FR2543213A1 - Well drilling water sampling tool - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les dispositifs pour le forage d'exploration et a notamment pour objet un train de forage. The present invention relates to devices for exploratory drilling and in particular relates to a drilling train.
Le train de forage selon l'invention peut strie appliqué sur une large échelle dans le génie civil, dans l'agriculture et dans l'amélioration des terresspour le forage de puits dans des conditions hydrogéologiques variées. The drill string according to the invention can be applied on a large scale in civil engineering, in agriculture and in the improvement of soil for drilling wells under various hydrogeological conditions.
L'application de l'invention est d'une efficacité maximale dans le forage et l'essai des puits d'explora= tion dans des conditions hydrogéologiques représentées par des terrains meubles et inconsistants à plusieurs nappes aquifères. The application of the invention is of maximum efficiency in the drilling and testing of exploration wells under hydrogeological conditions represented by loose and inconsistent terrain with several aquifers.
A l'heure actuelle, le forage de puits d'exploration par la méthode drInjectlon inverse prend de plus en plus d'importance dans latecklique de forage de puits producteurs d'eau. Nowadays, the drilling of exploration wells by the reverse drInjectlon method is becoming more and more important in the field of drilling wells producing water.
On connaR.t un train de forage pour la réalisation et l7essai de puits, comprenant une double colonne de tiges composee de tiges de forage disposées de manière concentrique, un outil de forage disposé à l'extrémité inférieure de la colonne de tiges et un mélaneur e
Le forage par le train de forage connu est effectué par injection inverse. Le fluide de forage utilisé dans le train de forage connu est injecté dans l'espace annulaire entre les tiges de forage, arrivez à travers le mélangeur, dans la colonne intérieure de tiges de forage, entrasse les déblais et les remonte à la surface.A drilling train is known for making and testing wells, comprising a double column of rods composed of drilling rods arranged concentrically, a drilling tool arranged at the lower end of the column of rods and a mixer e
Drilling by the known drill string is carried out by reverse injection. The drilling fluid used in the known drill string is injected into the annular space between the drill pipes, arrive through the mixer, in the inner column of drill pipes, collect the cuttings and bring them up to the surface.
L'inconvénient de ce train de forage connu est qu'il est impossible de l'utiliser pour l'essai des couches aquifères sans opérations supplémentaires de montée et de descente. Pour essayer les couches aquifères, il est nécessaire de descendre dans la colonne intérieure de tiges de forage une colonne supplémentaire pour le pompage d'essai à l'air en vue d'essayer les couches aquifères. The disadvantage of this known drilling train is that it is impossible to use it for testing the aquifers without additional raising and lowering operations. To test the aquifers, it is necessary to descend into the inner column of drill pipes an additional column for the test pumping in air in order to test the aquifers.
Le nombre d'opérations de montée et de descente est égal au nombre de couches aquifères. The number of ascent and descent operations is equal to the number of aquifer layers.
On connaît un autre train de forage, comprenant une tête d'injection-distributeur, des tiges de forage doubles disposées de manière concentrique, un éjecteur (des buses) et un outil de forage fixé à l'extrémité inférieure des tiges de forage. Another drilling train is known, comprising an injection-distributor head, double drill pipes arranged concentrically, an ejector (nozzles) and a drilling tool fixed to the lower end of the drilling pipes.
Le forage à l'aide de ce train de forage connu est également effectué par le procédé d'injection inverse du fluide de forage, et est réalisé de manière qu'il n'y ait pratiquement pas d'intervalle entrela tige extérieure et la paroi du puits, ce qui crée des conditions favorables pour la localisation et l'essai de nombreuses couches aquifères faiblement productrices. Drilling using this known drill string is also carried out by the process of reverse injection of the drilling fluid, and is carried out so that there is practically no interval between the outer rod and the wall from the well, which creates favorable conditions for the location and testing of many poorly producing aquifers.
