EP0171335A1 - Raccord de garniture de forage, notamment pour la traversée d'une zone à perte de circulation - Google Patents

Raccord de garniture de forage, notamment pour la traversée d'une zone à perte de circulation Download PDF

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EP0171335A1
EP0171335A1 EP85401608A EP85401608A EP0171335A1 EP 0171335 A1 EP0171335 A1 EP 0171335A1 EP 85401608 A EP85401608 A EP 85401608A EP 85401608 A EP85401608 A EP 85401608A EP 0171335 A1 EP0171335 A1 EP 0171335A1
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drill string
drilling pipe
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cylindrical
intermediate portion
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Compagnie Francaise des Petroles SA
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    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
    • E21B41/0078—Nozzles used in boreholes

Definitions

  • the present invention essentially relates to the drilling of a well through an area of land with loss of circulation.
  • this tool In the drilling of a well by a drilling tool mounted at the lower end of a drilling string used to apply a weight to this tool and to drive it in rotation, this tool receives by the bore of this stringing a drilling fluid whose role is at the same time to cool this tool, to clean the working face and to raise the cuttings to the surface by the annular space included between well and drilling rig.
  • This role of the drilling fluid is no longer adequately fulfilled if the well passes through an area with loss of circulation because the flow of the drilling fluid must then be reduced and the return to the surface of the circulation of the drilling fluid is poorly or not is not done at all. This results in a slowing down of the drilling operations and a risk of degradation of the wall portion of the well which may no longer be in contact with the drilling fluid.
  • US Patent 2,765,146 provides, at intervals along the drill string, passages between the interior and exterior of the drill string to direct upward into the annular space between the drill string and the wall of the well, a portion of the drilling fluid which flows from top to bottom in the drill string. This increases the rate of ascent of the drilling fluid in this annular space and reduces the pressure exerted by the drilling fluid on the formation, in order to avoid the invasion of the formation by debris which could disturb the future production of 'hydrocarbons and requiring an expensive and long cleaning.
  • communications are also created between the inside and the outside of the drill string, but to allow crossing of an area with loss of circulation and under conditions such that these communications are compatible with the power.
  • modern drilling pumps and do not have a destructive action on the wall of the well.
  • the invention relates to a drill string fitting which comprises a body elongated along a vertical axis, internally provided with an axial bore, forming externally, upper and lower cylindrical end portions provided at their free ends with screwing means for inserting the fitting into a drill string and comprising passages which, directed upwards, extend from the interior of the string drilling towards the outside thereof, characterized in that said elongated body comprises, between said end cylindrical portions, a swollen intermediate cylindrical portion, of outside diameter greater than the outside diameter of the upper end portion, which has a face upper connection to the upper end portion and which is provided with at least three recesses, each of which notches said upper face and at dyes said axial bore, distributed circumferentially at regular intervals from each other and in that, in each of these recesses, is inserted an insert, provided with an internal passage directed from bottom to top, opening at its lower part in said bore and opening vertically at its upper part by a nozzle located on a diameter
  • the drilling fluid is divided at the right of said internal passage into a first flow which follows the usual course: descent into the drilling string, passage over the drilling tool and back up into the annular space between the well and the drill string and in a second flow which passes through said internal passages and goes up directly into the annular space without causing scouring of the walls of the well.
  • this drill string fitting eliminates or at least considerably reduces the losses of the drilling fluid in circulation and makes it possible to cross zones with loss of circulation without slowing down the drilling operations and while maintaining a normal circulation of the drilling fluid.
