EP0241354A1 - Dispositif de forage et cuvelage simultanés - Google Patents

Dispositif de forage et cuvelage simultanés Download PDF

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EP0241354A1
EP0241354A1 EP87400713A EP87400713A EP0241354A1 EP 0241354 A1 EP0241354 A1 EP 0241354A1 EP 87400713 A EP87400713 A EP 87400713A EP 87400713 A EP87400713 A EP 87400713A EP 0241354 A1 EP0241354 A1 EP 0241354A1
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drilling
casing
crown
casing section
section
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Jean Pierre Parant
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Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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Societe National Elf Aquitaine
Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
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    • 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
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/20—Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive
    • 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
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/208—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives

Definitions

  • the present invention relates to a simultaneous drilling and casing device.
  • drilling is done first to a certain depth, then the casing is lowered and anchored to the ground by cementing.
  • the known methods are not suitable for horizontal drilling.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a method aimed at the simultaneous laying of the casing as the drilling progresses, by endowing the end of the casing with a drilling string which is spawning its same parallel path, since it is rotated.
  • the simultaneous drilling and casing device usable after the installation of a first casing section, either by conventional means, or by application of this device, followed by cementing, on an already drilled part of the well is characterized in that the drill stand, driven in rotation by the rotation table and provided with hollow rods, has at its lower end a drilling tool driven by a downhole motor and, in its intermediate part, a drive connector with which is secured by screwing the rear end of a casing section, the front end of said section being provided with a abrasive lining ring, the length of the part of the drill string separating the drive fitting from the drilling tool being substantially equal to the length of the casing section.
  • the drill string comprises, as usual, hollow drill rods which are driven by the rotation table.
  • a drill string not shown, carries at its end a drive connector 10 made of mild steel to which it is fixed by means of the end 11 of said connector.
  • the central part of the connector 10 carries an external thread 12. By means of this thread is screwed the rear part 1a of a casing section 1 provided with an internal thread.
  • the rear part 1a has, for reasons of solidity, a thickness greater than that of the remaining part of the section 1.
  • a hard steel ring 13 fixed to the connector by means of a pin 14. This ring bears on a shoulder 15 which has the upper part of the raccored. Between the ring 13 and the thread 12 is a seal 16.
  • the slide 19 is followed by two drill collars 20. At the end of each drill collar is inserted a short hollow rod coated with a sleeve 21 of hard rubber with a diameter large enough to allow centering and the recovery of torque in favor of the casing rotating at the same speed as the drill stand.
  • a bottom motor 22 rotated by a hydraulic fluid circulating in the hollow rods of the column and comprising, in order, an upper part of stator 23 , a stator 24 and a rotor 25.
  • the upper part 23 carries a ring with longitudinal grooves 26 serving as abutments. In fact, when the casing section 1 is correctly screwed onto the connector 10, the projecting parts of said grooves 26 bear on an internal shoulder 2 which the casing section 1 has at this level.
  • the stator 24 and the rotor 25 form a ball bearing 27.
  • a drilling tool 28 via the upper part 29 of the tool.
  • the central part of the drilling tool 28 carries a bronze centering ring 30, free to rotate and whose outside diameter is only a few tenths of a millimeter less than the inside diameter of the casing.
  • the front end of the casing section 1 carries a crown 3 with trim abrasive ture.
  • the rotor 25 is provided with vents 31 distributed concentrically and which are intended for the flow of the hydraulic fluid in front of the crown 3 to release the cutting face.
  • the distance separating the connector 10 from the drilling tool 28 is calculated in such a way that, when the screwing of the part 1a of the section 1 is correctly carried out, the projecting parts of the grooves 26 bear on the shoulder 2, the ring 30 is at the level of the crown 3 and the distance between the end of the crown 3 and that of the tool 28 takes a predetermined value.
  • the thread 12 undergoes considerable stresses during the operation of the rotational driving of the casing.
  • a hard steel ring is placed against the shoulder of this fitting so as to reduce the risk of such deformation.
  • the drive fitting 10 is a cylindrical fitting of a safety seal whose application is conventional in the field of drilling.
  • This cylindrical connection has a lower unscrewing torque than that of the conical connections by means of which the drilling rods are connected. Therefore, by exerting a torque opposite to the direction applied during drilling, we manage to separate the casing from the fitting, without the connection of the rods being affected.
  • the bronze ring 30 has an important role. Indeed, the tool driven by the rotor rotating at around 400 rpm and the crown rotating at around 40-60 rpm, it is important that there is no direct contact between the two and that the crown does not come to damage part of the drilling tool.
  • the process for implementing the device described is as follows. A part of the well having already been drilled and a section of casing 5 ending in a shoe 6 having been laid and cemented, the section of casing 1 is lowered into the borehole and the drill pipe is assembled to the surface.
  • the new casing section 1 will have a smaller diameter than that of the section 5 already laid and a drive fitting 10 is adapted accordingly.
  • said connector 10 is fixed, then all the elements of the drill string are fixed to the connector, such as the drill rod 18, the slide 19 in the extended position, the rod masses 20 followed by sleeves. 21, the downhole motor 22 and the drilling tool 28.
  • the column thus assembled is lowered inside the casing 1 and the rear part 1a of the casing 1 is screwed onto the thread 12 of the connector 10.
  • the drilling is finished, the depth drilled corresponding to the length of the section 1, the drilling is stopped and the drill string is rotated in the opposite direction to the direction of the previous rotation.
  • the drill string After unscrewing the fitting, the drill string is removed from the well so as to leave in the well only the section of casing, the end of which carries a female thread.
  • This thread then makes it possible to connect to the casing of various well treatment equipment, for example for cementing, perforation or acidification. This result is particularly advantageous, because it allows great precision in identifying the level at which one wishes to act.