La particularité du train de forage connu considéré consiste en zence que pour vessai d'une couche aquifère et sa remontée après l'essai, il est nécessaire de descendre au fond, à travers la colonne de tiges intérieure, un filtre à tamise
Comme, normalement, on essaie plusieurs couches aquifères dans chaque puits, les opérations de descente et de remontée du filtre occupe une part importante du temps de forage, ce qui a pour effet de réduire le rendement global de l'outil de forage.The particularity of the known drilling train considered consists in zence that for bladder of an aquifer layer and its rise after the test, it is necessary to descend to the bottom, through the column of internal rods, a screen filter
As, normally, several aquifer layers are tested in each well, the operations of lowering and raising the filter occupies a significant part of the drilling time, which has the effect of reducing the overall yield of the drilling tool.
On s'est donc proposé de créer un train de forage permettant le forage et l'essai des couches aquifères au cours de la réalisation d'un puits en utilisant -à cette fin une même colonne de tiges de forage
Ce problème est résolu à l'aide d'un train de forage destiné au forage de puits et à leur essai au cours du forage, comprenant un outil de forage réalisé sous forme d'un trépan central et d'un trépan périphérique et fixé sur la colonne de tiges de forage, dans laquelle sont prévus des canaux pour l'amenée du fluide de forage à l'outil et pour la remontée du fluide entraRnant les déblais, caractérisé, selon l'invention, an ce que le trépan périphérique est monté sur une tige porteuse per- forée jointe à la colonne de tiges de forage et pourvue intérieurement d'un élément filtrant et d'une soupape par laquelle elle communique avec le canal d'amenée du fluide de forage, et que la tige porteuse renferme une tige intérieure communiquant avec le canal de remontée des déblais et percée de trous radiaux et sur laquelle est monté de façon mobile le trépan central pouvant prendre une position de travail et une position sortie et fixé sur un élément actionneur réalisé de manière.et à ouvrir la soupape, lorsque le trépan central se trouve en position de travail, pour amener le fluide de forage dans 1'espace
annulaire par les perforations de la tige porteuse, et à
ouvrir les trous de la tige intérieure et fermer la soupape,
lorsque le trépan central se trouve an position sortie, pour prélever du fluide de gisement par les perferations
de la tige porteuse.It has therefore been proposed to create a drilling train allowing the drilling and testing of the aquifer layers during the making of a well, using the same column of drilling rods for this purpose.
This problem is solved using a drill string intended for drilling wells and for testing them during drilling, comprising a drilling tool produced in the form of a central drill bit and a peripheral drill bit and fixed on the drill pipe column, in which channels are provided for supplying the drilling fluid to the tool and for raising the fluid driving the cuttings, characterized, according to the invention, in that the peripheral drill bit is mounted on a perforated support rod joined to the drill pipe column and provided internally with a filter element and a valve by which it communicates with the drilling fluid supply channel, and that the support rod contains a internal rod communicating with the cuttings ascent channel and pierced with radial holes and on which the central drill bit is movably mounted which can take a working position and an extended position and fixed on an actuator element made so as to open the so upape, when the central drill bit is in the working position, to bring the drilling fluid into the space
annular by the perforations of the support rod, and at
open the holes in the inner rod and close the valve,
when the central drill bit is in the extended position, to withdraw reservoir fluid through the perforations
of the supporting rod.
Ce mode de réalisation du train de forage permet
d'augmenter le rendement de forage de 10 à 15 %.This embodiment of the drill string allows
increase the drilling yield by 10 to 15%.
il est préférable que l'élément actionneur soit
réalisé sous forme d'une tubulure en tiroir montée de manière mobile sur la tige intérieure et percée de trous
radiaux disposes de manière qutils soient masqués par les
parois de la tige intérieure, lorsque le trépan central se trouve en position de travail, et qu'ils se placent en face des trous de la tige intérieure lorsque le trépan
central se trouve en position sortie.it is preferable that the actuator element is
made in the form of a drawer tube movably mounted on the inner rod and pierced with holes
radials arranged so that they are masked by
walls of the inner rod, when the central drill bit is in the working position, and they are placed opposite the holes of the inner rod when the drill bit
central is in the extended position.
Ce mode de réalisation de l'élément actionneur permet d'essayer les couches aquifères sans remontée du train de forage. This embodiment of the actuator element makes it possible to test the aquifer layers without raising the drilling train.
