FR2661942A1

FR2661942A1 - Manchon de securite pour puits communiquant notamment avec une reserve souterraine de fluide sous pression, ensemble de securite et procede d'exploitation du puits associes.

Info

Publication number: FR2661942A1
Application number: FR9005931A
Authority: FR
Inventors: Chaix Jean
Original assignee: GEOSTOCK
Current assignee: GEOSTOCK
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1991-11-15
Anticipated expiration: 2010-05-11
Also published as: FR2661942B1

Abstract

Afin d'assurer la sécurité de puits communiquant notamment avec une cavité lessivée dans le sel gemme et contenant du gaz sous pression, l'art antérieur propose des dispositifs ayant l'inconvénient de réduire les sections de passage au travers des tubes du puits. La présente invention minimise cette réduction grâce à un manchon 100 cylindrique creux obturé intérieurement par un bouchon 60 et comportant des conduits 131 percés dans sa paroi de façon à réaliser un croisement des écoulements fluides ayant lieu d'une part dans le tube 10 central du puits 2 et d'autre part dans l'annulaire 9 entre ce tube 10 central et un tube 30 de cuvelage. Ce manchon 100 est, conformément à la présente invention, pris en sandwich entre des morceaux de tube 10 central et de tube 30 de cuvelage, tandis que des vannes 50 de sécurité sont avantageusement montées autour des morceaux de tube 10 central au-dessus et en dessous du manchon 100. II en résulte un ensemble de sécurité qui, dans le cadre du procédé d'exploitation du puits selon l'invention, est raccordé aux tubes 10 central et 30 de cuvelage. Dès lors, les écoulements établis tant dans le tube 10 central que dans l'annulaire 9 peuvent être arrêtés en cas d'incident par les vannes 50 sans que leur présence en particulier n'entrave de façon notable le passage dans le tube 10 central.

Description

La présente invention se rapporte aux systèmes de tubes qui sont disposés au sein des puits notamment d'exploitation de réserves souterraines de fluide sous pression, que ces dernières soient naturelles (gisements pétroliferes) ou artificielles (cavités de stockage en massif suffisamment imperméable). Elle développe en particulier un dispositif de sécurité facilitant la fermeture de tout passage entre ces tubes et l'extérieur du puits. Ce dispositif est plutôt appelé par la suite "manchon" en raison de sa structure même.Un ensemble de sécurité comportant ce manchon, mais aussi une partie des tubes ainsi que des vannes de sécurité de type connu, fait également partie de l'invention. I1 autorise en effet la mise en oeuvre d'un procédé d'exploitation du puits où il est disposé, qui est particulièrement avantageux économiquement et fiable au plan de la sécurité.

Afin de mieux faire comprendre en quels termes techniques se pose le problème de la sécurité des puits communiquant avec des réserves souterraines de fluide, nous nous référons d'emblée à un exemple relativement précis et l'illustrons par les quatre premières figures jointes en annexe. Celles-ci s'appliquent en effet à un cas particulier de réserve qui utilise une cavité excavée par lessivage dans un massif de sel gemme.

Conformément à la figure 1, qui donne une idée des dimensions relatives à l'aide d'un axe vertical gradué, ce type de cavités peut atteindre des volumes de l'ordre de 5x105 m3. Un puits 2 unique relie la cavité I à la surface où sont installées les unités 3 d'exploitation. Pour cela, il traverse souvent du sel 6, mais aussi et principalement des roches sédimentaires 5 susjacentes.La technique du lessivage, qui consiste essentiellement à injecter de l'eau douce par un tube plongeur 10 et à récupérer cette eau saturée de sel dissous - plutôt appelée saumure - par l'annulaire entre le tube 10 et un tube appelé tube de garde non représenté et non permanent prenant place dans le puits 2, aboutit à la formation d'une cavité 1, mais aussi à l'accumulation d'insolubles 7 au fond de cette cavité 1 tandis qu'elle demeure remplie de saumure.

Avant de pouvoir y stocker du gaz par exemple, les exploitants du site doivent donc évacuer cette saumure initiale. Cela intervient dans une phase préliminaire à l'exploitation proprement dite, appelée dans la profession "dewatering". Celle-ci est schématisée sur la figure 2 où deux coupures semi-horizontales imaginaires ont permis de conserver des dimensions relatives à peu près réalistes. De la sorte en effet ressortent mieux la structure du puits 2 ainsi que la configuration, spécifique à cette phase, des tubes qu'il renferme. En partant du centre, nous reconnaissons le tube 10 plongeur qui s'étend pratiquement jusqu'au fond de la cavité 1, son extrémité inférieure débouchant juste au-dessus des insolubles 7. Il est entouré par un ensemble de cuvelage du puits 2 délimitant un annulaire 9.Cet ensemble comprend, toujours en allant de plus en plus vers l'extérieur du puits : un tube 30 de protection, un cuvelage 20 métallique, une gaine 25 en ciment. Tandis que cette dernière s'étend jusqu'au sabot 21 du puits 2 et garantit un bon ancrage du cuvelage au terrain, un liquide de densité appropriée, appelé souvent dans la profession "liquide de complétion", et à base de saumure est disposé entre le tube 30 de protection et le cuvelage 20. Retenu inférieurement par le bouchon annulaire 31, ce liquide a pour fonction d'exercer un effort de soutènement sur le cuvelage 20 dont la résistance notamment à l'écrasement peut ainsi être réduite.

Le "dewatering" consiste alors à injecter le gaz G à stocker par l'annulaire 9.

Pourvu que sa pression soit suffisante, il refoule l'interface 8 gazfsaumure vers le fond de la cavité, la saumure B étant ainsi contrainte de remonter par le tube 10 plongeur.

De cette façon, le gaz G sous pression remplace petit à petit la saumure B au sein de la cavité. Lorsqu'enfin elle ne contient plus que du gaz, la véritable phase d'exploitation du stockage commence. Celle-ci dure généralement de 20 à 25 ans au cours desquels du gaz est de loin en loin soutiré ou renouvelé. Pour ces opérations, le tube 10 plongeur est la plupart du temps amputé de tout ou partie de sa longueur s'étendant dans la cavité. C'est pourquoi nous lui donnons plutôt par la suite le nom de tube 10 central en nous référant à sa position au centre du puits. C'est par ce tube que traditionnellement, le gaz soutiré est recueilli en surface alors que l'annulaire 9 peut être volontairement obturé.