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Abstract

Domaine de forage de puits, en particulier de forage horizontal. Une colonne de forage entrainée en rotation par une table de rotation porte à son extrémité un outil de forage 28 entrainé par un moteur de fond 22 et, dans sa partie intermédiaire, un raccord d'entrainement 10 avec lequel est solidarisée par vissage l'extrémité arrière 1a d'un tron­çon de cuvelage 1, dont l'extrémité avant est munie d'une couronne à gar­niture abrasive 3.
La longueur de la partie de la colonne de forage séparant le raccord 10 de l'outil 28 est sensiblement égale à la longueur du tronçon 1.
Le cuvelage 1 entrainée par la colonne de forage à la vitesse de rotation de la table de rotation se fraie son chemin par lui-même au cours du fo­rage.
Permet la pose de cuvelage dans un terrain instable comportant des risques d'éboulement.

Description

  • La présente invention se rapporte à un dispositif de forage et cuvelage simultanés.
  • Selon les procédés de forage de puits pétroliers habituels, on procède d'abord au forage d'une certaine profondeur, puis on descend le cuvelage que l'on fait ancrer au sol par cimentation.
  • Toutefois, si dans l'intervalle un éboulement se produit, le cuvelage ne trouve pas sa place dans le puits foré.
  • On connait également des procédés de forage et cuvelage simultanés, dans lesquels l'agencement particulier de la colonne de forage et de l'outil permet de forer un trou suffisant pour que le cuvelage y trouve sa place au moyen d'un seul outil de forage.
  • Toutefois, même dans le cas du forage et de la pose simultanée du cuvelage, le risque d'éboulement dans un terain instable existe dans l'invervalle séparant l'outil de forage et l'extrémité inférieure du cuvelage.
  • De toute façon, les procédés connus ne sont pas adaptés au forage horizon­tal.
  • L'objet de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une méthode visant la pose simultanée du cuvelage au fur et à mesure d'avancement du forage, en dotant l'extrémité du cuvelage d'une garniture de forage qui se fraie son chemin parallele même, puisqu'elle est entrainée en rotation.
  • Le dispositif de forage et cuvelage simultanés selon l'invention, utili­sable après la mise en place d'un premier tronçon de cuvelage, soit par des moyens conventionnels, soit par application du présent dispositif, suivie de cimentation, sur une partie déjà forée du puits est caractéri­sé en ce que la colonne de forage, entrainée en rotation par la table de rotation et munie de tiges creuses, comporte à son extrémité inférieure un outil de forage entrainé par un moteur de fond et, dans sa partie inter­médiaire, un raccord d'entrainement avec lequel est solidarisée par vissage l'extrémité arrière d'un tronçon de cuvelage, l'extrémité avant dudit tronçon étant munie d'une couronne à garniture abrasive, la longueur de la partie de la colonne de forage séparant le raccord d'entrainement de l'outil de forage étant sensiblement égale à la longueur du tronçon de cuvelage.
  • En effet, en dissociant l'action du forage commandé par un moteur de fond tournant à des vitesses de l'ordre de 400 t/min de l'action de forage annulaire accomplie par une couronne à garniture abrasive portée par l'extrémité du tronçon de cuvelage et qui est entrainée à la vitesse de la table de rotation tournant de 40 à 60 t/min, on obtient des résultats satisfaisants en contrôlant le problème de coincement dans un terrain instable.
  • D'autres particularités de l'invention apparaitront à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation présenté à titre d'exemple et illustré par une figure montrant une vue en élevation d'une portion d'une colonne de forage selon l'invention et sur laquelle le raccord d'entrainement et la partie du fond sont présentés en coupe partielle (côté droit).