Il est avantageux de réaliser la soupape sous forme d'un bourrelet à la surface intérieure de la tige porteuse, de manière à former un siège de soupape, et d'un bourrelet à la surface extérieure de la tubulure en tiroir, cet autre bourrelet pouvant être mis en contact avec le premier bourrelet et formant un corps de soupape. It is advantageous to produce the valve in the form of a bead on the inside surface of the support rod, so as to form a valve seat, and of a bead on the outside surface of the drawer tubing, this other bead being able to be brought into contact with the first bead and forming a valve body.
Ce mode de réalisation de la soupape augmente sa
sécurité de fonctionnement.This embodiment of the valve increases its
operational safety.
Il est préférable de disposer la tubulure en tiroir de manière qu'elle puisse se déplacer librement dans le sens axial dans la tige intérieure sous l'action de son propre poids, lorsque le trépan central se trouve en position sortie. It is preferable to arrange the tubing in a drawer so that it can move freely in the axial direction in the internal rod under the action of its own weight, when the central drill bit is in the extended position.
Ceci assure la mise en action automatique de 1 'éjecteur annulaire. This ensures the automatic actuation of one annular ejector.
Il est avantageux de pratiquer, dans la partie de la tige intérieure orientée vers la colonne de tiges de forage, un canal éjecteur annulaire qui est masqué par la tubulure en tiroir, lorsque le trépan central se trouve en position de travail, et communique avec le canal d'amenée du fluide de forage, lorsque le trépan central se trouve en position sortie. It is advantageous to make, in the part of the inner rod facing the drill pipe column, an annular ejector channel which is masked by the drawer tubing, when the central drill bit is in the working position, and communicates with the drilling fluid supply channel, when the central drill bit is in the extended position.
Ceci permet d'assurer une bonne qualité de l'essai des couchesaquifères. This ensures good quality of the aquifer layer test.
Il est préférable de doter la tige intérieure d'un dispositif d'ascension ou de remontée à l'air, ou "air-lift', disposé au-dessus du canal éjecteur, et de prévoir dans la colonne de tiges de forage un canal d'amenée d'air comprimé audit dispositif d'ascension à l'air. It is preferable to provide the inner rod with an air lift or ascent device, or "air-lift", placed above the ejector channel, and to provide in the drill pipe column a channel supplying compressed air to said air ascent device.
Ce mode de réalisation permet d'intensifier la remontée du fluide de forage0
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle ci apparaRtront mieux à la lumière de la description explicative détaillée qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatif s avec références aux dessins non lInLitatifs annexés dans lesquels . This embodiment makes it possible to intensify the ascent of the drilling fluid 0
The invention will be better understood and other objects, details and advantages thereof will appear better in the light of the detailed explanatory description which will follow of various embodiments given solely by way of nonlimiting examples with reference to the drawings. not the annexed InLitatives in which.
- la figure 1 représente une vue d'ensemble de l'outil de forage en position de travail, en coupe longitudinale, selon l'invention
- la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1
- la figure 3 est une vue d'ensemble de l'outil de forage en position sortie, en coupe longitudinale, selon l'invention
- la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-1V de la figure 1.- Figure 1 shows an overview of the drilling tool in the working position, in longitudinal section, according to the invention
- Figure 2 is a sectional view along II-II of Figure 1
- Figure 3 is an overall view of the drilling tool in the extended position, in longitudinal section, according to the invention
- Figure 4 is a sectional view along IV-1V of Figure 1.
