CA2430243A1 - Methode et systeme pour augmenter la resistance a la pression d'un cuvelage - Google Patents
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Abstract
Méthode permettant d'améliorer la résistance en pression extérieure d'un tub e mis en place dans un puits préalablement cuvelé, qui offre un passage à travers son cuvelage de dimension réduite, la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comprend la descente du tube sous une première forme (2) dont les dimensions sont inférieures à la section réduite, la mise en forme pour le faire passer de ladite première forme à une deuxième forme (3) sensiblement cylindrique ayant une dimension supérieur à la section réduite et l'expansio n par déplacement d'un mandrin dilatateur cylindrique à travers le tube dont l a valeur d'expansion est comprise entre 2 et 10 % de la valeur des diamètres extérieurs.
Description
'.7-12-2002 . FR0103099 . ' . .021222 FW3PCT' METHODE ET SYSTEME PERMETTANT D'AMELIORER LA RÉSISTANCE
A LA PRESSION EXTÉRIEURE D'UN TUBE DANS UN PUITS
Domaines d'auulication : - ~ -s Cette invention concerne les installations de cuvelage des puits de pétrole ét en particulier une méthode et système pour améliorer la résistance en pression extérieure d'un tube descendu dans un puits à travers un ~ cuvelage précédent de diamètre réduit, nécessitant une déformation plastique pour ensuite reprendre ses dimensions finales dans une cavitë située en dessous du diamètre réduit du cuvelage précédent.
États de la technioae D'une manière habituelle, les puits pétroliers sont forés en installant un ~
cuvelage conducteur à une première profondeur puis en forant le puits jusqu'à une deuxième profondeur. Habituellement, un. cuvelage formé par~l'assemblage à l'aide d'un connecteur des longueurs de tube, chacune faisant environ 12 mètres de long, est descendue à
travers le cuvelage conducteur jusqu'à la deuxième profondeur. Un laitier de ciment est alors injecté
dans le cuvelage pour remonter dans l'espace annulaire entre le cuvelagè et les parois du puits. Le forage reprend jusqu'à une troisième profondeur et le procédé est répété avec un cuvelage de plus petit diamètre concentrique. Un cuvelage de diamètre encore plus réduit peut ' être installé à une 4~" profondeur.
Les cuvelages servent à supporter les parois du puits et empêcher la perte des boues de forage dans les terrains, ou la production de fluides des terrains vers Ie puits, à partir de couches autres . que la zone de production prnj etée. La. configuration concentrique de cuvelages de plus en plus petits demande un forage de grand diamètre à la partie supérieure , du puits du fait de l'épaisseur des cuvelages et des connecteurs et également du minimum de jeu nécessaire à la circulation du ciment entre le cuvelage et la paroi du puits.
Il existe des méthodes comme celle décrite pàr 1e brevet US 5,794,702 de l'inventeur, qui définit un système de cuvelage en continu permettant de descendre rapidement un cuvelage continu dans un puüs. Le cuvelage est enroulé par déformation plastique sur de larges 3o bobines. Une unité d'injection redresse le cuvelage et replie sa section transversale en forme de fer à cheval à mesure qu'elle est déroulée de la. bobine pour entrer dans le puits. Lorsque 1e cuvelage .a atteint sa profondeur d'installation, il est réouvert mécaniquement oû
hydrauliquement.
_Daars 1_ AMENDED SHEET
27-12-2002 ~ . . FR01030' La brevet US 5,?94,702 de l'inventeur décrit une méthode pour cuveler un puits de forage comprenant la descente d'un cuvelage ~. section repliée radialement, puis son regonflage par pompage d'un fluide dans sa configuration.cylindrique. Egalement, les brevets US 5,979,560 et 6,253,852 de l'inventeur décrivent des appareils de fond de puits comprenant des sections de tubes qui sont pliées longitudinalement pour permettre leur descente dans le puits puis regonfl6es par pression interne pour reprendre leur forme cylindrique initiale.
On peut également descendre dans un cuvelage, un cuvelage de plus petit diamètre de forme cylindrique et augmenter son diamètre par.dilatation de la paroi du tube qui le compose à l'aide d'un mandrin expansif. Dans ce cas on pousse ou tire un mandrin dilatateur 1o comprenant un gremier diamètre égal au diamétre intérieur du tube et un second diamètre égal au diam8tre intérieur que l'on désire obtenu, ces deux diamètres étant reliés par un tronc de cône. C'est sur ce tronc de cône que se produit la dilatation plastique de la paroi du tube qui doit être au moins de l'ordre de 15% en augmentation de diambtre extérieur, et c'est la longueur axiale de cc c8ne qui limite l'épaisseur du tube envisageable du fait du risque de is provoquer des fissures par striction initiées sur des micro- défauts dans la zone qui est trës fortement allongée plastiqueznent.
Ces différentes méfihodes permettent donc la mise en place d'un tube d'un diamétre donné
à travers un tube précëdent d'un diamètre réduit nécessitant une déformaüon plastique pour prendre ses dimensions finales dans une cavité située en dessous un cuvelage précédent de 20 ~ diamètre réduit et par déformation plastique en une seule passe, lui dormer son diamètre final.
Mais cette opëration donne soit une secüon irrégulibre au tube, qui consérve la marque des plis realisés lors du pliage dans le cas ou la section a été initialement pliée, soit est limitée en épaisseur dans Ie cas ou le tube est initialement cylindrique et est simplement dilaté. Du fart de ces irrégularités ou d'une épaisseur réduite, la résistance à la pression extérieure est 25 grandement diminué par rapport aux cuvelages équivalents mis en place d'une façon tradüionnelle, les suivants plus petits à travers les précédents plus gros.
Eacnosé de l'invention Par conséquent, le but de l'invention est d'o~ir une méthode pour améliorer 1a rësistance 3o à la. pression extérieure des tubes qui doivent être déformés plastiquement pour prendre leurs formes et dimensions définitives quelque soit la technique utilisée pour les introduire dans le puits. Cette méthode améliore 1a résistance ~, la. pression extérieure des tubes en améliorant -ptl4P ~i.-AMENDED SHEET
a.