Cette façon d'opérer s'explique par la nécessité de munir le puits en exploitation de dispositifs de sécurité propres, en cas d'accident, à interrompre toute communication entre la cavité 1 sous pression et la surface. Or, les vannes de sécurité de type normalement fermé qui sont le plus souvent utilisées dans ce but, s'adaptent plus facilement au tube 10 central et ne peuvent pas être disposées dans l'annulaire 9 sans des aménagements complémentaires. Aussi les exploitants prennent-ils d'ordinaire la précaution de fermer définitivement cet annulaire sitôt le "dewatering" achevé. Dans ce but, différents éléments ont été jusqu'ici envisagés. L'un d'eux, couramment mis en oeuvre à l'heure actuelle, est représenté sur les demi-coupes du puits 2 des figures 3 et 4. Il s'agit d'un masque 40 annulaire qui est assujetti au sein du tube 10 central.Ce masque 40 présente une partie 42 télescopique qui, selon que de l'huile sous pression est amenée par la ligne 44 de contrôle ou non, est ressortie au maximum de sa longueur (figure 3) ou est totalement rétractée (figure 4). Dans le premier cas, le masque 40 isole l'intérieur du tube 10 central par rapport à l'annulaire 9. Les orifices latéraux 1 1 et 12 pratiqués dans le tube 10 central sont au contraire mis en communication l'un avec l'autre si bien que le gaz injecté lors du "dewatering" par exemple peut contourner une liaison fixe prévue entre tube 10 central et tube 30 de protection. Dans le cas d'un masque replié, un des orifices latéraux 1 1 se trouve dégagé tandis que l'autre 12 demeure isolé par le masque.Dès lors, le gaz soutiré est détourné depuis l'annulaire 9 jusqu'au sein du tube 10 central.

Si ce dispositif participe effectivement à la sécurité du stockage en phase d'exploitation en obturant l'annulaire 9, il présente cependant plusieurs inconvénients.

D'un côté, il est inhérent aux systèmes connus de réduire la section de passage du gaz soutiré, la section du tube central cumulée avec celle de l'annulaire étant limitée en sortie à celle du tube central. En d'autres termes, au-dessus de la vanne de sécurité, seule une partie de la section interne du puits 2 est utilisée, ce qui augmente les pertes de charge dans l'écoulement correspondant de gaz ainsi que sa vitesse d'écoulement.

D'un autre côté, les éléments comparables au masque 40 décrit ci-dessus, parce qu'ils prennent place au sein du tube central et encombrent sa section de passage, accentuent encore ces pertes de charge. Ils contribuent en outre à gêner rintroduction d'outils de fond ou le retrait de tubulures. Des éléments différents servant à fermer l'annulaire en phase d'exploitation ont aussi été imaginés qui ne s'insèrent pas dans le tube central pour le boucher en partie. Ils présentent alors d'autres inconvénients tels que la nécessité de désaxer le tube central par rapport à l'axe du puits, de prévoir des vannes de sécurité de faible encombrement afin de les disposer directement dans l'annulaire, de risquer de se désolidariser brusquement du cuvelage sous l'effet de la pression interne ou bien d'être inamovibles...

C'est ainsi que la présente invention a pour but d'autoriser une mise en oeuvre optimale à la fois du "dewatering" et de l'exploitation proprement dite du puits tout en permettant, afin d'assurer la sécurité en phase d'exploitation, un recours aisé à des moyens connus comme des vannes du type normalement fermé de taille courante. Et ce but doit être atteint. sans que les inconvénients répertoriés ci-dessus ne se manifestent.

Pour cela est ici proposé un manchon de sécurité pour puits communiquant notamment avec une réserve souterraine de fluide sous pression, un tube de cuvelage étant disposé dans ledit puits ainsi qu'un tube central concentrique audit tube de cuvelage de sorte qu'un annulaire est défini entre eux, caractérisé en ce que ledit manchon est constitué par un cylindre creux à paroi épaisse ayant des extrémités supérieure et inférieure ainsi que des surfaces latérales intérieure et extérieure, ledit manchon étant adapté à se raccorder, au niveau de ladite surface latérale extérieure, audit tube de cuvelage et, au niveau de ladite surface latérale intérieure, audit tube central, une gorge annulaire étant ménagée à ladite surface latérale intérieure en vue de recevoir un bouchon et des conduits étant percés dans ladite paroi dudit cylindre de façon à mettre en communication ledit annulaire avec ledit tube central, une première série desdits conduits partant de ladite extrémité supérieure dudit cylindre pour aboutir à ladite surface latérale intérieure entre ladite gorge et ladite extrémité inférieure dudit cylindre tandis qu'une seconde série desdits conduits part de ladite extrémité inférieure dudit cylindre pour aboutir à ladite surface latérale intérieure entre ladite gorge et ladite extrémité supérieure dudit cylindre.

Par exemple, chacun desdits conduits comporte une partie percée longitudinalement dans la paroi dudit cylindre et se prolongeant par un coude en une partie oblique. Selon une première forme de réalisation avantageuse7 chacun desdits conduits est localement de section cylindrique, lesdits conduits étant de préférence répartis circonférentiellement à égale distance les uns des autres. Il y a alors par exemple au total huit conduits, chacune desdites séries en comportant quatre immédiatement voisins les uns des autres. Selon une deuxième fonne de réalisation avantageuse, chacune desdites séries de conduits est constituée par l'enveloppe de canaux cylindriques parallèles disposés de sorte que deux canaux voisins s'interpénètrent.

Avantageusement, ledit cylindre constituant ledit manchon est usiné dans une billette d'acier. Il peut aussi être forgé. De même, il admet de préférence une hauteur comprise entre environ l,5m et environ 3m.

