FR2677402A1 - METHOD FOR DRILLING A BLIND WELL, IN PARTICULAR A LARGE DIAMETER AND DRILLING TOOL FOR IMPLEMENTING IT. - Google Patents
METHOD FOR DRILLING A BLIND WELL, IN PARTICULAR A LARGE DIAMETER AND DRILLING TOOL FOR IMPLEMENTING IT. Download PDFInfo
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- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
Abstract
Dans le cadre de la présente invention, un procédé de forage de bas en haut ainsi qu'un outil 2 adapté à sa mise en œuvre sont présentés. Une opération principale de ce procédé consiste en fait à élargir un puits préexistant. L'outil 2 correspondant est muni de bras 22 adaptés à être, dans un premier temps, repliés de sorte que l'outil 2 passe au sein du puits préexistant pour être descendu jusqu'au fond 15 de ce dernier, puis dans un second temps, à être déployés tandis que des dents 23 attaquent le terrain 12, l'outil 2 étant mis en rotation et tiré par un moteur 31 supporté par un mât 3 en surface 11. Il est alors souvent avantageux d'élargir ainsi un puits pilote, puis de répéter l'opération principale sur le puits résultant et ainsi de suite. En dépit du nombre de passes qu'il faut dès lors réaliser pour obtenir le puits 1 de grand diamètre souhaité, la vitesse de progression de l'outil 2 à chaque élargissement successif peut en effet être si grande qu'au total, le puits 1 est creusé beaucoup plus vite et son coût s'en trouve réduit par rapport aux méthodes habituelles.In the context of the present invention, a bottom-up drilling method and a tool 2 suitable for its implementation are presented. A main operation of this process is in fact to widen a pre-existing well. The corresponding tool 2 is provided with arms 22 adapted to be, firstly, folded so that the tool 2 passes within the pre-existing well to be lowered to the bottom 15 of the latter, then secondly. , to be deployed while teeth 23 attack the ground 12, the tool 2 being rotated and pulled by a motor 31 supported by a mast 3 at the surface 11. It is then often advantageous to widen a pilot well in this way, then to repeat the main operation on the resulting well and so on. Despite the number of passes that must therefore be carried out to obtain the well 1 of the desired large diameter, the speed of progression of the tool 2 at each successive widening can in fact be so great that in total, the well 1 is dug much faster and its cost is reduced compared to the usual methods.
Description
La présente invention a trait à un procédé pour forer un puits aveugleThe present invention relates to a method for drilling a blind well
notammentespecially
de grand diamètre Elle concerne également un outil pour mettre en oeuvre ce procédé. large diameter It also relates to a tool for implementing this method.
Des cavités souterraines servent parfois à stocker de grandes quantités de produits liquides ou gazeux, genre hydrocarbures Afin de les réaliser, puis de les exploiter en tant que réserves, un puits d'accès est tout d'abord creusé Son diamètre est le plus souvent compris entre un et quelques mètres de façon à autoriser le passage Subterranean cavities are sometimes used to store large quantities of liquid or gaseous products, like hydrocarbons In order to realize them, then to exploit them as reserves, an access well is first dug Its diameter is most often understood between one and a few meters so as to allow the passage
du personnel et du matériel de creusement de même que celui des déblais. personnel and digging equipment as well as that of excavated material.
Il est possible de distinguer aujourd'hui deux sortes de méthodes pour réaliser un tel puits d'accès notamment lorsqu'il traverse un terrain relativement meuble La première met en oeuvre des techniques de génie civil, comparables à celles employées pour percer un tunnel Des machines ainsi que des ouvriers pour les conduire travaillent alors au fond du puits en cours de creusement En cas de couches particulièrement instables (typiquement sols sans cohésion), cela nécessite souvent de congeler préalablement le terrain Dès lors, le coût du puits pénalise ce type de It is possible to distinguish today two kinds of methods to achieve such an access well especially when it crosses a relatively soft ground The first implements civil engineering techniques, comparable to those used to tunnel Machines as well as workers to drive them work then at the bottom of the well being excavated In case of particularly unstable layers (typically cohesive soils), this often requires freezing the soil beforehand Therefore, the cost of the well penalizes this type of
stockage.storage.