  • this drill string connection acts as a stabilizer for the drill rods inside the drilled well due to the bulge of the intermediate cylindrical portion.
  • a drill string fitting comprises a one-piece body 1 which forms an upper cylindrical portion 2, a lower cylindrical portion 3 and an intermediate cylindrical portion 4 and which is provided with an axial bore 5.
  • These so-called cylindrical portions may be only substantially and have a low taper.
  • the upper 2 and lower 3 portions are provided at their free ends with female 6 and male 7 threads respectively, allowing the connection between an upper part 8 and a lower part 9 of drill string, as shown in FIG. 3.
  • the outside diameter of the intermediate portion 4 is larger than the outside diameter of the upper 2 and lower portions 3.
  • the portions 2 and 3 may have an outside diameter of 20.3 cm while the outer diameter of the portion 4 can be 28.6 cm.
  • the upper edge 10 formed on the upper perimeter of the intermediate portion 4 is connected to the upper portion 2 by a transition portion 11 which here has an outer surface of generally frustoconical shape and whose edge 10 constitutes the outer periphery.
  • Three recesses 12, 13, 14 are distributed in the portion 4 and the face 11 distributed circumferentially at equal distance as seen in FIG. 2 and removable inserts 15, 16, 17 are introduced into these recesses. treated, each held by at least one stud.
  • Two studs 18, 19 are provided here inserted into aligned holes of the insert and of the portion 4 and retained by screws such as the screw 20 visible in FIG. 2.
  • Each insert is traversed by an internal passage 21, visible in FIG. 1, which extends from a lower inlet 22 open in the bore 5 to an upper outlet 23 forming a nozzle and opening vertically upwards over a diameter included between the outer diameters of the upper portion 2 and of the intermediate portion respectively 4.
  • This nozzle 23 is itself an interchangeable tungsten carbide element added in the internal passage 21 and provided, in a conventional manner in itself, with a seal seal and a retaining circlip.
  • a seal 24 has also been inserted between the intermediate portion 4 and each insert 15, 16, 17.
  • a section 25 of the insert 15 has been given a cylindrical shape, 16 or 17 and to the recess part (12, 13, 14) which receives it, in a region close to the bore 5.
  • a threaded hole, blocked in operation by a screw 26, facilitates the positioning and the extraction of the added part 15, 16 or 17.
  • the inserts 15, 16, 17 reform the outer surface of the intermediate portion 4 but leave gaps in the connection portion delimited by the upper connection face 11 of frustoconical shape. These gaps are between two substantially radial surfaces. These radial surfaces provide protection from the faults 23.
  • a refill of a hard material such as tungsten carbide, on the one hand at 27 on what remains of the edge 10 after the execution of the recesses 12, 13, 14 and on the other hand at 28 on the upper edge of the radial surfaces which constitutes a leading edge according to the direction of rotation of the drill string.
  • Fig 3 we see the connector 1 mounted in a drill string above the drill rods 29 which carry the drilling tool 30. This drills a well 31 whose wall has a loss of circulation area 32. The circulation of drilling fluid is shown by arrows.
  • the fitting 1 is placed above the area with loss of circulation 32. Its action is all the more effective the closer it gets to this area, but it must never cross it. It will therefore be necessary to reassemble the drill string and give the fitting 1 a higher position when it arrives towards zone 32. This ascent operation will be carried out as many times as necessary for the drilling tool to reach the final dimension of drilling before installing a casing.
  • the distance between the fitting 1 and the drilling tool 30 will generally be greater than 150 m.
  • a connector 1 whose intermediate portion 4 has an outside diameter of 28.6 cm is suitable for a well of 44.3 cm in diameter for example. It can also be used in a narrower well, for example a 31.1 cm diameter well, but it is then preferable to use a fitting 1 provided, on the cylindrical surface of the intermediate portion, with helical grooves such as the grooves 33 shown in FIG. 1, facilitating the passage of the drilling fluid from bottom to top between the well and the intermediate portion 4.