Le présent manchon fait alors partie d'un ensemble de sécurité qui, selon l'invention, comporte en outre:
- une longueur de tube central constituée par un morceau supérieur raccordé à
ladite extrémité supérieure dudit manchon et par un morceau inférieur raccordé à
ladite extrémité inférieure dudit manchon, au moins ledit morceau inférieur étant
pourvu d'une vanne de sécurité à même d'obturer ledit tube central en cas
d'accident;
- une longueur de tube de cuvelage peu différente de ladite longueur de tube
central et constituée de même par un morceau supérieur raccordé à ladite
extrémité supérieure dudit manchon et par un morceau inférieur raccordé à ladite
extrémité inférieure dudit manchon.

Avantageusement, lesdites longueurs de tube central et de tube de cuvelage font de l'ordre de la dizaine de mètres. De même, un siège de bouchon est de préférence prévu sur chacun desdits morceaux de ladite longueur de tube central à proximité immédiate dudit manchon.

Si ledit morceau supérieur de ladite longueur de tube central se termine plutôt par un évasement, ledit morceau inférieur de ladite longueur de tube central trouve avantage à se terminer par une rainure annulaire intérieure, un autre siège de bouchon étant disposé entre ladite vanne de sécurité et ladite rainure.

Avantageusement, ladite vanne de sécurité est de type retirable normalement fermé. Elle peut prendre place autour de ladite longueur de tube central et comporter une ligne de contrôle pour l'amenée d'un fluide hydraulique qui est maintenue en place grâce à son logement partiel au sein dudit manchon. Lorsque ledit tube de cuvelage est un tube de protection prenant place au sein d'un cuvelage cimenté, ledit morceau supérieur de ladite longueur de tube de protection comporte alors de préférence un orifice pour le passage de ladite ligne de contrôle, des moyens étant prévus afin d'assurer l'étanchéité dudit orifice.

Selon l'invention, un procédé d'exploitation d'un puits communiquant notamment avec une réserve souterraine de fluide sous pression, un tube de cuvelage étant disposé dans ledit puits ainsi qu'un tube central concentrique audit tube de cuvelage de sorte qu'un annulaire est défini entre eux, est caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le présent ensemble de sécurité de sorte que les écoulements établis d'une part dans le tube central et d'autre part dans l'annulaire sont à même de se croiser.

Selon un premier mode de réalisation, une première opération du présent procédé consiste à raccorder lesdites longueurs de tube central et de tube de cuvelage dudit ensemble de sécurité auxdits tubes central et de cuvelage respectivement, ledit morceau supérieur de ladite longueur de tube central étant également pourvu d'une autre vanne de sécurité à même d'obturer ledit tube central en cas d'accident.

Lorsque ladite réserve souterraine est constituée par une cavité lessivée dans le sel gemme initialement remplie de saumure et que ledit fluide en réserve est un gaz, une opération intermédiaire du présent procédé consiste alors à remplir ladite cavité avec ledit gaz, ledit gaz étant introduit sous pression par ledit tube central au-dessus dudit manchon, puis passant dans ledit annulaire en dessous dudit manchon pour repousser ladite saumure qui remonte par ledit tube central en dessous dudit manchon et est récupérée par ledit annulaire àu-dessus dudit manchon.

Toujours dans le même mode de réalisation, une dernière opération du présent procédé consiste à soutirer en surface ledit fluide en réserve olivet à injecter dans ladite réserve souterraine par aussi bien ledit tube central que ledit annulaire.

Selon un autre mode de réalisation du présent procédé, une première opération dudit procédé consiste à raccorder lesdites longueurs de tube central et de tube de cuvelage dudit ensemble de sécurité auxdits tubes central et de cuvelage respectivement, une chemise étant appliquée de façon étanche contre ladite surface latérale intérieure dudit manchon de sorte que lesdits conduits sont obturés, ledit bouchon étant par ailleurs ôté, une opération ultérieure dudit procédé consistant à soutirer en surface ledit fluide en réserve ou/et à injecter dans ladite réserve souterraine par ledit tube central uniquement.

Avantageusement, au cours de l'opération de raccordement dudit ensemble de sécurité, ledit ensemble est disposé à 30 mètres sous la surface du sol, ou même plus si cela est jugé nécessaire. Mais, étant entendu que ledit puits comporte en outre un cuvelage cimenté terminé inférieurement par un sabot, et que ledit tube de cuvelage est constitué par un tube de-protection prenant place au sein dudit cuvelage cimenté, au cours de l'opération de raccordement dudit ensemble de sécurité, ledit ensemble est plutôt disposé à environ 10 mètres au-dessus dudit sabot dudit puits, ledit morceau inférieur de ladite longueur du tube de cuvelage dudit ensemble de sécurité comportant un rétrécissement adapté à s'emboîter au sein d'un obturateur annulaire assujetti audit cuvelage cimenté dudit puits grâce à un bouchon annulaire, des joints étant prévus pour rendre l'emboîtement étanche.

Toujours au cours de cette même opération de raccordement dudit ensemble de sécurité, des tronçons supérieurs de tube central sont de préférence munis de joints d'étanchéité et emboîtés dans ledit morceau supérieur de ladite longueur de tube central dudit ensemble de sécurité tandis que des tronçons inférieurs de tube central sont plutôt assujettis au sein dudit morceau inférieur de ladite longueur de tube central dudit ensemble de sécurité par l'intermédiaire de chiens d'ancrage et d'une vessie gonflable de sorte que lesdits tronçons inférieurs et supérieurs peuvent être retirés à tout moment sans avoir à défaire ledit raccordement dudit ensemble de sécurité.

En d'autres termes, dès que le présent manchon est disposé au sein du système de tubes du puits, son bouchon étant en place et ses conduits dégagés, il réalise une dérivation de l'écoulement fluide de l'annulaire vers le tube central et de l'écoulement fluide du tube central vers i'annulaire, les deux flux correspondants étant donc amenés à se croiser. Cela a pour avantage que chacun des deux flux passe dans le tube central.

Grâce à deux vannes de sécurité montées sur ce tube, I'une installée en dessous du manchon et l'autre au-dessus, la fermeture de tout passage entre la réserve souterraine et la surface se trouve ainsi garantie en cas de besoin.

Ce résultat est obtenu sans la contrepartie des inconvénients de l'art antérieur.

