,2 m.
Ensuite, à l'aide d'un câble 6de mesure et de diagraphie,
on descend à l'intérieur de la colonne de tiges de forage 1
un appareil 7 de carottage aux rayons gamma, qui est un appareil largement connu, destiné à mesurer la radio-activité naturelle avec enregistrement de ses indications sur une bande de papier, par exemple.
En partant des indications de l'appareil et de la longueur du câble de mesure et de diagraphie on précise la profondeur
de gisement du toit 5 de la couche 4 (figure 2).
Les auteurs de l'invention ont constaté qu'il existait des différences prononcées entre les caractéristiques de la radioactivité naturelle des couches carbonifères, par exemple, des couches de houille et des roches encaissantes qui sont en général des roches sédimentaires (roches sabloneuses-argileuses, calcaires, marnes, etc). Dans tous les cas, la radio-activité naturelle des roches encaissantes s'est révélée plus haute que celle de la couche carbonifère constituée par exemple de charbon brun et de houille. Même en tenant compte d'un certain effet d'écran dû à l'action des parois métalliques des tiges de forage, on voit nettement sur la courbe de radio-activité naturelle A
la limite de la profondeur de gisement de la couche carbonifère
4 et des roches encaissantes (figure 3). Ayant déterminé la limite de gisement de la couche carbonifère en partant des indications de l'appareil et ayant déterminé sa profondeur de gisement, on
/ obtient la profondeur réelle de gisement du toit de la couche carbonifère à chaque puits d'exploitation après avoir réalisé l'interprétation des courbes de radio-activité naturelle.
On précise ensuite la profondeur de gisement de la semelle
8 de la couche carbonifère 4, ce qui peut être réalisé par tout procédé et, en particulier, par la méthode d'addition de la valeur connue de la profondeur de gisement du toit de la couche
à la valeur de la puissance de la couche déterminée précédemment.
Etant ainsi en possession des données relatives aux profondeurs de gisement du toit et de la semelle de la couche, on continue à forer le puits d'exploitation jusqu'à une profondeur permettant de laisser, entre l'extrémité de l'outil de forage et la semelle 8
de la couche 4, un pilier de roche 9 assurant la possibilité de mise en communication des puits mutuellement voisins (non représentés sur les figures ) par un fluide passant à travers la masse
de la couche de la façon indiquée par les flèches sur la figure 4. Cette épaisseur est comprise généralement entre 0,6 et 2,0 m et dépend de la puissance de la couche carbonifère.
Cela fait, on cesse le forage et on retire l'outil de
forage du puits.
Ainsi donc, le forage du puits d'exploitation 3 jusqu'à la profondeur de mise en place du sabot 11 de la colonne de tubes
de cuvelage 10 se fait en une seule passe tout en permettant de préciser la profondeur de gisement du toit de la couche carbonifère.
Ensuite, on met en place les tubes de cuvelage 10 d'une manière connue en soi (figure 5).
Ceci fait, on effectue le forage du pilier de roche 9 laissé entre le sabot 11 de la colonne de tubes de cuvelage 10 et la semelle 8 de la couche 4, en recourant pour cela à un agent gazeux
(figure 6) et à un trépan dont le diamètre est égal à celui des tubes de cuvelage.
<EMI ID=3.1>
Pendant cette opération on détermine avec précision, si besoin est, la profondeur réelle de gisement de la semelle 8 de la couche 4 en utilisant pour le forage une couronne de carottage et un agent galeux.
Ainsi donc, le forage du puits jusqu'à la profondeur de mise en place du sabot du tubage se fait en une seule passe. La mise en oeuvre de l'invention assure un abaissement de 20 % des frais de forage et une réduction de la durée de forage des puits d'exploitation, ainsi que du nombre de types et de cotes des trépans utilisés (deux au lieu de trois).
La pratique prouve que les débit spécifiques du milieu fluide lors de la mise en communication des puits entre eux diminuent de 2-3 fois. En même temps, on arrive à augmenter de 2 fois et plus la distance entre les puits d'exploitation, à diminuer le nombre total de puits d'exploitation à forer et à élever d'au moins deux à trois fois la vitesse de mise en communication des puits par le milieu fluide.
Grâce à la directivité. de la mise en communication des puits dans la partie inférieure de la couche, on obtient une plus complète utilisation des réserves et une extraction des constituants combustibles par le procédé de gazéification de la couche carbonifère allant jusqu'à 90-100 % de leur teneur totale.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.
<EMI ID=4.1>
REVENDICATIONS
1. Procédé de forage de puits d'exploitation dans les couches carbonifères pour la gazéification souterraine desdites couches, du type comprenant le forage d'un puits d'exploitation, la détermination de la profondeur de gisement du toit (5) et de la semelle (8) de la couche carbonifère (4) et la mise en
place d'une colonne de tubes de cuvelage (10), c a r a c t é r is é en ce qu'il consiste à forer le puits d'exploitation (3) jusqu'à accéder au toit (5) de la couche (4), à cesser le
forage après la pénétration dans la partie supérieure de la couche (4) et à déterminer la profondeur de gisement du toit (5) et de la semelle (8) de la couche (4), à continuer ensuite le forage de la couche (4) jusqu'à une profondeur permettant de laisser un pilier de roche (9) permettant la mise en communication des puits mutuellement voisins par un fluide passant
à trav rs la masse de la couche (4), à installer dans le puits la colonne de tubes de cuvelage (10) et à procéder enfin au forage du pilier de roche (9) laissé depuis le sabot (11) de
la colonne de tubes de cuvelage (10) jusqu'à la semelle (8)
de la couche (4).
2. Procédé de forage des couches carbonifères suivant la