Le train de forage faisant l'objet de l'invention (figure 1) comprend un outil de forage 1 se composant d'un trépan central 2 et d'un trépan périphérique 3 fixé sur la colonne 4 de tiges de forage0 La colonne 4 de tiges de forage comprend une tige de forage intérieure 5 et une tige de forage extérieure 6 entre lesquelles est formé un canal annulaire 7 (figures 1,2) partagé en deux canaux 9 et 10 par des cloisons radiales 8 fixées de manière rigide à la tige intérieure 5 et à la tige extérieure 6. Le canal 9 sert à l'amenée du fluide de forages et le canal 10, à l'amen d'air comprimé. The drill string which is the subject of the invention (FIG. 1) comprises a drilling tool 1 consisting of a central drill bit 2 and a peripheral drill bit 3 fixed to the column 4 of drill pipes 0 The column 4 of drill rods comprises an internal drill rod 5 and an external drill rod 6 between which is formed an annular channel 7 (Figures 1,2) divided into two channels 9 and 10 by radial partitions 8 rigidly fixed to the rod inner 5 and the outer rod 6. The channel 9 is used for the supply of drilling fluid and the channel 10, for the supply of compressed air.
Le trépan périphérique 3 est fixé sur une tige porteuse perforée Il munie intérieurement dvun élément filtrant 12 et reliée à la colonne 4 de tiges de forage
La tige porteuse perforée Il est pourvue d'une soupape 13 par laquelle elle communique avec le canal 9 d'amenée du fluide de forage.The peripheral drill bit 3 is fixed to a perforated support rod. It is internally provided with a filter element 12 and connected to the column 4 with drill rods.
The perforated support rod It is provided with a valve 13 by which it communicates with the channel 9 for supplying the drilling fluid.
La tige porteuse perforée Il renferme une tige intérieure 14 communiquant avec le jazz canal 9 et percée de trous radiaux 15, 15' e La remontée des déblais se fait par le canal 16. The perforated supporting rod It contains an internal rod 14 communicating with the jazz channel 9 and pierced with radial holes 15, 15 ′ The ascent of the cuttings is done by the channel 16.
La tige intérieure 14 porte un élément actionneur 17 sur lequel est monté le trépan central 2 et qui peut prendre une position de travail et une position sortiez
L'élément actionneur 17 est percé de trous radiaux 18, 18' et muni intérieurement, dans la zone des trous 18, 18'y:de bagues d'étanchéité 19, 19' D'élément actionneur 17 est réalisé de manière à pouvoir masquer les trous 15, 15' de la tige intérieure 14 et à ouvrir la soupape 13, lorsque le trépan central 2 se trouve en position de travail. La transmission du couple de rotation de la colonne 4 de tiges de forage au trépan central 2 est assurée par les surfaces profilées 20 et 21 (figure 4) réalisées respectivement dans les parties inférieures de la tige perforée Il et de l'élément actionneur 17. The inner rod 14 carries an actuator element 17 on which is mounted the central drill bit 2 and which can take a working position and an exit position
The actuating element 17 is pierced with radial holes 18, 18 ′ and provided internally, in the region of the holes 18, 18 ′: with sealing rings 19, 19 ′. Actuating element 17 is produced so as to be able to hide the holes 15, 15 'of the inner rod 14 and to open the valve 13, when the central drill bit 2 is in the working position. Transmission of the torque from the column 4 of the drill rods to the central drill bit 2 is ensured by the profiled surfaces 20 and 21 (FIG. 4) produced respectively in the lower parts of the perforated rod II and of the actuator element 17.
La soupape 13sercd l'amenée du fluide forage du canal 9 vers l'espace annulaire a travers les perforations de la tige iîetàl'ouverture des trous 15 de la tige intérieure 14 lorsque le trépan central 2 se trouve en position sortie, pour prélever du fluide de gisement. The valve 13 feeds the drilling fluid from the channel 9 to the annular space through the perforations in the rod and at the opening of the holes 15 in the internal rod 14 when the central drill bit 2 is in the extended position, for withdrawing fluid. of deposit.
L'élément actionneur 17 peut Gtre réalisé sous forme d'une tubulure en tiroir 22 montée de manière mobile sur la tige intérieure 14 percée de trous radiaux 15, 15'
Les trous 18, 18' sont disposés de manière qu'ils soient fermés parles parois de la tige intérieure 14, lorsque le trépan central 2 se trouve en postion de travail, et coïncident avec les trous 15, 15t de la tige intérieure 14, lorsque le trépan central se trouve en position sortie.The actuating element 17 can be made in the form of a tubing in a drawer 22 mounted movably on the internal rod 14 pierced with radial holes 15, 15 '
The holes 18, 18 ′ are arranged so that they are closed by the walls of the internal rod 14, when the central drill bit 2 is in the working position, and coincide with the holes 15, 15t of the internal rod 14, when the central drill bit is in the extended position.