Les écoulements n'ont en effet pas à subir de pertes de charge trop importantes au passage du manchon dont les conduits peuvent être rendus relativement larges (et en tout cas plus larges que les orifices latéraux 1 1 et 12 du dispositif connu décrit cidessus). Les vitesses d'écoulement sont de même plus favorables. Nous remarquons que les tubes central et de cuvelage demeurent concentriques. En outre, la possibilité de disposer les vannes de sécurité uniquement sur le tube central autorise le recours à des vannes de type courant, ne faisant pas preuve d'un encombrement particulièrement réduit. Enfin, rien ne rétrécit le passage au sein du tube central. Et il suffit d'ôter le bouchon prenant place au sein du manchon pour disposer d'une section quasi-pleine et pour descendre par le tube central tout outil nécessaire.

D'autres avantages encore sont à signaler en relation avec la nature de la réserve de fluide. S'il s'agit d'une cavité lessivée dans le sel gemme, le présent manchon est de préférence mis en place dès la phase de "dewatering". En phase d'exploitation, il autorise alors le soutirage et la récupération du fluide en réserve par à la fois le tube central et l'annulaire. Autrement dit, la section de passage du fluide en sortie est accrue, par rapport à l'art antérieur, de la section de l'annulaire. Cela revient en pratique à un doublement de section qui contribue encore à réduire les pertes de charge.

et à améliorer les vitesses d'écoulement pour un débit donné.

Mais, le présent ensemble de sécurité s'accommode aussi d'un gisement pétrolifère en s'adaptant tant à un puits d'injection que d'exploitation, c'est-à-dire de soutirage. Dans ce cas, il est également intéressant sur le plan de la sécurité pure. En effet, les exploitants sont à même de choisir de le disposer à proximité du fond du puits, c'est-à-dire à un endroit de moindre vulnérabilité pour ce qui est tant des désordres géologiques naturels que d'éventuels sabotages. Ils peuvent aussi démonter l'ensemble en tout ou partie et remonter en surface les éléments devant être inspectés ou réparés. Bien entendu, ces avantages s'ajoutent à celui de l'accroissement notable de la section de passage en sortie du puits. Dès qu'il s'agit d'un puits d'exploitation du gisement, cela laisse entrevoir la possibilité de réduire le nombre de puits avec l'épargne financière énorme que cela représente.

Enfin, grâce à l'application d'une chemise au sein du manchon pour obturer ses conduits, son bouchon étant par ailleurs retiré, le système de tubes se retrouve dans une situation analogue à celui de l'art antérieur en phase d'exploitation. Toutefois, l'avantage d'une vanne de sécurité montée autour du tube central et non à l'intérieur de ce dernier demeure, dégageant ainsi sa pleine section pour le passage du fluide. Cet aspect peut en outre être combiné à un annulaire particulièrement restreint à chaque fois que d'autres considérations sur les écoulements le permettent. Dans ce cas, le présent manchon fait simplement office d'obturateur de l'annulaire. II demeure toutefois particulièrement efficace dans ce rôle puisqu'il fait partie intégrante des tubes du puits et ne peut donc pas se désolidariser de lui.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation du présent manchon ainsi que du présent ensemble de sécurité le comportant. Ils illustrent également un mode de réalisation du présent procédé d'exploitation de puits communiquant avec une réserve souterraine de fluide.

Sur ces dessins:
- la figure 1 est une coupe verticale très schématique d'un massif de sel gemme
et dune cavité de stockage lessivée dans ce massif;
- la figure 2 est une coupe similaire à la précédente. Elle comporte toutefois deux
coupures semi-horizontales, une partie du massif au niveau de chacune de ces
coupures n'étant pas représentée si bien qu'une échelle bien plus grande peut
être utilisée. Les mouvements de fluides en phase de "dewatering" y sont
représentés à l'aide de flèches;
- les figures 3 et 4 sont des demi-coupes axiales d'un puits et de ses tubes
comportant un dispositif de sécurité conformément à l'art antérieur.Ce demier
est représenté dans sa configuration déployée en phase de "dewatering" sur la
figure 3 et dans sa configuration repliée en phase d'exploitation proprement dite
du puits sur la figure 4;
- les figures 5 et 6 se rapportent à un manchon de sécurité conformément à la
présente invention. En coupe axiale sur la figure 5, il est montré sur la figure 6
en coupe transversale dans le plan I-I de la figure 5;
- la figure 7 est une coupe axiale d'une forme de réalisation avantageuse d'un
ensemble de sécurité conformément à la présente invention; et
- les figures 8 et 9 replacent l'ensemble de sécurité de la figure 7 dans le contexte
d'un puits montré en coupe axiale. Elles illustrent respectivement les phases de
"dewatering" et d'exploitation proprement dite.

Les figures 5 et 6 montrent un manchon 100 de sécurité conformément à la présente invention. II s'agit à la vérité d'un cylindre à paroi épaisse pouvant atteindre de 1,5 à 3 mètres de hauteur, par exemple usiné dans une billette en acier ou encore forgé. Le diamètre extérieur du manchon correspond à peu de chose près à celui du tube 30 de protection que doit accueillir le puits. Des filetages 132 en vue de permettre le raccordement du manchon à ce tube sont par exemple réalisés. Sur la coupe axiale de la figure 5 apparaît qu'un filetage 132b inférieur peut être directement prévu à la surface externe du manchon tandis qu'un filetage 132h supérieur peut être façonné à l'intérieur d'une couronne saillant axialement sur le manchon.De même, le diamètre intérieur du manchon est choisi pour que le tube 10 central puisse se raccorder de façon étanche au sein de son trou 110 intérieur. Des filetages 1 12b inférieur et 112h supérieur sont par exemple pratiqués à cette fin à la surface du trou 110 intérieur aux abords de chacune des extrémités du manchon 100.