021222 FW3PCT' d'une part 1a circularité de la section et d'autre part en permettant l'utilisation de tubes .de forte épaisseur.
L'objet de l'invention est donc une méthode permettant d'améliorer Ia résistance en pression extérieure d'un tube cylindrique mis en place dans un puits préalablement. cuvelé, offrant un passage à travers son cuvelage de dimension réduite, la méthode comprenant la descente du tube sous une première forme dont les dimensions sont inférieures à la section réduite, la mise en forme pour le faire passer de la première forme dans une deuxième forme sensiblement cylindrique ayant une dimension supérieure à la section réduite et caractérisée par l'expansion par dilatation du tube cylindrique sous la deuxième forme par dëplacement 1o d'un mandrin dilatateur cylindrique à travers lui-même, la valeur d'expansion périphérique étant comprise entre 2 e~i 10 % de la valeur du périmètre inüial.
Cette méthode s'applique au système de cuvelage en diamètre unique qui consiste à
descendre l'ensemble d'un cuvelage dans un puits à travers un cuvelage précédent d'un diamètre prédéterminé, et d'agrandir ce cuvelage par dépliage ou expansion au diamètre prédéterminé.
. Plus généralement, cette méthode s'applique à fouie section de tube qui doit momentanément passer à travers une ouverture de dimension inférieure lors de sa descente dans un puits et doit reprendre par déformation plastique un diamètre final supérieur aux dimensions de f ouverture par laquelle elle a du momentanément passer.
2o Dans une caractérisation de (invention, le mandrin dilatateur sera déplacé
par (application d'une pression en arriëre, l'étanchéité du mandrin dans le cuvelage étant situëe en avant de la .
forme d' expansion du mandrin dilatateur.
Brève description des dessins La figure 1 est une vue en coupe de la section du tube initial tel que fabriqué.
La figure 2 est une vue en coupe de la section du tube replié tel qu'il est descendu dans le puits. .
La figure 3 est une vue en coupe de la section du tube regonflé par la pression du fluide d'ouverture.
3o La figure 4 est une vue en coupe de Ia section du tube final légèrement expansé donnant un passage suffisant pour l'introduction du tube suivant selon la figure 2.
La figure 5 est une vue en perspective du calibre dilatateur des deux premiers mode de mise en aeuvre de (invention.
_Paao ~_ AMENDED SHEET
27-12-2002 . FR01030;
La figure 6 est une vue en coupe partielle en perspective du passage du calibre dilatateur des deux premiers modes de mise en aeuvre de l'invention.
La figure 7 est une vue en perspective d'un appareil replië passant à travers un cuvelage de diamètre réduit.
La figure 8 est une vue en coupe parüelle en perspective du cuvelage de cuvelage final.
installé.
La. figure 9 est une vue en perspective du calibre dilatateur double. .
La figure 10 est une we en coupe parfiielle en perspective du passage du calibre dilatateur double.
1o La figure 11 est une vue en coupe partielle en perspective d'un cuvelage replié.
La figure 12 est une vue en coupe partielle en perspective d'un cuvelage expansible.
La. figure 13 est une we en coupe partielle en perspective du cuvelage final avec la tête de cuvelage forgée dans le pied de cuvelage du cuvelage prëcédent et le sabot foré.
D, escriution détaillée de l'invention : . . .
Sur la figure 1, la section du tube 1 tel qu'il est fabriqué est circulaire et rëguliére. Avant d'être transporté sur Ie chantier de forage, ce tube est replié en forme de U
A LA PRESSION EXTÉRIEURE D'UN TUBE DANS UN PUITS
Domaines d'auulication : - ~ -s Cette invention concerne les installations de cuvelage des puits de pétrole ét en particulier une méthode et système pour améliorer la résistance en pression extérieure d'un tube descendu dans un puits à travers un ~ cuvelage précédent de diamètre réduit, nécessitant une déformation plastique pour ensuite reprendre ses dimensions finales dans une cavitë située en dessous du diamètre réduit du cuvelage précédent.
États de la technioae D'une manière habituelle, les puits pétroliers sont forés en installant un ~
cuvelage conducteur à une première profondeur puis en forant le puits jusqu'à une deuxième profondeur. Habituellement, un. cuvelage formé par~l'assemblage à l'aide d'un connecteur des longueurs de tube, chacune faisant environ 12 mètres de long, est descendue à
travers le cuvelage conducteur jusqu'à la deuxième profondeur. Un laitier de ciment est alors injecté
dans le cuvelage pour remonter dans l'espace annulaire entre le cuvelagè et les parois du puits. Le forage reprend jusqu'à une troisième profondeur et le procédé est répété avec un cuvelage de plus petit diamètre concentrique. Un cuvelage de diamètre encore plus réduit peut ' être installé à une 4~" profondeur.
Les cuvelages servent à supporter les parois du puits et empêcher la perte des boues de forage dans les terrains, ou la production de fluides des terrains vers Ie puits, à partir de couches autres . que la zone de production prnj etée. La. configuration concentrique de cuvelages de plus en plus petits demande un forage de grand diamètre à la partie supérieure , du puits du fait de l'épaisseur des cuvelages et des connecteurs et également du minimum de jeu nécessaire à la circulation du ciment entre le cuvelage et la paroi du puits.
Il existe des méthodes comme celle décrite pàr 1e brevet US 5,794,702 de l'inventeur, qui définit un système de cuvelage en continu permettant de descendre rapidement un cuvelage continu dans un puüs. Le cuvelage est enroulé par déformation plastique sur de larges 3o bobines. Une unité d'injection redresse le cuvelage et replie sa section transversale en forme de fer à cheval à mesure qu'elle est déroulée de la. bobine pour entrer dans le puits. Lorsque 1e cuvelage .a atteint sa profondeur d'installation, il est réouvert mécaniquement oû
hydrauliquement.
_Daars 1_ AMENDED SHEET
27-12-2002 ~ . . FR01030' La brevet US 5,?94,702 de l'inventeur décrit une méthode pour cuveler un puits de forage comprenant la descente d'un cuvelage ~. section repliée radialement, puis son regonflage par pompage d'un fluide dans sa configuration.cylindrique. Egalement, les brevets US 5,979,560 et 6,253,852 de l'inventeur décrivent des appareils de fond de puits comprenant des sections de tubes qui sont pliées longitudinalement pour permettre leur descente dans le puits puis regonfl6es par pression interne pour reprendre leur forme cylindrique initiale.