  • La colonne de forage comprend, comme habituellement, des tiges de forage creuses dont l'entrainement s'effectue au moyen de la table de rotation. Un tel train de tiges non représenté porte à son extrémité un raccord d'entrainement 10 en acier doux auquel il est fixé par l'intermédiaire de l'extrémité 11 dudit raccord.
  • La partie centrale du raccord 10 porte un filetage externe 12. Au moyen de ce filetage est vissée la partie arrière 1a d'un tronçon de cuvelage 1 pourvue d'un pas de vis interne. La partie arrière 1a possède pour des raisons de solidité une épaisseur supérieure à celle de la partie restante du tronçon 1.
  • Au dessus du filetage 12 est montée une bague en acier dur 13 fixée au raccord au moyen d'une goupille 14. Cette bague prend appui sur un épaule­ment 15 que présente la partie supérieure du raccored. Entre la bague 13 et le filetage 12 se trouve un joint d'étanchéité 16.
  • A l'extrémité inférieure du raccord 17 est fixée par vissage une tige creuse 18, laquelle est à son tour raccordée à une coulisse téléscopique 19.
  • La coulisse 19 est suivie par deux masses-tiges 20. Au bout de chaque masse-tige est intercalée une courte tige creuse revêtue d'un manchon 21 en caoutchouc dur de diamètre suffisamment grand pour permettre le centrage et la reprise de couple en faveur du cuvelage tournant à la même vitesse que la colonne de forage.
  • A l'extrémité de la dernière tige creuse portant un manchon 21, est vissé un moteur de fond 22 entrainé en rotation par un fluide hydraulique cir­culant dans les tiges creuses de la colonne et comportant, dans l'ordre, une partie supérieure de stator 23, un stator 24 et un rotor 25. La par­tie supérieure 23 porte une couronne à rainures longitudinales 26 servant de butées d'appui. En effet, lorsque le tronçon de cuvelage 1 est correcte­ment vissé sur le raccord 10, les parties saillantes desdites rainures 26 prennent appui sur un épaulement intérieur 2 que présente à ce niveau le tronçon de cuvelage 1.
  • Le stator 24 et le rotor 25 forment un palier à billes 27.
  • Au rotor 25 est fixé un outil de forage 28 par l'intermédiaire de la par­tie supérieure 29 de l'outil.
  • La partie centrale de l'outil de forage 28 porte une bague en bronze de centrage 30, libre en rotation et dont le diamètre extérieur est in­férieur seulement de quelques dixièmes de millimètre au diamètre in­térieur du cuvelage.
  • L'extrémité avant du tronçon de cuvelage 1 porte une couronne 3 à garni­ ture abrasive.
  • Le rotor 25 est pourvu d'évents 31 répartis concentriquement et qui sont destinés à l'écoulement du fluide hydraulique devant la couronne 3 pour dégager le front de taille.
  • La distance séparant le raccord 10 de l'outil de forage 28 est calculée de façon telle, que, lorsque le vissage de la partie 1a du tronçon 1 est correctement effectué, les parties saillantes des rainures 26 prennent appui sur l'épaulement 2, la bague 30 soit au niveau de la couronne 3 et la distance entre l'extrémité de la couronne 3 et celle de l'outil 28 prenne une valeur prédéterminée.
  • Un tel résultat est favorisé par l'existence de la coulisse téléscopique 19. En effet, lorsque les parties saillantes des rainures 26 butent prématu­rément contre l'épaulement 2, avant qu'un vissage correct du cuvelage soit atteint, la longueur de la colonne de forage peut diminuer, grâce à l'action de la coulisse. Les coulisses sont des organes couramment em­ployées dans le forage pétrolier. Elles consistent en deux tubes télésco­piques rentrant l'un dans l'autre, l'étanchéité étant garantie par des joints adéquats.
  • Le filetage 12 subit des contraintes considérables au cours de l'opéra­tiion de l'entrainement en rotation du cuvelage. Comme il existe un dan­ger de déformation du raccord en acier doux, on place contre l'épaule­ment de ce raccord une bague en acier dur de façon à réduire le risque d'une telle déformation.