En plus des particularités qui viennent d'être évoquées et qui, pour l'heure, se bornent à faire du présent manchon une pièce de raccordement entre les différents tronçons du tube 30 de protection ainsi que du tube 10 central, d'autres caractéristiques lui conferent les qualités d'une dérivation permettant le croisement d'écoulements fluides. Ce sont tout d'abord une gorge 111 ménagée à la surface du trou 110 intérieur du manchon 100, à peu près à mi-hauteur de ce dernier. Cette gorge 111 est en effet adaptée à servir de siège pour un bouchon 60 représenté sur la figure 7 et qui vient fermer de façon étanche le trou 110. De la sorte, le passage offert par le tube 10 central se trouve interrompu au niveau du manchon 100, possibilité dont nous verrons l'intérêt dans les paragraphes suivants.Ensuite, des conduits 131 sont percés dans la paroi même du manchon 100 cylindrique. Chacun d'eux comporte une partie longitudinale qui part de la surface transversale de la paroi du manchon, c'est-à-dire plus simplement d'une de ses extrémités. En d'autres termes, ils sont prévus pour communiquer avec l'annulaire 9 dès lors que le manchon 100 est monté entre ses tronçons respectifs de tube 30 de protection et de tube 10 central. La partie longitudinale se prolonge par un coude en une partie oblique 113 qui débouche finalement au sein du trou 110 intérieur du manchon. Sitôt que le manchon 100 est raccordé aux tubes, les conduits 131 communiquent par conséquent avec le tube 10 central. Ils relient donc l'annulaire 9 et l'intérieur de ce tube 10.

Les parties longitudinales droites des conduits peuvent etre cylindriques et réparties circonférentiellement à égale distance les unes des autres comme cela est représenté en traits pleins sur les coupes axiale et transversale des figures 5 et 6 respectivement. Leur nombre est adaptable selon le diamètre de chaque conduit, épaisseur de la paroi du manchon, les débits d'écoulement souhaités etc.. Les figures 5 et 6 en montrent huit, mais ils pourraient tout aussi bien être quatre ou moins encore.

Il est concevable à l'opposé de les multiplier au point que les divers conduits s'interpénètrent et forment à eux tous un passage commun. C'est ce qui est représenté sur les figures 5 et 6 en traits pointillés. Cependant, il n'est pas question de relier entre eux tous les conduits. En effet, une première série de conduits (la moitié sur les figures) est prévue pour déboucher au-dessus du siège 111 de bouchon (cf. sections
13 1h et 113h) tandis qu'une seconde série formée par les conduits restants débouche sous le siège 111 (cf. sections 131b et 1 13b). Sur la coupe transversale de la figure 6, tous les conduits 13 il de la première série sont dessinés les uns à côté des autres.Ils sont donc pratiqués dans le même demi-manchon (si nous imaginons de couper le cylindre global selon un diamètre ). Les conduits 131b de la seconde série sont, quant à eux, pratiqués dans l'autre demi-manchon.

La figure 7 replace le manchon 100 qui vient d'être décrit dans le contexte des tubes 30 de protection et 10 central devant lui être raccordés. Ces derniers sont toutefois représentés de façon très schématique. En particulier le détail des raccords par filetage ou encore par emboîtement n'est pas reporté. De même, les raccords entre les divers tronçons de tubes ne sont pas représentés. Leur existence demeure cependant à l'esprit de l'homme de l'art si bien que nous ne les évoquerons ici pas davantage. Ce qu'il convient de retenir de la figure 7 illustrant un ensemble de sécurité préféré conformément à la présente invention concerne pour l'essentiel une longueur 13 particulière du tube 10 central ainsi qu'une longueur 33 du tube 30 de protection qui complètent le manchon en vue d'assurer la sécurité du puits.

Pour ce qui est de la longueur 13, elle se compose à la vérité' de deux morceaux I 3b et 1 3h semblables à peu de chose près et qui viennent s'adapter de part et d'autre du manchon 100. En s'éloignant de ce dernier, nous trouvons de façon identique sur chacun de ces deux morceaux : un siège 15 de bouchon, puis une vanne 50 de sécurité. Sur la figure 7, la mention "b" (pour bas) suivant le numéro de référence permet de distinguer les éléments comparables du morceau 1 3b et la mention 'E" (pour haut), ceux du morceau 13h.Tandis que les sièges 15 de bouchon ne sont pas absolument nécessaires, les vannes 50 sont avantageusement des vannes du type retirable normalement fermé ; c'est-à-dire qu'en l'absence d'arrivée d'huile par les lignes 51 de contrôle, les clapets 52 des vannes 50 se referment et interrompent de la sorte le passage au sein du tube 10 central. En l'occurrence, des vannes dont le corps 53 est disposé extérieurement autour du tube 10 central peuvent sans difficulté être utilisées avec l'intéressant dégagement de place au sein du tube 10 que cela implique (en vue d'autoriser la descente ou la remontée d'outils divers). Ces vannes 50 n'ont pas besoin d'être particulièrement peu encombrantes. Elles peuvent le cas échéant être installées au câble de façon connue autour du morceau 13 de tube 10.Mais il faut plutôt concevoir l'ensemble de sécurité comprenant manchon 100, morceaux 13 de tube 10 central et morceaux 33 de tube 30 de protection comme un tout assemblé en surface pour ensuite être à volonté mis en place dans le puits ou retiré de ce dernier.

Quant aux extrémités libres des deux morceaux 1 3b et 13h, elles sont plutôt de diamètres distincts, le morceau 13h supérieur se terminant par exemple par un léger évasement 17 tandis que le morceau 13b inférieur ne change pas de taille. Ce dernier est le cas échéant pourvu d'une rainure 16 annulaire terminale. De la sorte, la longueur 13 est à même d'être montée au sein du tube 10 central tout en autorisant un démontage aisé quelle que soit la partie du tube 10 devant être retirée. Les détails des liaisons correspondantes sont toutefois donnés plus loin cn regard de la figure 8. Sur la figure 7 apparaît enfin qu'un autre siège 14 de bouchon est en outre prévu un peu au-dessus de l'extrémité inférieure du morceau 13b.Ce siège 14 de même que les sièges 15 précédemment évoqués sont disposés de sorte que, les bouchons correspondants une fois mis en place, des sections de tube sont isolées. L'étanchéité et la tenue mécanique de chacune de ces sections peuvent alors être testées séparément en ayant recours à différents essais familiers à l'homme de l'art.