On peut également descendre dans un cuvelage, un cuvelage de plus petit diamètre de forme cylindrique et augmenter son diamètre par.dilatation de la paroi du tube qui le compose à l'aide d'un mandrin expansif. Dans ce cas on pousse ou tire un mandrin dilatateur 1o comprenant un gremier diamètre égal au diamétre intérieur du tube et un second diamètre égal au diam8tre intérieur que l'on désire obtenu, ces deux diamètres étant reliés par un tronc de cône. C'est sur ce tronc de cône que se produit la dilatation plastique de la paroi du tube qui doit être au moins de l'ordre de 15% en augmentation de diambtre extérieur, et c'est la longueur axiale de cc c8ne qui limite l'épaisseur du tube envisageable du fait du risque de is provoquer des fissures par striction initiées sur des micro- défauts dans la zone qui est trës fortement allongée plastiqueznent.
Ces différentes méfihodes permettent donc la mise en place d'un tube d'un diamétre donné
à travers un tube précëdent d'un diamètre réduit nécessitant une déformaüon plastique pour prendre ses dimensions finales dans une cavité située en dessous un cuvelage précédent de 20 ~ diamètre réduit et par déformation plastique en une seule passe, lui dormer son diamètre final.
Mais cette opëration donne soit une secüon irrégulibre au tube, qui consérve la marque des plis realisés lors du pliage dans le cas ou la section a été initialement pliée, soit est limitée en épaisseur dans Ie cas ou le tube est initialement cylindrique et est simplement dilaté. Du fart de ces irrégularités ou d'une épaisseur réduite, la résistance à la pression extérieure est 25 grandement diminué par rapport aux cuvelages équivalents mis en place d'une façon tradüionnelle, les suivants plus petits à travers les précédents plus gros.
Eacnosé de l'invention Par conséquent, le but de l'invention est d'o~ir une méthode pour améliorer 1a rësistance 3o à la. pression extérieure des tubes qui doivent être déformés plastiquement pour prendre leurs formes et dimensions définitives quelque soit la technique utilisée pour les introduire dans le puits. Cette méthode améliore 1a résistance ~, la. pression extérieure des tubes en améliorant -ptl4P ~i.-AMENDED SHEET
a.
021222 FW3PCT' d'une part 1a circularité de la section et d'autre part en permettant l'utilisation de tubes .de forte épaisseur.
L'objet de l'invention est donc une méthode permettant d'améliorer Ia résistance en pression extérieure d'un tube cylindrique mis en place dans un puits préalablement. cuvelé, offrant un passage à travers son cuvelage de dimension réduite, la méthode comprenant la descente du tube sous une première forme dont les dimensions sont inférieures à la section réduite, la mise en forme pour le faire passer de la première forme dans une deuxième forme sensiblement cylindrique ayant une dimension supérieure à la section réduite et caractérisée par l'expansion par dilatation du tube cylindrique sous la deuxième forme par dëplacement 1o d'un mandrin dilatateur cylindrique à travers lui-même, la valeur d'expansion périphérique étant comprise entre 2 e~i 10 % de la valeur du périmètre inüial.
Cette méthode s'applique au système de cuvelage en diamètre unique qui consiste à
descendre l'ensemble d'un cuvelage dans un puits à travers un cuvelage précédent d'un diamètre prédéterminé, et d'agrandir ce cuvelage par dépliage ou expansion au diamètre prédéterminé.
. Plus généralement, cette méthode s'applique à fouie section de tube qui doit momentanément passer à travers une ouverture de dimension inférieure lors de sa descente dans un puits et doit reprendre par déformation plastique un diamètre final supérieur aux dimensions de f ouverture par laquelle elle a du momentanément passer.
2o Dans une caractérisation de (invention, le mandrin dilatateur sera déplacé
par (application d'une pression en arriëre, l'étanchéité du mandrin dans le cuvelage étant situëe en avant de la .
forme d' expansion du mandrin dilatateur.
Brève description des dessins La figure 1 est une vue en coupe de la section du tube initial tel que fabriqué.
La figure 2 est une vue en coupe de la section du tube replié tel qu'il est descendu dans le puits. .
La figure 3 est une vue en coupe de la section du tube regonflé par la pression du fluide d'ouverture.
3o La figure 4 est une vue en coupe de Ia section du tube final légèrement expansé donnant un passage suffisant pour l'introduction du tube suivant selon la figure 2.
La figure 5 est une vue en perspective du calibre dilatateur des deux premiers mode de mise en aeuvre de (invention.
_Paao ~_ AMENDED SHEET
27-12-2002 . FR01030;
La figure 6 est une vue en coupe partielle en perspective du passage du calibre dilatateur des deux premiers modes de mise en aeuvre de l'invention.
La figure 7 est une vue en perspective d'un appareil replië passant à travers un cuvelage de diamètre réduit.
La figure 8 est une vue en coupe parüelle en perspective du cuvelage de cuvelage final.
installé.
La. figure 9 est une vue en perspective du calibre dilatateur double. .
La figure 10 est une we en coupe parfiielle en perspective du passage du calibre dilatateur double.
1o La figure 11 est une vue en coupe partielle en perspective d'un cuvelage replié.
La figure 12 est une vue en coupe partielle en perspective d'un cuvelage expansible.
La. figure 13 est une we en coupe partielle en perspective du cuvelage final avec la tête de cuvelage forgée dans le pied de cuvelage du cuvelage prëcédent et le sabot foré.
D, escriution détaillée de l'invention : . . .
Sur la figure 1, la section du tube 1 tel qu'il est fabriqué est circulaire et rëguliére. Avant d'être transporté sur Ie chantier de forage, ce tube est replié en forme de U
2 comme illustré
sur la figure 2 pour réduire ses dimensions radiales et permettre san passage dans le précédent cuvelage constitué de tubes de dimensions identiques. Le cuvelage qui peut avoir une longueur de quelques centaines de métras, à quelques, milliers de mëtre est soit continu et enroulé sur une bobine en configuration replié, soit assemblé en surface à la verticale du puits d l' aide de longueur de 12 métras de tubes . replié sur la. quasi totalité de la longueur ~.
l' exception des extrémités.