  • Le raccord d'entrainement 10 est un raccord cylindrique d'un joint de sécurité dont l'application est classique dans le domaine du forage. Ce raccord cylindrique admet un couple de dévissage plus faible que celui des raccords coniques au moyen desquels s'effectue le raccordement des tiges de forage. De ce fait, en exerçant un couple de rotation en sens inverse du sens appliqué au cours du forage, on arrive à désoli­dariser le cuvelage du raccord, sans que le raccordement des tiges soit affecté.
  • Le bague de bronze 30 a un rôle important. En effet, l'outil entrainé par le rotor tournant à environ 400 t/min et la couronne tournant à en­viron 40-60 t/min, il est important qu'il n'y ait pas de contact direct entre les deux et que la couronne ne vienne pas endommager une partie de l'outil de forage.
  • La reprise de couple au moyen de manchons 26 permet d'annuler le couple réactif du stator 24 qui s'exerce dans le sens contraire à celui de la rotation du rotor.
  • Le procédé de la mise en oeuvre du dispositif décrit est le suivant. Une partie du puits ayant déjà été forée et un tronçon de cuvelage 5 se terminant par un sabot 6 ayant été posé et cimenté, on descend dans le trou de forage le tronçon de cuvelage 1 et on assemble à la surface la collone de forage.
  • Le nouveau tronçon de cuvelage 1 aura un diamètre inférieur à celui du tronçon 5 déjà posé et on adapte un raccord 10 d'entrainement en consé­quence.
  • Au dernier élément du train de tiges on fixe ledit raccord 10, puis on fixe au raccord tous les éléments de la colonne de forage, tels que la tige de forage 18, la coulisse 19 en position allongée, les masses tiges 20 suivies par des manchons 21, le moteur de fond 22 et l'outil de forage 28. On descend la colonne ainsi assemblée à l'intérieur du cuvelage 1 et on effectue le vissage de la partie arrière 1a du cuvelage 1 sur le filetage 12 du raccord 10.
  • Grâce à l'existence de la coulisse 19, on sait que lorsq'un certain effort a été exercé, suffisant pour assurer une bonne fixation de cuvelage sur le raccord, les parties saillantes de la couronne à rainures longitudi­nales 26 ont trouvé appui sur l'épaulement intérieur 2 du cuvelage et que l'extrémité de la couronne 3 se trouve au dessus de l'extrémité de l'outil 28 à une bonne distance, par exemple de 20 cm.
  • Lorsque le forage est terminé, la profondeur forée correspondant à la longueur du tronçon 1, on arrête le forage et on tourne le train de tiges dans le sens inverse au sens de la rotation précédente.
  • Lorsque le forage est un forage horizontal, le cuvelage est forcément maintenu en place grâce aux forces de frottement et coincé dans le terrain. Le dévissage ne pose alors aucun problème.
  • Au cas où on recontrerait des difficultés, notamment dans le cas du forage vertical, pour dévisser le raccord en le séparant du cuvelage, on fait tourner la couronne dans le sens du forage sans faire fonctionner le moteur de fond entrainant l'outil. On arrive ainsi aisément à coincer la couronne emprisonnée dans le terrain. Le cuvelage étant immobilisé de cette façon, une rotation du train des tiges en sens inverse permet facilement de dévisser le raccord.
  • Après le dévissage du raccord, on retire du puits la colonne de forage de façon à ne laisser dans le puits que le tronçon de cuvelage dont l'extré­mité porte un filetage femelle. Ce filetage permet par la suite de rac­corder au cuvelage des différents équipements de traitement de puits, par exemple pour la cimentation, la perforation ou l'acidification. Ce résultat est particulièrement avantageux, car il permet une grande précision dans le repérage du niveau auquel on souhaite agir.