Remarquons finalement à propos de la structure du présent ensemble de sécurité que la longueur 33 de tube 30 de protection associée se compose également d'un morceau 33h supérieur et d'un morceau 33b inférieur entre lesquels se trouve le présent manchon 100. Les morceaux 33 ont par exemple une longueur comparable à celle des morceaux 13 qu'ils protègent respectivement. Leur seule particularité est de comporter un orifice pour le passage des lignes 51 de contrôle des vannes 50. Comme cet orifice doit être par ailleurs étanche, il est avantageux que les deux lignes 51h et 51b de chacune des deux vannes 50 de sécurité empruntent le même chemin. Dans ce but, la ligne 51h de la vanne 50h supérieure est de préférence détournée vers le manchon 100.Les lignes 51 en partie logées dans ce dernier risquent par ailleurs moins de se rompre par suite de déplacements trop importants au sein de l'annulaire 9.

L'ensemble de sécurité ainsi constitué peut atteindre une longueur totale de l'ordre de quelques dizaines de mètres. A priori, il est à même d'être disposé dans le puits à n'importe quel niveau entre la surface et le sabot. Deux endroits référencés respectivement 4h et 4b sur la figure 1 sont cependant plus avantageux. Ce sont, d'une part, environ 30 mètres sous la surface et, d'autre part, environ 10 mètres au-dessus du sabot. Entre ces deux positions, la plus profonde est encore plus intéressante dans la mesure où elle met l'ensemble de sécurité hors d'atteinte de bon nombre de causes de dommages dans le puits, par exemple les tremblements de terre, les explosions en surface ou les réajustements de terrain consécutifs à des tassements ou d'autres phénomènes géologiques intervenant à plus long terme.

Les figures 8 et 9 illustrent justement comment l'ensemble de sécurité qui vient d'être décrit est avantageusement mis en oeuvre lorsqu'il est disposé dans la position 4b, à proximité du sabot 21 du puits. L'ensemble est en effet facilement reconnaissable avec son manchon 100 au sein duquel est assujetti le bouchon central 60 - I'étanchéité étant assurée par des étages de joints toriques 62 (cf. figure 7) -, ses morceaux 13h et 13b de tube 10 central recevant les vannes 50 de sécurité ainsi que ses morceaux 33h et 33b de tube 30 de protection. Si le morceau 33h supérieur de ce dernier est complété jusqu'en surface, le morceau 33b inférieur est de son côté adapté pour se terminer par un rétrécissement 34 qui lui permet de s'emboîter au sein d'un obturateur 70 annulaire.L'étanchéité de l'emboîtement est garanti par divers étages de joints interposés entre le rétrécissement 34 et l'obturateur 70. Cette autre pièce est quant à elle prévue de façon classique à l'intérieur du cuvelage 20 du puits à quelque distance au-dessus de son sabot 21. Elle se compose d'une longueur supérieure de tube, plus large et qui est fixée de façon étanche au cuvelage 20 à l'aide du bouchon 31 annulaire destiné à retenir le liquide 32 de complétion. Puis vient une longueur convergente qui se poursuit en un guide à peine moins étroit que le tube 10 central et comportant deux sièges 71 et 72 de bouchon. Ceux-ci permettent de placer des bouchons de sorte que l'étanchéité et la tenue mécanique du tube 30 de protection peuvent être testées ou encore que le fond du puits est au besoin isolé de la cavité 1.

En plus des éléments qui viennent d'être évoqués et qui seuls sont présents dans la configuration de la figure 9, la figure 8 fait apparaître des tronçons 10h supérieurs et lOb inférieurs du tube 10 central venant prendre en sandwich la longueur 13 de tube
10 du présent ensemble de sécurité. Les tronçons 10h supérieurs prennent place au sein de l'évasement 17 terminal du morceau 1 3h supérieur. L'emboîtement correspondant est réalisé au sein par exemple de joints d'étanchéité toriques de sorte que l'étanchéité de la liaison est garantie. Les tronçons lOo inférieurs s'engagent quant à eux dans l'extrémité droite du morceau 13b inférieur et y sont fixés à l'aide de chiens d'ancrage.Une vessie 18 gonflable ou d'autres joints toriques interposés entre les tubulures en regard permettent le cas échéant d'assurer une parfaite étanchéité malgré la différence de diamètres relativement importante. Cette différence est en effet avantageuse; car, dès lors que la vessie 18 est dégonflée, I'opérateur peut remonter un ou plusieurs des tronçons lOb inférieurs au travers de la longueur 13 de tube 10 central (moyennant bien sûr le retrait du bouchon 60).

Situé de préférence plus bas que l'obturateur 70 annulaire sur le tube 10 central, se trouve un joint 19 de sécurité. Il a pour rôle de rendre possible le largage au sein de la cavité 1 du reste du tube 10 central qui, dans la phase de "dewatering" du moins, s'étend jusqu'au fond de la cavité. Ce largage peut à l'occasion être commandé de la surface ou encore intervenir automatiquement en cas, par exemple, de sollicitation excessive du tube (par suite de chute de blocs rocheux, etc.).C'est ainsi que le système de tubes de la figure 8, représentatif de celui utilisé pendant le "dewatering" aboutit aux écoulements indiqués par des flèches continues pour la saumure B et en traits interrompus pour le gaz G. II apparaît immédiatement qu'au niveau du manchon 100, la saumure B est dérivée depuis le tube 10 central vers l'annulaire 9 et que, de même, le gaz G est dérivé depuis le tube 10 central vers l'annulaire 9, mais en s'écoulant dans le sens inverse de la saumure.

Dans la phase d'exploitation faisant l'objet de la figure 9, il est alors possible de retirer les tronçons 10h supérieurs et lOb inférieurs du tube 10 central. Le gaz G s'évacue au-delà de l'obturateur 70 annulaire tant par le tube 10 central que par l'annulaire 9. Après le passage du manchon 100, l'évacuation par les deux passages, tube 10 et annulaire 9, se poursuit. Si, par ailleurs, un accident conduit à la fermeture des vannes 50, toute communication entre l'intérieur du stockage et la surface est interrompue. En effet, la vanne 50b inférieure coupe l'écoulement dans le tube 10 central en dessous du manchon, soit celui dans l'annulaire 9 au-dessus. La vanne 50h supérieure coupe de son côté l'écoulement au sein du tube 10 central au-dessus du manchon. Au-delà de cette dernière vanne, plus aucun gaz ne passe donc plus.