Quelque soit la méthode d'a~ssemblagè et de transport sur le chantier de forage, le cuvelage est descendue dans le puits puis regonflée' par pompage de fluide dans Ie cuvelage. Le regonflage en pression donne une section 3 illustrée par la figure 3. Comme on peut le constater cette section est sensiblement circulaire mais irréguliére et présente la marque des plis réalisés lors du pliage de la section.. En effet les plis convexe 2a se retrouvent en 2b et 1e pli concave 3a se retrouve en 3b. En fait ce ne sont pas les plis qui reste mais les départs et arrivës de plis qui représentent des points durs.
Si ces irrégularités n'ont que peu, d'effets sur la. capacité du tube en pression intérieure, la présence locale de grands rayons de courbure 2c et de mëplat 2d affecte considérablement les performances en pression extérieure lorsqu'on les compare aux performances du tube initial.
Pane d-AMENDED SHEET
!7-12-2002 FR0103099 Sur la figure 5, le mandrin dilatateur 100 comprend une partie active 101 constituée par tm cylindre au diamétre d'expansion précédë par un cône d'expansion 102. A la partie supérieure on attache l'extrémité inférieure de Ia. garniture de forage 103. Le mandrin dilatateur peut ainsi remplir son once en utilisant le poids de Ia garniture, alourdie par des liges-masses (non reprësentées) pour effectuer l'opération d'expansion. Enfin une tête conique 104 est disposée à sa partie inîérieure.
.. Dans certain cas, par exemple lorsque la section de forage est horizontale ou quasi horizontale, ou- bien Lorsque l'application d'un poids suffisant sur le mandrin dilatateur pose des problèmes, il peut être avantageux de pomper le mandrin dilatateur et dans ce cas une ou des coupelles 103 haute pression en élastomère seront disposées sur le corps ~du mandrin dilatateur généralement au dessus de celui-ci afin d'exercer une poussée sur ce dernier en faisant une étanchéité glissante-sur 1â surface intérieure brut de laminage du cuvelage.
Néanmoins il peut être avantageux de disposer les coupelles 103 en dessous du mandrin dilatateur comme illustrë sur la figure 5 afin d'un part de propulser le mandrin dilatateur et d'autre part d'utiliser la pression de poussée pour mettre en pression intérieure Ia partie de tube à dilater. ~En effet ceci diminue l'effort axial d'expansion en mettant le tube sous tension citconferentielle et en diminuant les efforts de contact du tube sur la.
partie cylindrique 101 du mandrin dilatateur.
Sur Ia figure 6, le mandrin dilatateur 100 est forcé à travers le cuvelage 99 pour réaliser 2o une légère expansion de la circonférence du tube dans le domaine plastique.
La section 105 qui a le pmfil de la figure 3 est étirée en passant sur le c8ne 102 suivi du cylindre 101 et prend le profile 106 de la -figure 4. Cette-Légère expansion permet de fortement réduire la marque des plis et de ce fait redonne une forme régulière au cuvelage qui reprend la section illustrée à la figure 4. Cette expansion accroît la longueur de la circonférence extérieure du cuvelage de 2 à
10% (figure 1 et 4) et donc en conséquence le diamètre extérieur dans Ie même rapport.
Se référant à la figure 11, 1e cuvelage 6 de cuvelages repliés est formée de longueurs multiples de cuvelages repliés 8. Le cuvelage 6 comprend une suspension en tête 26 connectée par des longueurs de cuvelage 8 au rëceptacle 28 également replié et à un sabot 34 partiellement replié. La suspension de téte 26 -comprend des doigts d'accrochage 30. La 3o suspension 26 conzporte également des rainures triangulaires circonférer~aielles 27 sur sa surface extérieure. De préférence, un revétement de métal mou est disposé en fond de rainure triangulaire 27 pour faciliter l'étanchéité. Un profil à rainure intérieure 3I
est disposé sur le dit intérieure de la suspension 26 pour permettre l'accrochage sur l'outil de pose 50 AMENDED SHEET
27-12-2002 ~ FR01030~
' (non représenté). Le cuvelage 8 relié à la suspension de tête 26 peut s'étendre en cuvelage 6 sur plusieurs milliers de métres. ' Le réceptacle de pied 28 comprend un profil à rainure intérieure 32 destiné â
recevoir les doigts d'accrochage 30 de la suspension de tête 26 du cuvelage suivie (non visible) qui sera suspendue en dessous. Le réceptacle de pied 28 a une surîace de rainure triangulaire 29 qui d'une manibre similaire coopère avec les rainures triangulaires 27 de la suspension de tête 26 de la prochaine cuvelage (non visible) qui sera suspendue en dessous.
Le sabot~de cimentation 34 est décalé par rapport à l'axe du cuvelage 6 et comprend un clapet asti-retour 35 avec un siège supérieur d'étanchéitë 38, un siége ipfërieur 36 maintenu 1o en place par des goupilles de cisaillement 37, étanche dans le sabot de cimentation 34 par des joints, une bille flattante 39 et un passage de fluide 40 reliant le clapet asti-retom~ 35 ~ la sortie inférieure. La figure 11 montre le cuvelage 6 et la suspension de tête 28 dans une _ configuration repliée. La suspension de tête 26 et le 'sabot 34 ne sont pas repliés. La suspension de tête 26 sera dans un premier temps expansée cylindriquement pour permettre la , descente de l'outil de pose et du mandrin dilatateur, puis sera finalement dilatée en sertissage dans le réceptacle de pied 28 de la, précédente cuvelage installée.
La figure 12 montre Ia même configuration de cuvelage que la figure 11 à
l'exception près que le corps du cuvelage est constitué de tubes dilaxables 8' et non replié 8' mais on retrouve les mêmes~têtes de cuvelage 26 dilatables et pied de cuvelage 28 replié décrit sur la figure 1 I.