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Abstract

Ce raccord de garniture de forage comprend un corps alésé (1) muni d'un renflement central cylindrique (4) au sommet duquel on a pratiqué au moins trois évidements (12) pour y insérer des pièces amovibles (15, 17) munies d'un passage interne (21) dirigé de bas en haut et reliant l'alésage (5) à une duse (23) interchangeable montée dans ce passage et débouchant verticalement sur un diamètre compris entre le diamètre extérieur du renflement central (4) et celui de la portion supérieure (2) du corps. Ce raccord convient notamment à la traversée d'une zone à perte de circulation; il est alors placé au-dessus de cette zone.

Description

  • La présente invention concerne essentiellement le forage d'un puits à travers une zone de terrain à perte de circulation.
  • Dans le forage d'un puits par un outil de forage monté à l'extrémité inférieure d'une garniture de forage servant à appliquer un poids sur cet outil et à l'entraîner en rotation, cet outil reçoit par l'alésage de cette garniture un fluide de forage dont le rôle est à la fois de refroidir cet outil, de nettoyer le front de taille et de remonter les déblais à la surface par l'espace annulaire compris entre puits et garniture de forage.
  • Ce rôle du fluide de forage n'est plus rempli convenablement si le puits traverse une zone à perte de circulation car le débit du fluide de forage doit alors être réduit et le retour en surface de la circulation du fluide de forage se fait mal ou ne se fait pas du tout. Il en résulte un ralentissement des opérations de forage et un risque de dégradation de la portion de paroi du puits qui peut ne plus être en contact du fluide de forage.
  • Le brevet des Etats-Unis d'Amèrique 2.765.146 prévoit, à intervalles le long de la garniture de forage, des passages entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture de forage pour diriger, vers le haut dans l'espace annulaire compris entre la garniture de forage et la paroi du puits, une portion du fluide de forage qui circule de haut en bas dans la garniture de forage. On augmente ainsi la vitesse de remontée du fluide de forage dans cet espace annulaire et on réduit la pression exercée par le fluide de forage sur la formation, afin d'éviter l'invasion de la formation par des débris risquant de perturber la production future d'hydrocarbures et nécessitant un nettoyage coûteux et long.
  • Mais ces passages, qui sont formés par de simples rainures, dirigées à la fois vers le haut et vers l'extérieur, dériveraient une grande partie du fluide de forage circulant dans la garniture de forage s'ils étaient utilisés avec les puissantes pompes de forage actuelles et, dirigés à la fois vers le haut et l'extérieur, provoqueraient une détérioration de la paroi du puits.
  • Selon la présente invention, on crée aussi des communications entre l'intérieur et l'extérieur de la garniture de forage, mais pour permettre la traversée d'une zone à perte de circulation et dans des conditions telles que ces communications soient compatibles avec la puissance des pompes modernes de forage et n'exercent pas d'action destructrice sur la paroi du puits.
  • Sans se limiter exclusivement à l'application constituée par la traversée d'une zone de circulation, l'invention a pour objet un raccord de garniture de forage qui comprend un corps allongé selon un axe vertical, muni intérieurement d'un alésage axial, formant extérieurement des portions cylindriques extrêmes supérieure et inférieure munies à leurs extrémités libres de moyens de vissage pour l'insertion du raccord dans une garniture de forage et comprenant des passages qui, dirigés vers le haut, s'étendent de l'intérieur de la garniture de forage vers l'extérieur de celle-ci, caractérisé en ce que ledit corps allongé comprend, entre lesdites portions cylindriques extrêmes, une portion cylindrique intermédiaire renflée, de diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur de la portion extrême supérieure, qui présente une face supérieure de raccordement à la portion extrême supérieure et qui est pourvue d'au moins trois évidements, dont chacun entaille ladite face supérieure et atteint ledit alésage axial, répartis circonférentiellement à intervalles réguliers les uns des autres et en ce que, dans chacun de ces évidements, est insérée une pièce rapportée, munie d'un passage interne dirigé de bas en haut, ouvrant à sa partie inférieure dans ledit alésage et débouchant verticalement à sa partie supérieure par une duse située sur un diamètre compris entre le diamètre extérieur de ladite portion intermédiaire et le diamètre extérieur de ladite portion extrême supérieure.
  • Le diamètre extérieur de ladite portion intermédiaire étant, bien entendu, choisi inférieur au diamètre du puits foré, le fluide de forage se divise au droit dudit passage interne en un premier flux qui suit le parcours habituel : descente dans la garniture de forage, passage sur l'outil de forage et remontée dans l'espace annulaire compris entre le puits et la garniture de forage et en un deuxième flux qui passe dans lesdits passages internes et remonte directement dans l'espace annulaire sans provoquer d'affouillement des parois du puits.
  • On a constaté que ce raccord de garniture de forage supprimait ou au moins réduisait considérablement les pertes du fluide de forage en circulation et permettait de traverser des zones à perte de circulation sans ralentir les opérations de forage et en conservant une circulation normale du fluide de forage. En outre, ce raccord de garniture de forage joue le rôle de stabilisateur des tiges de forage à l'intérieur du puits foré du fait du renflement de la portion cylindrique intermédiaire.