Une autre façon de mettre en oeuvre pendant la phase d'exploitation le présent ensemble de sécurité consiste par exemple tout d'abord à retirer de ce dernier la vanne 50h de sécurité supérieure. De même, le bouchon 60 est ôté. Puis une chemise adaptée à prendre place dans le trou 110 intérieur du manchon 100 est descendue de façon à être appliquée contre l'embouchure des parties obliques 113 des conduits 131. Pour peu que rapplication de la chemise soit suffisamment étanche, toute communication du tube 10 central avec l'annulaire 9 se trouve ainsi empêchée. Et la totalité du gaz G s'écoule finalement par le tube 10 central jusqu'en surface. La vanne fOb inférieure laissée en place sur l'ensemble de sécurité est dès lors à même d'interrompre cet écoulement en cas d'accident.

Ce mode d'utilisation du présent manchon, qui a priori le rapproche des dispositifs de sécurité connus tels que celui des figures 3 et 4, demeure cependant avantageuse du point de vue section de passage. I1 permet en effet de disposer l'unique vanne à l'extérieur du tube central au sein duquel l'écoulement n'est donc pas entravé localement. En outre, le manchon alors mis en oeuvre peut avoir une paroi particulièrement peu épaisse. En d'autres termes, il est dans ce cas possible de réduire au minimum la section de l'annulaire. Et c'est autant de gagné pour le tube central aussi bien vis-à-vis des écoulements réalisés que sur le plan de la circulation d'outils divers.

L'homme de l'art trouvera sans doute d'autres modes de réalisation du présent procédé d'exploitation d'un puits qui, exprimé de façon plus générale, consiste à permettre aux écoulements dans le tube central, d'une part, et dans l'annulaire, d'autre part, de se croiser. Dans l'exemple précédent de la cavité lessivée en sel gemme destinée à contenir un gaz en réserve, le croisement de deux fluides distincts est plutôt réalisé en phase de "dewatering" alors que, pendant l'exploitation, du gaz remonte par le tube central ainsi qu'éventuellement par l'annulaire. Mais d'autres applications sont envisageables comme avec des puits de soutirage ou d'injection de gisements pétrolifères. Bien qu'en l'espèce le même fluide, hydrocarbures ou eau, puisse circuler dans les deux écoulements qui se croisent, le passage tour à tour des deux flux dans le tube central permet leur arrêt respectif grâce à des vannes exclusivement montées sur ce tube. Il est également possible de forcer tout le fluide à passer par le tube central en obturant les conduits du manchon et en ôtant son bouchon, une seule vanne montée sur ce même tube étant alors suffisante. Dans tous les cas, une plus large section de passage est offerte au fluide par rapport à l'art antérieur. Pour l'agrandir encore, il n'est pas exclu enfin de se passer de tube 30 de protection et de raccorder directement le présent manchon 100 au cuvelage 20 cimenté. Aussi les revendications suivantes parlent-elles de tube de cuvelage pour désigner indifféremment le tube de protection et le cuvelage cimenté.

Claims

Revendications:

1.- Manchon de sécurité pour puits communiquant notamment avec une réserve souterraine de fluide sous pression, un tube de cuvelage étant disposé dans ledit puits ainsi qu'un tube central concentrique audit tube de cuvelage de sorte qu'un annulaire est défini entre eux, caractérisé en ce que ledit manchon (100) est constitué par un cylindre creux à paroi épaisse ayant des extrémités supérieure et inférieure ainsi que des surfaces latérales intérieure et extérieure, ledit manchon (100) étant adapté à se raccorder, au niveau de ladite surface latérale extérieure, audit tube (20, 30) de cuvelage et, au niveau de ladite surface latérale intérieure, audit tube (10) central, une gorge (111) annulaire étant ménagée à ladite surface latérale intérieure en vue de recevoir un bouchon (60) et des conduits (113, 131) étant percés dans ladite paroi dudit cylindre de façon à mettre en communication ledit annulaire (9) avec ledit tube (10) central, une première série desdits conduits (113, 131) partant de ladite extrémité supérieure dudit cylindre pour aboutir à ladite surface latérale intérieure entre ladite gorge (111) et ladite extrémité inférieure dudit cylindre tandis qu'une seconde série desdits conduits (113, 131) part de ladite extrémité inférieure dudit cylindre pour aboutir à ladite surface latérale intérieure entre ladite gorge (1 il) et ladite extrémité supérieure dudit cylindre.

2.- Manchon de sécurité selon la revendication 1, caratérisé en ce que chacun desdits conduits (113,131) comporte une partie (131) percée longitudinalement dans la paroi dudit cylindre et se prolongeant par un coude en une partie (113) oblique.

3.- Manchon de sécurité selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chacun desdits conduits (113, 131) est localement de section cylindrique, lesdits conduits (113, 131) étant de préférence répartis circonférentiellement à égale distance les uns des autres.

4.- Manchon de sécurité selon la revendication 3, caratérisé en ce qu'il y a au total huit conduits (113, 131), chacune desdites séries en comportant quatre immédiatement voisins les uns des autres.

5.- Manchon de sécurité selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites séries de conduits (113, 131) est constituée par l'enveloppe de canaux cylindriques parallèles disposés de sorte que deux canaux voisins s'interpénètrent.

6.- Manchon de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit cylindre constituant ledit manchon (100) est usiné dans une billette d'acier ou bien forgé.

7.- Manchon de sécurité selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit cylindre constituant ledit manchon (100) admet une hauteur comprise entre environ 1,5m et environ 3m.

8.- Ensemble de sécurité caractérisé en ce qu'il comporte un manchon selon l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi que:

- une longueur (13) de tube (10) central constituée par un morceau (13h)

supérieur raccordé à ladite extrémité supérieure dudit manchon (100) et par un

morceau (13b) inférieur raccordé à ladite extrémité inférieure dudit manchon

(100), au moins ledit morceau (13b) inférieur étant pourvu d'une vanne (50b) de

sécurité à même d'obturer ledit tube (10) central en cas d'accident; et

- une longueur (33) de tube (20, 30) de cuvelage peu différente de ladite

longueur (13) de tube (10) central et constituée de même par un morceau (33h)

morceau (33b) inférieur raccordé à ladite extrémité inférieure dudit manchon

(100).