2o Se référant ~.1a figure 13, la. suspension de tête 26 est suspendue à la précédente cuvelage dépliée 5 par.l'interxnédiaire des doigts d'accrochage 30. Les rainures triangulaires 27 ont été
déformées pour interpénétrer les rainures triangulaires 28 du précédent cuvelage 5. Le cuvelage 8 a été regonflé.
Comme on peut le constater, un système de cuvelage peut être construit autour d'un' cuvelage replié. La réduction de diamélxe pour sa descente é. travers du cuvelage précédent de même dimension peut être obtenu ~ partir de la technique de pliage de tube ou de la technique connue de forte expansion d'un tube. Comme nous venons de le voir, iI est avantageux de combiner les techniques de pliage et d'expansïon en repliant un cuvelage de 6-5/8' pour obtenir un diamètre' extérieur de 6' et, ensuite â la. place de mandrin dilatateur au même 3o diamètre de le dilater Iëgèrement pour obtenir un diamètre de T (5,7%
d'expansion) et en conséquence étre capable de combiner la capacité d'utiliser des tubes ëpais et l'écmuissage réduit de la technique repliée avec 1a bonne gëométrie de la technique expansée. Si I'on avait voulu prendre un âuvelage de 6" qui passe à travers un cuvelage de ?", et 1e dilater pour =Page 6-AMENDED SHEET
.-._ CA 02430243 2003-10-Ol ~.
7-12-2002 , , - FR0103099 021222 FW3PCT' obtenir un cuvelage ~de 7", c'est une expartision de 16,7% qu'il faudrait réaliser avec les limitations que nous avons évoquées précédemment. On pointa obtenir un résultat similaire en complémentant une première expansion de mise en place avec une deuxième et ainsi limiter la valeur de l'expansion qui doit être réalisé en une fois.
En dépit du fait que les cuvelages sont considérées comme assemblëes à partir de longueurs droites. dans la description précédente, des cuvelages continus sur bobines tel que dëcrit dans le brevet US 5,794,702 peuvent être également utilisés pour construire un système de cuvelage plié-regonflé profitant de performances en pression extérïeure améliorées par l'opération gonflage suivie d'une légère expansion décrité ci-dessus.
1o Dans un~deuxième mode d'utilisation du dispositif de l'invention, un appareil de fond de puits 110 (figure 7) comportant des sections de tube 111a et 112a est écrasé
avec ses sections de tube repliés pour permettre sa descente dans le passage réduit d'un cuvelage 115 de puits.
Un exemple de type d'appareil est d~rit dans les brevets US 5,979,560 et 6,253,852.
Lorsque celui-ci atteint la bonne profondeur qui présente une cavité élargie (non représentée), l'appareil est regonflé (figure 8) par pompage d'un fluide, ce qui lui donne une forme générale cylindrique 120. Mais comme précédemment celte forme regonflée présente sur les parties droite des tubes l l lb et 112b constituant l'appareil, des variations de rayons de courbure localisées au droit des précédents pliages (voir figure 3) et iI est nécessaire de les éliminer pour améliorer 1a résistance â la pression extérieure de ces sections. Ceci est réalisé
' par une action mécanique d'un mandrin légèrement dilatateur (figure 5) tel que précédemment décrit pour le premier mode d'utilisation qui est introduit sur une garniture de forage à travers l'appareil et qui s'engage successivement dans les deux branches lllb et 112b poux réaliser une légére expansion des aubes constituant celles-ci.
Dans 1e cas d'appareil de fond de puits 110, quï comporte deux branches 111 et 112, ii est avantageux de les plier avec un pli sur chaque tube I16 et 117 faisant face l'un é. l'autre ce qui donne des sections 121 et 122 en forme de U face à face. Les marques des plis 116 et 117, qui persiste aprés regonflage (figure 3) sont totalement effacées par l'opération d'expansion légère et les sections redeviennent parfaitement circulaire 123 et 124 avec une augmentation de diamétre de 2 x.10 %.
Sur la figure 9, le mandrin dilatateur 200 comprend une partie active ZOl constituée par deux cylindres expansifs, l'un étant au diamétre final d'expansion 211 et (autre approximativement au diamètre intermédiaire 2I2 entre le diamètre final et le diam8tre du cuvelage expansif initial. Ces diamètres sont précédés par deux c8ne d'expansion 213 et.214 Paie 7-AMENDED. SHEET
27-12-2002 , , . FR01030~
' ~ respecüvement. A la partie supérieure on attache l'extrémité inférieure de la garniture dé
forage 103. Le mandrin dilatateur peut ainsi remplir son office en utilisant le poids de la garniture, alourdie par des tiges-masses (non représentées) pour effectuer fopéraüori d'expansion. Enfin une tête conique 104 est dispose é sa partie inférieure.
Dans certains cas, par exemple lorsque la section de forage est horizontale oc quasi horizontale, ou bien lorsque l'application d'un poids suffisant sur le mandrin dilatateur pose des problèmes, il peut-âtre avantageux de pomper le mandrin dilatateur et dans ce cas une ou des coupelles haute gression 103 en élastomère seront disposées sur le corps du mandrin dilatateur généralement au dessus de celui-ci afin de propulser ce dernier en faisant une 1o étanchéité glissante sur la surface intérieure brut de laminage du cuvelage.
hIëanmoins il peut étaye avantageux de disposer les coupelles 103 en dessous du mandrin dilatateur comme illustrée sur la figure 9 afin d'utiliser la pression de poussée pour mettre en pression intérieur la partie de tube à dilater (206, 208). En effet ceci diminue l'effort axial d'expansion en mettant le cube sous tension circonferentielle et en diminuant les efforts de contact du tube sur les parties cylindrique 211 et 212 du mandrin dilatateur 200.