  • De plus, en munissant ladite face supérieure de recharges en un matériau dur, on peut faire travailler le raccord de garniture de forage en aléseur agissant de bas en haut lors de la remontée de la garniture de forage, ce qui évite alors les coincements de celle-ci dans le puits foré.
  • D'autres particularités de l'invention ressortiront d'un exemple de réalisation qui va être décrit à titre non limitatif en se référant au dessin joint dans lequel :
    • - la Fig 1 représente en demi-coupe axiale et en demi-élévation un raccord de garniture de forage ;
    • - la Fig 2 représente en vue de dessus avec coupe partielle, à plus grande échelle, ce raccord de garniture de forage ; et
    • - la Fig 3 représente en coupe verticale un tel raccord inséré dans une garniture de forage elle-même descendue dans un puits en cours de forage.
  • Sur la Fig 1, un raccord de garniture de forage comprend un corps monobloc 1 qui forme une portion cylindrique supérieure 2, une portion cylindrique inférieure 3 et une portion cylindrique intermédiaire 4 et qui est muni d'un alésage axial 5. Ces portions dites cylindriques peuvent ne l'être que sensiblement et présenter une faible conicité. Les portions supérieure 2 et inférieure 3 sont pourvues à leurs extrémités libres de filetages respectivement femelle 6 et mâle 7 permettant le raccordement entre une partie supérieure 8 et une partie inférieure 9 de garniture de forage, comme on l'a représenté sur la Fig 3. Le diamètre extérieur de la portion intermédiaire 4 est plus grand que le diamètre extérieur des portions supérieure 2 et inférieure 3. Par exemple, les portions 2 et 3 peuvent avoir un diamètre extérieur de 20,3 cm tandis que le diamètre extérieur de la portion 4 peut être de 28,6 cm. L'arête supérieure 10 formée sur le périmètre supérieur de la portion intermédiaire 4 est reliée à la portion supérieure 2 par une portion de transition 11 qui présente ici une surface extérieure de forme générale tronconique et dont l'arête 10 constitue le pourtour extérieur.
  • On a ménagé dans la portion 4 et la face 11 trois évidements 12, 13, 14 répartis circonférentiellement à égale distance comme on le voit sur la Fig 2 et on a introduit dans ces évidements des pièces rapportées amovibles 15, 16, 17, en acier traité, tenues chacune par au moins un goujon. On a prévu ici deux goujons 18, 19 insérés dans des trous alignés de la pièce rapportée et de la portion 4 et retenus par des vis telles que la vis 20 visible sur la Fig 2.
  • Chaque pièce rapportée est traversée par un passage interne 21, visible sur la Fig 1, qui s'étend d'une entrée inférieure 22 ouverte dans l'alésage 5 à une sortie supérieure 23 formant duse et débouchant verticalement vers le haut sur un diamètre compris entre les diamètres extérieurs respectivement de la portion supérieure 2 et de la portion intermédiaire 4. Cette duse 23 est elle-même un élément en carbure de tungstène interchangeable rapporté dans le passage interne 21 et muni, de manière en soi classique, d'un joint d'étanchéité et d'un circlip de retenue. On a également inséré un joint d'étanchéité 24 entre la portion intermédiaire 4 et chaque pièce rapportée 15, 16, 17. Pour faciliter la réalisation de cette liaison étanche , on a donné une forme cylindrique à un tronçon 25 de la pièce rapportée 15, 16 ou 17 et à la partie d'évidement, (12, 13, 14) qui le reçoit, dans une région proche de l'alésage 5. Un trou fileté, bouché en fonctionnement par une vis 26, facilite la mise en place et l'extraction de la pièce rapportée 15, 16 ou 17. Ainsi, il est possible, tout en conservant le même corps 1, de changer aussi bien les pièces rapportées 15, 16 et 17 que les duses 23 lorsque leur usure le nécessite.
  • Les pièces rapportées 15, 16, 17 reforment la surface extérieure de la portion intermédiaire 4 mais laissent subsister des brèches dans la portion de raccordement délimitée par la face supérieure de raccordement 11 de forme tronconique. Ces brèches sont comprises entre deux surfaces sensiblement radiales. Ces surfaces radiales assurent la protection des duses 23. Pour permettre un certain reforage lors de la remontée de la garniture de forage, on a prévu une recharge en un matériau dur, tel que du carbure de tungstène, d'une part en 27 sur ce qui reste de l'arête 10 après l'exécution des évidements 12, 13, 14 et d'autre part en 28 sur le bord supérieur des surfaces radiales qui constitue un bord d'attaque d'après le sens de rotation de la garniture de forage.
  • Sur la Fig 3, on voit le raccord 1 monté dans une garniture de forage au-dessus des masses-tiges 29 qui portent l'outil de forage 30. Celui-ci fore un puits 31 dont la paroi comporte une zone à perte de circulation 32. La circulation du fluide de forage est figurée par des flèches.
  • Le raccord 1 est placé au-dessus de la zone à perte de circulation 32. Son action est d'autant plus efficace qu'il se rapproche de cette zone, mais il ne doit jamais la franchir. Il faudra donc remonter la garniture de forage et donner au raccord 1 une position plus élevée lorsque celui-ci arrivera vers la zone 32. Cette opération de remontée sera effectuée autant de fois que nécessaire pour que l'outil de forage atteigne la cote finale de forage avant installation d'un cuvelage. La distance entre le raccord 1 et l'outil de forage 30 sera généralement supérieure à 150 m.
  • Un raccord 1 dont la portion intermédiaire 4 présente un diamètre extérieur de 28,6 cm convient pour un puits de 44,3 cm de diamètre par exemple. Il peut aussi être utilisé dans un puits plus étroit, par exemple un puits de 31,1 cm de diamètre, mais il est alors préférable d'utiliser un raccord 1 muni, sur la surface cylindrique de la portion intermédiaire, de rainures hélicoïdales telles que les rainures 33 représentées sur la Fig 1, facilitant le passage du fluide de forage de bas en haut entre le puits et la portion intermédiaire 4.