Claims (7)

1. Dispositif de forage et cuvelage simultanés utilisable après la mise en place d'un premier tronçon de cuvelage, soit par des moyens conven­tionnels, soit par application du présent dispositif, suivie de cimen­tation, sur une partie déjà forée du puits, caractérisé en ce qu'une colonne de forage entrainée en rotation par une table de rotation et munie de tiges creuses (18) comporte à son extrémité inférieure un outil de forage (28) entrainé par un moteur de fond (22) et, dans sa partie intermédiaire, un raccord d'entrainement (10) avec lequel est solidarisée par vissage l'extrémité arrière (1a) d'un tronçon de cuve­lage (1), l'extrémité avant dudit tronçon étant munie d'une couronne à garniture abrasive (3), la longueur de la partie de la colonne de forage séparant le raccord d'entrainement (10) de l'outil de forage (28) étant sensbilement égale à la longueur du tronçon de cuvelage (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccord d'entrainement (10) est muni au dessus de son filetage (12) d'un épaule­ment (15), contre lequel prend appui une bague en acier dur (13) fixée audit raccord, de façon à ce que le bord supérieur du tronçon de cuve lage prenne appui sur cette bague à la fin de l'opération de vissage.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur la par­tie de la colonne de forage située entre le raccord (10) et l'outil de forage (28) est intercalée au moins un manchon (21) en matière rési­liente de diamètre suffisamment grand pour assurer une reprise de couple en faveur du tronçon de cuvelage (1), dont la vitesse de rotation est sensiblement égale à celle de la colonne de forage.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur de fond (22) comporte une partie du stator (23) présentant sur sa face extérieure une couronne à rainures longitudinales (26) réparties sur sa circonférence, tandis que la paroi intérieuredu tronçon de cuvelage (1) présente un épaulement (2) intérieur servant de butée d'appui aux parties saillantes des rainures longitudinales (26) de la couronne, la distance séparant ledit épaulement (2) de l'extrémité de la couronne (3) abrasive du tronçon de cuvelage (1) étant telle, que lorsque les parties saillantes (26) butent contre ledit épaulement, la couronne (3) à garniture abrasive se trouve au dessus de l'extrémité de l'outil de forage (28) à une distance prédéterminée.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que sur la par­tie de la colonne de forage située entre le raccord d'entrainement (10) et l'outil de forage (28) est intercalée une coulisse téléscopique (19) dont la variation de longueur permet la prise d'appui aux parties saillantes des rainures longitudinales (26) sur l'épaulement (2) du tronçon de cuvelage à la fin de l'opération de vissage.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur la partie de l'outil de forage (28) qui se trouve sensiblement au niveau de la couronne à garniture abrasive (3) est montée libre en rotation une bague en bronze (30) de centrage, dont le diamètre extérieur est inférieur de quelques dixièmes de millimètre du diamètre intérieur de ladite couronne.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (25) du moteur de fond (22) est pourvu d'évents (31) débouchant à sa surface, permettant le dégagement du front de taille devant la couronne (3) au moyen du fluide hydraulique actionnant le moteur.
EP87400713A 1986-04-02 1987-04-01 Dispositif de forage et cuvelage simultanés Expired EP0241354B1 (fr)

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FR8604678 1986-04-02

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EP0241354A1 true EP0241354A1 (fr) 1987-10-14
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EP87400713A Expired EP0241354B1 (fr) 1986-04-02 1987-04-01 Dispositif de forage et cuvelage simultanés

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EP (1) EP0241354B1 (fr)
CA (1) CA1274818A (fr)
DE (1) DE3760084D1 (fr)
FR (1) FR2596803B1 (fr)
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