Sur la figure 10, le mandrin dilatateur 200 est forcë â travers le cuvelage expansible 199 pour realiser successiv~ent deux expansions distinctes de la circonférence du tube dans le domaine plastique. La section 205 initiale qui est circulaire est étirée en forme de cône 206 en passant sur le cône 214 suivi du cylindre 212 et prend le diam8tre circulaire 207 puis est de 2o nouveau étirée en forme de cône 208 en passant sur le c6ne 213 suivi du cylindre 211 et prend le diamètre circulaire 209. Cette expansion en deux étapes 206 et 208 permet de traiter des fortes épaisseurs alors qu'une expansion en une seule étape demanderait une zone plastique du double de la longueur ce qui augmenterait grandement la possibilité de sirictionner longituâinalement la zone étirée en présence d'un défaut de longueur donnée. On comprend bien que la zone étirée doit être maintenue circonférentiellement pour éviter la formation de striction en présence de défauts, or dès que l'on augmente le rapport d'expansion au delà de 10°l0 on âiminue sensiblement la tolérance au défaut En dépit du fait que les cuvelages sont assemblées à parür de longueurs droites dans ia description, des cuvelages conüxlus sur bobines peuvent être utilisés pour construire un 3o systéme de cuvelage à diamètre unique.
-Paie 8-AMENDED SHEET
sur la figure 2 pour réduire ses dimensions radiales et permettre san passage dans le précédent cuvelage constitué de tubes de dimensions identiques. Le cuvelage qui peut avoir une longueur de quelques centaines de métras, à quelques, milliers de mëtre est soit continu et enroulé sur une bobine en configuration replié, soit assemblé en surface à la verticale du puits d l' aide de longueur de 12 métras de tubes . replié sur la. quasi totalité de la longueur ~.
l' exception des extrémités.
Quelque soit la méthode d'a~ssemblagè et de transport sur le chantier de forage, le cuvelage est descendue dans le puits puis regonflée' par pompage de fluide dans Ie cuvelage. Le regonflage en pression donne une section 3 illustrée par la figure 3. Comme on peut le constater cette section est sensiblement circulaire mais irréguliére et présente la marque des plis réalisés lors du pliage de la section.. En effet les plis convexe 2a se retrouvent en 2b et 1e pli concave 3a se retrouve en 3b. En fait ce ne sont pas les plis qui reste mais les départs et arrivës de plis qui représentent des points durs.
Si ces irrégularités n'ont que peu, d'effets sur la. capacité du tube en pression intérieure, la présence locale de grands rayons de courbure 2c et de mëplat 2d affecte considérablement les performances en pression extérieure lorsqu'on les compare aux performances du tube initial.
Pane d-AMENDED SHEET
!7-12-2002 FR0103099 Sur la figure 5, le mandrin dilatateur 100 comprend une partie active 101 constituée par tm cylindre au diamétre d'expansion précédë par un cône d'expansion 102. A la partie supérieure on attache l'extrémité inférieure de Ia. garniture de forage 103. Le mandrin dilatateur peut ainsi remplir son once en utilisant le poids de Ia garniture, alourdie par des liges-masses (non reprësentées) pour effectuer l'opération d'expansion. Enfin une tête conique 104 est disposée à sa partie inîérieure.
.. Dans certain cas, par exemple lorsque la section de forage est horizontale ou quasi horizontale, ou- bien Lorsque l'application d'un poids suffisant sur le mandrin dilatateur pose des problèmes, il peut être avantageux de pomper le mandrin dilatateur et dans ce cas une ou des coupelles 103 haute pression en élastomère seront disposées sur le corps ~du mandrin dilatateur généralement au dessus de celui-ci afin d'exercer une poussée sur ce dernier en faisant une étanchéité glissante-sur 1â surface intérieure brut de laminage du cuvelage.
Néanmoins il peut être avantageux de disposer les coupelles 103 en dessous du mandrin dilatateur comme illustrë sur la figure 5 afin d'un part de propulser le mandrin dilatateur et d'autre part d'utiliser la pression de poussée pour mettre en pression intérieure Ia partie de tube à dilater. ~En effet ceci diminue l'effort axial d'expansion en mettant le tube sous tension citconferentielle et en diminuant les efforts de contact du tube sur la.
partie cylindrique 101 du mandrin dilatateur.
Sur Ia figure 6, le mandrin dilatateur 100 est forcé à travers le cuvelage 99 pour réaliser 2o une légère expansion de la circonférence du tube dans le domaine plastique.
La section 105 qui a le pmfil de la figure 3 est étirée en passant sur le c8ne 102 suivi du cylindre 101 et prend le profile 106 de la -figure 4. Cette-Légère expansion permet de fortement réduire la marque des plis et de ce fait redonne une forme régulière au cuvelage qui reprend la section illustrée à la figure 4. Cette expansion accroît la longueur de la circonférence extérieure du cuvelage de 2 à
10% (figure 1 et 4) et donc en conséquence le diamètre extérieur dans Ie même rapport.
Se référant à la figure 11, 1e cuvelage 6 de cuvelages repliés est formée de longueurs multiples de cuvelages repliés 8. Le cuvelage 6 comprend une suspension en tête 26 connectée par des longueurs de cuvelage 8 au rëceptacle 28 également replié et à un sabot 34 partiellement replié. La suspension de téte 26 -comprend des doigts d'accrochage 30. La 3o suspension 26 conzporte également des rainures triangulaires circonférer~aielles 27 sur sa surface extérieure. De préférence, un revétement de métal mou est disposé en fond de rainure triangulaire 27 pour faciliter l'étanchéité. Un profil à rainure intérieure 3I
est disposé sur le dit intérieure de la suspension 26 pour permettre l'accrochage sur l'outil de pose 50 AMENDED SHEET
27-12-2002 ~ FR01030~
' (non représenté). Le cuvelage 8 relié à la suspension de tête 26 peut s'étendre en cuvelage 6 sur plusieurs milliers de métres. ' Le réceptacle de pied 28 comprend un profil à rainure intérieure 32 destiné â
recevoir les doigts d'accrochage 30 de la suspension de tête 26 du cuvelage suivie (non visible) qui sera suspendue en dessous. Le réceptacle de pied 28 a une surîace de rainure triangulaire 29 qui d'une manibre similaire coopère avec les rainures triangulaires 27 de la suspension de tête 26 de la prochaine cuvelage (non visible) qui sera suspendue en dessous.