9.- Ensemble de sécurité selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites longueurs (13, 33) de tube (10) central et de tube (20, 30) de cuvelage font de l'ordre de la dizaine de mètres.

10.- Ensemble de sécurité selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce qu'un siège tl5h, 15b) de bouchon est prévu sur chacun desdits morceaux (13h, 13b) de ladite longueur (13) de tube (103 central à proximité immédiate dudit manchon (100).

11.- Ensemble de sécurité selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ledit morceau (13h) supérieur de ladite longueur (13) de tube (10) central se termine par un évasement (17).

12.- Ensemble de sécurité selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que ledit morceau (13b) inférieur de ladite longueur (13) de tube (10) central se termine par une rainure (16) annulaire intérieure, un autre siège (14) de bouchon étant disposé entre ladite vanne (50b) de sécurité et ladite rainure (16).

13.- Ensemble de sécurité selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que ladite vanne (50b3 de sécurité est de type retirable normalement fermé.

14.- Ensemble de sécurité selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite vanne (50b) de sécurité prend place autour de ladite longueur (13) de tube (10) central et comporte une ligne (5 lb) de contrôle pour l'amenée d'un fluide hydraulique qui est maintenue en place grâce à son logement partiel au sein dudit manchon (100).

15.- Ensemble de sécurité selon la revendication 14, ledit tube de cuvelage étant un tube de protection prenant place au sein d'un cuvelage cimenté, caractérisé en ce que ledit morceau (33h) supérieur de ladite longueur (33) de tube (30) de protection comporte un orifice pour le passage de ladite ligne (5 lob) de contrôle, des moyens étant prévus afin d'assurer l'étanchéité dudit orifice.

16.- Procédé d'exploitation d'un puits communiquant notamment avec une réserve souterraine de fluide sous pression, un tube de cuvelage étant disposé dans ledit puits ainsi qu'un tube central concentrique audit tube de cuvelage de sorte qu'un annulaire est défini entre eux, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un ensemble de sécurité selon l'une quelconque des revendications 8 à 15 de sorte que les écoulements établis d'une part dans le tube (10) central et d'autre part dans l'annulaire (9) sont à même de se croiser.

17.- Procédé d'exploitation selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'une première opération dudit procédé consiste à raccorder lesdites longueurs (13, 33) de tube (10) central et de tube (20, 30) de cuvelage dudit ensemble de sécurité auxdits tubes (10, 20, 30) central et de cuvelage respectivement, ledit morceau (lth) supérieur de ladite longueur (13) de tube (10) central étant également pourvu d'une autre vanne (50h) de sécurité à même d'obturer ledit tube (10) central en cas d'accident.

18.- Procédé d'exploitation selon la revendication 17, lorsque ladite réserve souterraine est constituée par une cavité lessivée dans le sel gemme initialement remplie de saumure et que ledit fluide en réserve. est un gaz, caractérisé en ce qu'une opération intermédiaire dudit procédé consiste à remplir ladite cavité (1) avec ledit gaz (G), ledit gaz (G) étant introduit sous pression par ledit tube (10) central au-dessus dudit manchon (100), puis passant dans ledit annulaire (9) en dessous dudit manchon (100) pour repousser ladite saumure (B) qui remonte par ledit tube (10) central en dessous dudit manchon (100) et est récupérée par ledit annulaire (9) au-dessus dudit manchon (100).

19.- Procédé d'exploitation selon la revendication 17 ou la revendication 18, caractérisé en ce qu'une dernière opération dudit procédé consiste à soutirer en surface ledit fluide en réserve ou/et à injecter dans ladite réserve souterraine par aussi bien ledit tube (10) central que ledit annulaire (9).

20.- Procédé d'exploitation selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'une première opération dudit procédé consiste à raccorder lesdites longueurs (13, 33) de tube (10) central et de tube (20, 30) de cuvelage dudit ensemble de sécurité auxdits tubes (10, 20, 30) central et de cuvelage respectivement, une chemise étant appliquée de façon étanche contre ladite surface latérale intérieure dudit manchon (100) de sorte que lesdits conduits (113, 131) sont obturés, ledit bouchon (60) étant par ailleurs ôté, une opération ultérieure dudit procédé consistant à soutirer en surface ledit fluide en réserve ou/et à injecter dans ladite réserve souterraine par ledit tube (10) central uniquement.

21.- Procédé d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 16 à 20, caractérisé en ce qu'au cours de l'opération de raccordement dudit ensemble de sécurité, ledit ensemble est disposé à au moins 30 mètres sous la surface du sol.

22.- Procédé d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 16 à 21, ledit puits comportant en outre un cuvelage cimenté terminé inférieurement par un sabot, ledit tube de cuvelage étant constitué par un tube de protection prenant place au sein dudit cuvelage cimenté, caractérisé en ce qu'au cours de l'opération de raccordement dudit ensemble de sécurité, ledit ensemble est disposé à environ 10 mètres au-dessus dudit sabot (21) dudit puits (2), ledit morceau (33b) inférieur de ladite longueur (33) du tube (20, 30) de cuvelage dudit ensemble de sécurité comportant un rétrécissement (34) adapté à s'emboîter au sein d'un obturateur (70) annulaire assujetti audit cuvelage (20) cimenté dudit puits (2) grâce à un bouchon (31) annulaire, des joints étant prévus pour rendre l'emboîtement étanche.

23.- Procédé d'exploitation selon l'une quelconque des revendications 16 à 22, caractérisé en ce qu'au cours de l'opération de raccordement dudit ensemble de sécurité, des tronçons (10h) supérieurs de tube (10) central sont munis de joints d'étanchéité et emboîtés dans ledit morceau (13h) supérieur de ladite longueur (13) de tube (10) central dudit ensemble de sécurité tandis que des tronçons (lOb) inférieurs de tube (10) central sont assujettis au sein dudit morceau (13b) inférieur de ladite longueur (13) de tube (10) central dudit ensemble de sécurité par l'intermédiaire de chiens d'ancrage et d'une vessie (18) gonflable de sorte que lesdits tronçons (10h, lOb) inférieurs et supérieurs peuvent être retirés à tout moment sans avoir à défaire ledit raccordement dudit ensemble de sécurité.