La seconde méthode s'apparente de son côté aux techniques de forages pétroliers Un outil de forage est descendu dans le puits et est actionné depuis la surface i présente l'avantage de pouvoir travailler tandis qu'il est immergé dans une boue adaptée à soutenir les parois du puits Etant donné l'important diamètre des puits considérés, il convient toutefois d'alourdir considérablement le train de tiges qui porte l'outil afin que ce dernier exerce sur le fond du puits une pression suffisante pour garantir l'attaque du terrain Les "masse- tiges" qui sont alors employées, sont peu The second method is in turn similar to oil drilling techniques A drilling tool is lowered into the well and is operated from the surface i has the advantage of being able to work while it is immersed in a mud adapted to support the However, given the large diameter of the wells considered, it is necessary to considerably increase the drill string that carries the tool so that the tool exerts on the bottom of the well a sufficient pressure to ensure the attack of the ground. "mass-rods" which are then used, are few
maniables; Là encore, le coût de l'ouvrage se trouve grevé. manageable; Here again, the cost of the work is encumbered.
C'est ainsi que la présente invention a pour but un procédé pour réaliser un puits qui servira en particulier de puits d'accès à une cavité de stockage, ce procédé étant réalisable, en cas de terrain meuble notamment, plus rapidement et à moindre coût par Thus, the object of the present invention is to provide a method for producing a well which will be used in particular for access wells to a storage cavity, this method being feasible, particularly in the case of soft ground, more quickly and at a lower cost. by
rapport aux méthodes conventionnelles. compared to conventional methods.
Ce but est atteint par un procédé dont une opération principale consiste conformément à la présente invention à élargir un puits préexistant rempli d'une boue de soutènement en commençant par le fond pour remonter vers la surface This object is achieved by a method, a main operation of which according to the present invention is to enlarge a pre-existing well filled with a retaining sludge starting from the bottom to rise towards the surface.
d'embouchure du puits aveugle à réaliser. mouth of the blind well to achieve.
Plus précisément, l'opération principale comporte les étapes de: faire descendre dans un puits préexistant un outil de forage ayant un corps adapté à tourner autour de l'axe du puits ainsi que des bras munis d'éléments pour attaquer le terrain en dégageant des déblais et adaptés à être déployés pour faire saillie sur le corps, l'outil étant descendu alors que les bras sont repliés, mettre en rotation le corps de l'outil de forage tout en déployant ses bras de sorte que les éléments pour attaquer le terrain créent un épaulement à la paroi du puits qui définit la transition entre le puits en cours d'élargissement et le puits préexistant, tirer le corps de sorte que les éléments pour attaquer le terrain attaquent l'épaulement et le font progresser vers la surface d'embouchure, la boue étant mise en circulation autour de l'outil de façon à entraîner la majorité des déblais jusqu'à la surface d'embouchure, la traction et la rotation de l'outil ainsi que la circulation de la boue étant maintenues jusqu'à ce que le puits ait été élargi sur toute sa hauteur. Avantageusement, le fond du puits préexistant se trouve en dessous du fond du puits aveugle à forer de façon à permettre la descente de l'outil de sorte que ses bras se More specifically, the main operation comprises the steps of: lowering into a pre-existing well a drilling tool having a body adapted to rotate about the well axis and arms provided with elements for attacking the ground by releasing cut and adapted to be deployed to protrude on the body, the tool being lowered while the arms are folded, rotate the body of the drill bit while deploying his arms so that the elements to attack the ground create a shoulder at the well wall that defines the transition between the widening well and the pre-existing well, pull the body so that the elements to attack the ground attack the shoulder and advance it towards the surface of the well. mouth, circulating the mud around the tool so as to drive the majority of the cuttings to the mouth surface, traction and rotation of the tool as well as the circulation of the sludge being maintained until the well has been widened over its entire height. Advantageously, the bottom of the pre-existing well is below the bottom of the blind well to be drilled so as to allow the descent of the tool so that its arms
présentent au niveau de ce fond.present at this background.