Le sabot~de cimentation 34 est décalé par rapport à l'axe du cuvelage 6 et comprend un clapet asti-retour 35 avec un siège supérieur d'étanchéitë 38, un siége ipfërieur 36 maintenu 1o en place par des goupilles de cisaillement 37, étanche dans le sabot de cimentation 34 par des joints, une bille flattante 39 et un passage de fluide 40 reliant le clapet asti-retom~ 35 ~ la sortie inférieure. La figure 11 montre le cuvelage 6 et la suspension de tête 28 dans une _ configuration repliée. La suspension de tête 26 et le 'sabot 34 ne sont pas repliés. La suspension de tête 26 sera dans un premier temps expansée cylindriquement pour permettre la , descente de l'outil de pose et du mandrin dilatateur, puis sera finalement dilatée en sertissage dans le réceptacle de pied 28 de la, précédente cuvelage installée.
La figure 12 montre Ia même configuration de cuvelage que la figure 11 à
l'exception près que le corps du cuvelage est constitué de tubes dilaxables 8' et non replié 8' mais on retrouve les mêmes~têtes de cuvelage 26 dilatables et pied de cuvelage 28 replié décrit sur la figure 1 I.
2o Se référant ~.1a figure 13, la. suspension de tête 26 est suspendue à la précédente cuvelage dépliée 5 par.l'interxnédiaire des doigts d'accrochage 30. Les rainures triangulaires 27 ont été
déformées pour interpénétrer les rainures triangulaires 28 du précédent cuvelage 5. Le cuvelage 8 a été regonflé.
Comme on peut le constater, un système de cuvelage peut être construit autour d'un' cuvelage replié. La réduction de diamélxe pour sa descente é. travers du cuvelage précédent de même dimension peut être obtenu ~ partir de la technique de pliage de tube ou de la technique connue de forte expansion d'un tube. Comme nous venons de le voir, iI est avantageux de combiner les techniques de pliage et d'expansïon en repliant un cuvelage de 6-5/8' pour obtenir un diamètre' extérieur de 6' et, ensuite â la. place de mandrin dilatateur au même 3o diamètre de le dilater Iëgèrement pour obtenir un diamètre de T (5,7%
d'expansion) et en conséquence étre capable de combiner la capacité d'utiliser des tubes ëpais et l'écmuissage réduit de la technique repliée avec 1a bonne gëométrie de la technique expansée. Si I'on avait voulu prendre un âuvelage de 6" qui passe à travers un cuvelage de ?", et 1e dilater pour =Page 6-AMENDED SHEET
.-._ CA 02430243 2003-10-Ol ~.
7-12-2002 , , - FR0103099 021222 FW3PCT' obtenir un cuvelage ~de 7", c'est une expartision de 16,7% qu'il faudrait réaliser avec les limitations que nous avons évoquées précédemment. On pointa obtenir un résultat similaire en complémentant une première expansion de mise en place avec une deuxième et ainsi limiter la valeur de l'expansion qui doit être réalisé en une fois.
En dépit du fait que les cuvelages sont considérées comme assemblëes à partir de longueurs droites. dans la description précédente, des cuvelages continus sur bobines tel que dëcrit dans le brevet US 5,794,702 peuvent être également utilisés pour construire un système de cuvelage plié-regonflé profitant de performances en pression extérïeure améliorées par l'opération gonflage suivie d'une légère expansion décrité ci-dessus.
1o Dans un~deuxième mode d'utilisation du dispositif de l'invention, un appareil de fond de puits 110 (figure 7) comportant des sections de tube 111a et 112a est écrasé
avec ses sections de tube repliés pour permettre sa descente dans le passage réduit d'un cuvelage 115 de puits.
Un exemple de type d'appareil est d~rit dans les brevets US 5,979,560 et 6,253,852.
Lorsque celui-ci atteint la bonne profondeur qui présente une cavité élargie (non représentée), l'appareil est regonflé (figure 8) par pompage d'un fluide, ce qui lui donne une forme générale cylindrique 120. Mais comme précédemment celte forme regonflée présente sur les parties droite des tubes l l lb et 112b constituant l'appareil, des variations de rayons de courbure localisées au droit des précédents pliages (voir figure 3) et iI est nécessaire de les éliminer pour améliorer 1a résistance â la pression extérieure de ces sections. Ceci est réalisé
' par une action mécanique d'un mandrin légèrement dilatateur (figure 5) tel que précédemment décrit pour le premier mode d'utilisation qui est introduit sur une garniture de forage à travers l'appareil et qui s'engage successivement dans les deux branches lllb et 112b poux réaliser une légére expansion des aubes constituant celles-ci.
Dans 1e cas d'appareil de fond de puits 110, quï comporte deux branches 111 et 112, ii est avantageux de les plier avec un pli sur chaque tube I16 et 117 faisant face l'un é. l'autre ce qui donne des sections 121 et 122 en forme de U face à face. Les marques des plis 116 et 117, qui persiste aprés regonflage (figure 3) sont totalement effacées par l'opération d'expansion légère et les sections redeviennent parfaitement circulaire 123 et 124 avec une augmentation de diamétre de 2 x.10 %.
Sur la figure 9, le mandrin dilatateur 200 comprend une partie active ZOl constituée par deux cylindres expansifs, l'un étant au diamétre final d'expansion 211 et (autre approximativement au diamètre intermédiaire 2I2 entre le diamètre final et le diam8tre du cuvelage expansif initial. Ces diamètres sont précédés par deux c8ne d'expansion 213 et.214 Paie 7-AMENDED. SHEET
27-12-2002 , , . FR01030~
' ~ respecüvement. A la partie supérieure on attache l'extrémité inférieure de la garniture dé
forage 103. Le mandrin dilatateur peut ainsi remplir son office en utilisant le poids de la garniture, alourdie par des tiges-masses (non représentées) pour effectuer fopéraüori d'expansion. Enfin une tête conique 104 est dispose é sa partie inférieure.
Dans certains cas, par exemple lorsque la section de forage est horizontale oc quasi horizontale, ou bien lorsque l'application d'un poids suffisant sur le mandrin dilatateur pose des problèmes, il peut-âtre avantageux de pomper le mandrin dilatateur et dans ce cas une ou des coupelles haute gression 103 en élastomère seront disposées sur le corps du mandrin dilatateur généralement au dessus de celui-ci afin de propulser ce dernier en faisant une 1o étanchéité glissante sur la surface intérieure brut de laminage du cuvelage.
hIëanmoins il peut étaye avantageux de disposer les coupelles 103 en dessous du mandrin dilatateur comme illustrée sur la figure 9 afin d'utiliser la pression de poussée pour mettre en pression intérieur la partie de tube à dilater (206, 208). En effet ceci diminue l'effort axial d'expansion en mettant le cube sous tension circonferentielle et en diminuant les efforts de contact du tube sur les parties cylindrique 211 et 212 du mandrin dilatateur 200.