La soupape 13 peut être réalisée sous forme dans bourrelet 23 à la surface intérieure de la tige porteuse Il de manière à former le siège de la soupape 13, et d'un bourrelet 24 à la surface extérieure de la tubulure en tiroir 22, pour former le corps de la soupape 13, pouvant être mis en contact avec le bourrelet 23 de la tige porteuse 11. The valve 13 can be produced in the form of a bead 23 on the inside surface of the support rod II so as to form the seat of the valve 13, and of a bead 24 on the outside surface of the drawer tubing 22, to form the body of the valve 13, which can be brought into contact with the bead 23 of the support rod 11.
sur une partie de la tige intérieure 14 est pratiqué un canal éjecteur annulaire 25 qui peut être masqué par la tubulure en tiroir 22, lorsque le trépan central 2 se trouve en position de travail (la positon de travail est celle de forage du puits), ou mis en communication avec le canal 9 pour l'amenée du fluide de forage,. lorsque le trépan central 2 se trouve en position sortie,
La tige intérieure 5 de la colonne 4 est pourvue d'un dispositif d'ascension à l'air 26. Ce dernier communique avec le canal 10 d'amenée d'air comprimé, prévu dans la colonne 4 de tiges de forage.on a part of the inner rod 14 is formed an annular ejector channel 25 which can be masked by the drawer tubing 22, when the central drill bit 2 is in the working position (the working position is that of drilling the well), or placed in communication with the channel 9 for the supply of the drilling fluid. when the central drill bit 2 is in the extended position,
The inner rod 5 of the column 4 is provided with an air ascent device 26. The latter communicates with the channel 10 for supplying compressed air, provided in the column 4 of drill rods.
Le train de forage selon l'invention peut être utilise dans n'importe quel appareil de forage rotary équipé d'une pompe de forage et d'un compresseur e
Le train de forage fonctionne de la manière suivante.The drill string according to the invention can be used in any rotary drilling rig equipped with a drilling pump and a compressor and
The drill string works as follows.
L'appareil de forage, muni du train de forage, est placé au point de forage, où l'on procède à son montage. The drilling rig, fitted with the drilling rig, is placed at the drilling point, where it is assembled.
Le train de forage est introduit dans un avantpuits préalablement creusé et communiquant avec une fosse de décantation creusée d'avance et remplie de fluide de forage (d'eau industrielle). The drill string is introduced into a wellbore previously dug and communicating with a decantation pit dug in advance and filled with drilling fluid (industrial water).
Après avoir introduit le train de forage dans l'avant- puits, on met en marche la pompe de forage (non représentée) de l'appareil de forage, dont le tuyau d'aspiration est immergé dans la fosse de décantation remplie de fluide de forage. Le fluide de forage est alors injecté depuis la fosse de décantation (non représentée) dans le canal 9 prevu dans la colonne de forage 4, puis dans l'espace annulaire à travers la soupape 13 ouverte, l'espace entre la tige perforée 11.etl'élément actionneur 17 et à travers les trous de la tige perforée 11.Puis on met le train de forage en rotation et le fluide de forage entraînant les déblais de forage sous forme de boue, arrive dans le canal 16 de la tige intérieure 14, remonte à la surface et arrive au décanteur, où les déblais de forage se dé- posent, alors que le fluide de forage est è nouveau injecté par la pompe de forage dans le canal 9 de la colonne 4 de tiges de forage. After having introduced the drilling rig into the pilot well, the drilling pump (not shown) of the drilling apparatus is started, the suction pipe of which is immersed in the decantation pit filled with drilling. The drilling fluid is then injected from the settling pit (not shown) into the channel 9 provided in the drilling column 4, then into the annular space through the open valve 13, the space between the perforated rod 11. andthe actuator element 17 and through the holes of the perforated rod 11.Then the drill string is rotated and the drilling fluid driving the cuttings in the form of mud, arrives in the channel 16 of the internal rod 14 , rises to the surface and arrives at the settling tank, where the cuttings are deposited, while the drilling fluid is again injected by the drilling pump into the channel 9 of the column 4 of drilling rods.