Avantageusement, l'étape de faire descendre loutil est réalisée en ajoutant des tiges à un train de tiges à l'extrémité inférieure duquel est suspendu l'outil Dans ce cas, les étapes de mettre en rotation et de tirer l'outil sont de préférence réalisées en Advantageously, the step of lowering the tool is performed by adding rods to a drill string at the lower end of which the tool is suspended. In this case, the steps of rotating and pulling the tool are preferably carried out
passant l'extrémité supérieure du train de tiges dans un appareil du type "power- passing the upper end of the drill string into a device of the type "power-
swivel", des tiges étant retirées du train de tiges à mesure que l'outil est tiré vers la surface d'embouchure du puits Par exemple, l'appareil du type "power-swivel" est monté dans une superstructure disposée au- dessus de la surface d'embouchure du swivel ", rods being removed from the drill string as the tool is pulled towards the well mouth surface. For example, the power-swivel type apparatus is mounted in a superstructure disposed above the mouth surface of the
puits.well.
Avantageusement, la boue est mise en circulation en introduisant en continu de la boue dans le puits depuis sa surface d'embouchure et en l'aspirant sous l'outil au sein d'une tubulure pour l'amener au travers du puits jusqu'à sa surface d'embouchure. Avantageusement, un facteur d'élargisssement défini par le rapport du diamètre du puits résultant de l'opération principale sur le diamètre du puits préexistant est choisi notamment selon la résistance mécanique de l'outil de forage et, l'outil de forage Advantageously, the sludge is circulated by continuously introducing the sludge into the well from its mouth surface and by sucking it under the tool into a tubing to bring it through the well to its mouth surface. Advantageously, a widening factor defined by the ratio of the diameter of the well resulting from the main operation to the diameter of the pre-existing well is chosen in particular according to the mechanical strength of the drilling tool and the drilling tool.
étant tiré et mis en rotation par un moteur, selon le couple que le moteur peut délivrer. being pulled and rotated by a motor, depending on the torque that the engine can deliver.
Le facteur d'élargissement est de préférence compris entre 1,15 et 1,30. The enlargement factor is preferably between 1.15 and 1.30.
Avantageusement, une opération préliminaire du procédé consiste à forer un puits pilote, l'opération principale étant menée une première fois alors que le puits préexistant est le puits pilote, puis l'opération principale étant réitérée alors que le puits préexistant est le puits résultant de l'itération précédente, et cela jusqu'à ce que le diamètre du puits aveugle à forer soit atteint, une opération finale consistant enfin à revêtir le puits et à retirer la boue Par exemple, le facteur d'élargissement est le même au moins pour une série d'itérations consécutives Mais également, le facteur Advantageously, a preliminary operation of the method consists in drilling a pilot well, the main operation being conducted a first time while the pre-existing well is the pilot well, then the main operation being repeated while the pre-existing well is the well resulting from the previous iteration, and this until the diameter of the blind well to be drilled is reached, a final operation is finally to coat the well and remove the sludge For example, the enlargement factor is the same at least for a series of consecutive iterations But also, the factor
d'élargissement peut être diminué au moins pour une série d'itérations consécutives. at least for a series of consecutive iterations.
Selon un aspect complémentaire de la présente invention, un facteur d'élargissement défini par le rapport du diamètre du puits résultant de l'opération principale sur le diamètre du puits préexistant est choisi notamment selon la résistance mécanique de l'outil de forage et, l'outil de forage étant tiré et mis en rotation par un moteur, selon le couple que le moteur peut délivrer Ce facteur est de préférence According to a complementary aspect of the present invention, an enlargement factor defined by the ratio of the diameter of the well resulting from the main operation to the diameter of the pre-existing well is chosen in particular according to the mechanical strength of the drilling tool and, drilling tool being pulled and rotated by a motor, depending on the torque that the engine can deliver This factor is preferably
compris entre 1,15 et 1,30.between 1.15 and 1.30.