Sur la figure 10, le mandrin dilatateur 200 est forcë â travers le cuvelage expansible 199 pour realiser successiv~ent deux expansions distinctes de la circonférence du tube dans le domaine plastique. La section 205 initiale qui est circulaire est étirée en forme de cône 206 en passant sur le cône 214 suivi du cylindre 212 et prend le diam8tre circulaire 207 puis est de 2o nouveau étirée en forme de cône 208 en passant sur le c6ne 213 suivi du cylindre 211 et prend le diamètre circulaire 209. Cette expansion en deux étapes 206 et 208 permet de traiter des fortes épaisseurs alors qu'une expansion en une seule étape demanderait une zone plastique du double de la longueur ce qui augmenterait grandement la possibilité de sirictionner longituâinalement la zone étirée en présence d'un défaut de longueur donnée. On comprend bien que la zone étirée doit être maintenue circonférentiellement pour éviter la formation de striction en présence de défauts, or dès que l'on augmente le rapport d'expansion au delà de 10°l0 on âiminue sensiblement la tolérance au défaut En dépit du fait que les cuvelages sont assemblées à parür de longueurs droites dans ia description, des cuvelages conüxlus sur bobines peuvent être utilisés pour construire un 3o systéme de cuvelage à diamètre unique.
-Paie 8-AMENDED SHEET
Claims (12)
1. Méthode permettant d'améliorer la résistance en pression extérieure d'un tube cylindrique (1, 111, 6, 199) mis en place dans un puits préalablement cuvelé
(115, 5), offrant un passage à travers son cuvelage de dimension réduite, ladite méthode comprenant:
a) la descente du tube initial sous une première forme (2, 199) dont la dimension la plus grande est inférieur à ladite dimension réduite, b) la mise en forme dudit tube initial pour le faire passer de la dite première forme à une deuxième forme (3,207) sensiblement cylindrique (dont au moins une dimension radiale est supérieur a ladite dimension réduite, et caractérisée par c) l'expansion par dilatation du tube cylindrique sous la deuxième forme (4, 209) par déplacement d'un mandrin dilatateur cylindrique (100, 200) à travers lui-même, la valeur de la dilatation périphérique étant comprise entre 2 et10% de la valeur du périmètre initial.
(115, 5), offrant un passage à travers son cuvelage de dimension réduite, ladite méthode comprenant:
a) la descente du tube initial sous une première forme (2, 199) dont la dimension la plus grande est inférieur à ladite dimension réduite, b) la mise en forme dudit tube initial pour le faire passer de la dite première forme à une deuxième forme (3,207) sensiblement cylindrique (dont au moins une dimension radiale est supérieur a ladite dimension réduite, et caractérisée par c) l'expansion par dilatation du tube cylindrique sous la deuxième forme (4, 209) par déplacement d'un mandrin dilatateur cylindrique (100, 200) à travers lui-même, la valeur de la dilatation périphérique étant comprise entre 2 et10% de la valeur du périmètre initial.
2. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle ladite première forme est obtenu par pliage (2) préalablement à l'étape a) et la mise en forme de l'étape b) étant réalisé par dépliage (3).
3. Méthode selon la revendication 2 dans laquelle ledit dépliage (3) est réalisé par le déplacement d'un calibre.
4. Méthode selon la revendication 2 dans laquelle ledit dépliage (3) est réalisé par regonflage hydraulique.
5. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle ladite première forme est cylindrique (199), la mise en forme de l'étape b) (207) est réalisé par le déplacement d'un premier mandrin dilatateur cylindrique (212) à travers ledit tube initial (199), et dans l'étape c) l'expansion est réalisé par un deuxième mandrin dilatateur (211) de dimensions supérieures.
6. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle le tube dilaté (209) après l'étape c) a un diamètre extérieur égal au diamètre extérieur dudit cuvelage a travers lequel il est passé à
l'étape a) (115).
l'étape a) (115).
7. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle une pression interne est exercé dans le tube sur la partie (206, 208) soumise à l'expansion de l'étape c) de façon à
diminuer l'effort sur le mandrin dilatateur.
diminuer l'effort sur le mandrin dilatateur.
8. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle l'expansion de l'étape c) est réalisée par un mandrin dilatateur (100, 200) propulsé hydrauliquement en plaçant des coupelles d'étanchéité (203) sur ledit mandrin dilatateur, coopérant d'une manière étanche avec le diamètre intérieur dudit tube et en exerçant une pression en arrière dudit mandrin dilatateur par rapport à son sens de déplacement pour le propulser.
9. Méthode selon la revendication 7 et 8 dans laquelle lesdites coupelles d'étanchéité
sont placées en avant du mandrin dilatateur (100, 200) par rapport à son sens de déplacement et ladite pression exercée pour propulser ledit mandrin dilatateur s'applique également sur ladite partie (206,208) soumise à l'expansion de l'étape c).
sont placées en avant du mandrin dilatateur (100, 200) par rapport à son sens de déplacement et ladite pression exercée pour propulser ledit mandrin dilatateur s'applique également sur ladite partie (206,208) soumise à l'expansion de l'étape c).
10. Méthode selon la revendication 5 dans laquelle l'expansion de l'étape c) est réalisée par un mandrin dilatateur (200) placé sur le même corps que le mandrin dilatateur réalisant le passage de ladite première forme à ladite deuxième forme.
11. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle deux tubes (111a et 112a) se trouvent cote à cote pendant l'étape a) et ces deux tubes (121, 122) présentent un pli (116 et 117) chaque faisant face l'un à l'autre.
12. Système permettant d'améliorer la résistance en pression extérieure d'un tube comprenant des moyens adaptés pour mettre en ~uvre les étapes de la méthode selon l'une des revendications précédentes.
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