Le forage rotary du puits continue jusqu'à ce qu'une couche aquifère soit atteinte. Rotary drilling of the well continues until an aquifer layer is reached.
Lorsque le train de forage pénetre dans une couche aquifère, on le remonte de 0,5 à i m aumdessus du fond du puits et l'on continue à injecter le fluide de forage dans le canal 9 à travers la tête d'injectlon distributeur et à amener l'air comprimé dans le canal 10 depuis le compresseur. When the drill string enters an aquifer layer, it is raised from 0.5 to im above the bottom of the well and we continue to inject the drilling fluid into the channel 9 through the distributor injectlon head and bring the compressed air into channel 10 from the compressor.
Sous l'action de la pressioaa du fluide de forage et de son propre poids, la tubulure en tiroir 22 (figure 3) descend vers sa position inférieure (position sortie) jusqu'à ce que le corps de la soupape 13, réalisé sous forme de bourrelet 24 sur l'élément actionneur 17, vienne se poser sur le siège de la soupape 13 réalisé sous forme de bourrelet 23 sur la tige perforée 11. Under the action of the pressure of the drilling fluid and its own weight, the drawer tubing 22 (Figure 3) descends to its lower position (extended position) until the body of the valve 13, produced in the form bead 24 on the actuator element 17, comes to rest on the seat of the valve 13 produced in the form of bead 23 on the perforated rod 11.
Les trous radiaux 15, 15? de la tige intérieure 14 se trouvent alors placés en face des trous radiaux 18, 18' de l'élément actionneur 17, de sorte que la cavité de la tige intérieure 14 communique maintenant avec l'espace annulaire. La fermeture de la soupape 13 a pour effet que les espaces situés au dessus et au-dessous d'elle se trouvent isolés l'un de l'autre et que le fluide de forage traversant le canal éjecteur annulaire 25 crée une dépression qui provoque un afflux du fluide de gisement contenu dans la couche.The radial holes 15, 15? of the inner rod 14 are then placed opposite the radial holes 18, 18 'of the actuator element 17, so that the cavity of the inner rod 14 now communicates with the annular space. Closing the valve 13 results in the spaces above and below it being isolated from each other and that the drilling fluid passing through the annular ejector channel 25 creates a vacuum which causes a inflow of the reservoir fluid contained in the layer.
Le liquide provenant de la couche productive passe par l'élément filtrant 12 de la tige perforée Il et les trous radiaux 18, 18g de ltélément actionneur 17 se trouvant en face des trous 15, 15t de la tige intérieure 14 et arrive dans le canal 16 de la tige intérieure 14. The liquid coming from the productive layer passes through the filter element 12 of the perforated rod II and the radial holes 18, 18g of the actuator element 17 located opposite the holes 15, 15t of the internal rod 14 and arrives in the channel 16 of the inner rod 14.
En même temps, l'air comprimé arrive dans le canal 10 de la colonne de forage 4 à travers la teste dtin3ection- distributeur, puis dans le dispositif de remontée à l'air 26 et crée une dépression supplémentaire qui active la remontée du fluide de gisements
Après avoir terminé l'essai de la couche productive, on descend à nouveau ltout de forage au fond du puits, en le mettant en même temps en rotation et en injectant le fluide de forage ; à ce moment, l'élément actionneur 17 occupe avec le trépan central 2 la position de travail
et le forage se poursuit jusqu'à ce que la couche à essayer suivante soit atteintes At the same time, the compressed air arrives in the channel 10 of the drill string 4 through the dtin3ection-distributor test, then in the air ascent device 26 and creates an additional depression which activates the ascent of the deposits
After having finished the test of the productive layer, the whole drill is lowered again to the bottom of the well, while putting it in rotation at the same time and injecting the drilling fluid; at this time, the actuator element 17 occupies with the central drill bit 2 the working position
and drilling continues until the next test layer is reached
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