Claims (8)

1 - Raccord de garniture de forage, qui comprend un corps (1) allongé selon un axe vertical, muni intérieurement d'un alésage axial (5) et formant extérieurement des portions cylindriques extrêmes supérieure (2) et inférieure (3) munies à leurs extrémités libres de moyens de vissage (6, 7) pour l'insertion du raccord dans une garniture de forage et comprenant des passages qui, dirigés vers le haut s'étendent de l'intérieur de la garniture de forage vers l'extérieur de celle-ci, caractérisé en ce que ledit corps allongé (1) comprend, entre lesdites portions cylindriques extrêmes (2,3), une portion cylindrique intermédiaire renflée (4) de diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur de ladite portion cylindrique extrême supérieur (2), qui présente une face supérieure (11) de raccordement à la portion cylindrique extrême supérieure et qui est pourvue d'au moins trois évidements (12, 13, 14) dont chacun entaille ladite face supérieure (11) et atteint ledit alésage axial (5), répartis circonférentiellement à intervalles réguliers les uns des autres et en ce que, dans chacun de ces évidements (12, 13, 14), est insérée une pièce rapportée (15, 16, 17), munie d'un passage interne (21) dirigé de bas en haut, ouvrant à sa partie inférieure (22) dans ledit alésage (5) et débouchant verticalement à sa partie supérieure par une duse (23) située sur un diamètre compris entre le diamètre extérieur de ladite portion intermédiaire (4) et le diamètre extérieur de ladite portion supérieure (2).
2 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite face supérieure (11) est munie de recharges en un matériau dur (27, 28). '
3 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite face supérieure (11) de raccordement de ladite portion intermédiaire (4) à ladite portion supérieure (2) présente une forme générale tronconique et en ce que chaque évidement (12, 13, 14) y forme une brèche comprise entre deux surfaces sensiblement radiales.
4 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit corps (1) comporte des recharges en un matériau dur (27, 28) d'une part (27) sur ce qui reste du pourtour extérieur (10) de ladite face supérieure (11) après exécution des évidements (12, 13, 14) et d'autre part (28) sur le bord supérieur des surfaces radiales qui, d'après le sens de rotation de la garniture de forage, constitue un bord d'attaque.
5 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface cylindrique de ladite portion intermédiaire (4) est munie de rainures hélicoïdales (33).
6 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pièce rapportée (15, 16, 17) est une pièce en acier traité amovible et tenue en place par au moins un goujon (18, 19) inséré dans des trous alignés de la pièce rapportée et de la portion intermédiaire (4) et lui-même retenu par une vis (20).
7 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque duse (23) est un élément rapporté interchangeable en carbure de tungstène retenu par un circlip.
8 - Raccord de garniture de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pièce rapportée (15, 16, 17) comporte un tronçon cylindrique (25) s'engageant dans une partie correspondante d'évidement (12, 13, 14) à proximité de l'alésage axial (5) et en ce qu'un joint d'étanchéité (24) est inséré autour de ce tronçon cylindrique (25).
EP85401608A 1984-08-08 1985-08-07 Raccord de garniture de forage, notamment pour la traversée d'une zone à perte de circulation Expired EP0171335B1 (fr)

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FR8412510A FR2568935B1 (fr) 1984-08-08 1984-08-08 Raccord de garniture de forage, notamment pour la traversee d'une zone a perte de circulation

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Publication Number Publication Date
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EP0171335B1 EP0171335B1 (fr) 1988-03-23

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EP85401608A Expired EP0171335B1 (fr) 1984-08-08 1985-08-07 Raccord de garniture de forage, notamment pour la traversée d'une zone à perte de circulation

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