Dès lors, une opération préliminaire du procédé consiste à forer un puits pilote, ropération principale étant menée une première fois alors que le puits préexistant est le puits pilote, puis l'opération principale étant réitérée alors que le puits préexistant est le puits résultant de l'itération précédente, et cela jusqu'à ce que le diamètre du puits aveugle à forer soit atteint, une opération finale consistant enfin à revêtir le puits et à en Therefore, a preliminary operation of the method consists in drilling a pilot well, main operation being conducted a first time while the pre-existing well is the pilot well, then the main operation being repeated while the pre-existing well is the well resulting from the previous iteration, and this until the diameter of the blind well to be drilled is reached, a final operation finally consisting in coating the well and in
retirer la boue.remove the mud.
Le facteur d'élargissement défini ci-dessus peut alors selon la convenance être le même au moins pour une série d'itérations consécutives ou bien être diminué pour The enlargement factor defined above can then, according to the convenience, be the same at least for a series of consecutive iterations or be decreased for
cette série.this series.
La présente invention se rapporte également à un outil de forage pour mettre en oeuvre ce procédé Pour cela, il comporte un corps adapté à tourner autour de l'axe du puits ainsi que des bras munis d'éléments pour attaquer le terrain et adaptés à passer d'une position repliée sur le corps à une position déployée pour faire saillie sur le The present invention also relates to a drilling tool for carrying out this method. For this purpose, it comprises a body adapted to rotate around the axis of the well as well as arms provided with elements to attack the ground and adapted to pass through. from a folded position on the body to an extended position to protrude from the
corps.body.
Avantageusement, les bras sont assujettis au corps par l'intermédiaire d'une came, crémaillère ou système hydraulique adaptés à faire passer les bras de leur position repliée à leur position déployée et inversement Cependant, ils peuvent aussi être assujettis au corps par une liaison pivotante adaptée à faire passer les bras de leur Advantageously, the arms are secured to the body by means of a cam, rack or hydraulic system adapted to move the arms from their folded position to their deployed position and vice versa. However, they can also be secured to the body by a pivotal connection. adapted to put the arms of their
position repliée à leur position déployée. position folded to their deployed position.
Avantageusement, les bras sont adaptés à être montés sur une série de corps Advantageously, the arms are adapted to be mounted on a series of bodies
présentant chacun un diamètre différent. each having a different diameter.
Avantageusement, le corps comporte une extension inférieure adaptée à laisser passer la boue ainsi que des déblais Dans ce cas, l'extension est de préférence munie inférieurement d'un déflecteur en forme de parapluie de sorte que l'essentiel des Advantageously, the body has a lower extension adapted to allow the mud to pass as well as cuttings In this case, the extension is preferably provided below with an umbrella-shaped deflector so that most of the
déblais sont guidés vers l'extension. cuttings are guided towards the extension.
Le procédé selon l'invention qui vient d'être résumé est souvent particulièrement intéressant Par exemple, la méthode de forage qui consiste à élargir un puits préexistant en commençant par le fond, met enjeu une traction de l'outil de forage Du coup, la linéarité du puits se trouve bien plus sûrement garantie Cet avantage est à la vérité connu en relation avec les techniques minières Cependant, ces dernières prévoient l'application de la méthode (alors appelée "raise- boring") seulement lorsque The method according to the invention which has just been summarized is often particularly interesting. For example, the drilling method which consists in widening a pre-existing well starting from the bottom, involves pulling the drill bit. Well this advantage is known in relation to the mining techniques However, the latter provide for the application of the method (then called "raising-boring") only when
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le fond du puits communique avec une galerie Cette configuration autorise en effet l'évacuation des déblais (aussi appelés dans la profession "cuttings") par la galerie o the bottom of the well communicates with a gallery This configuration indeed allows the evacuation of cuttings (also called in the profession "cuttings") by the gallery o
ils s'accumulent par simple gravité Il n'est dès lors pas question de pratiquer le "raise- they accumulate by simple gravity It is therefore not a question of practicing the "raising-
boring" dans les terrains qui ont besoin d'un soutènement provisoire tel qu'une boue. boring "in areas that need temporary support such as mud.
Le présent procédé peut donc être tenu pour une application nouvelle du "raise-boring" au cas de terrains meubles et pour forer des puits sans galerie inférieure, autrement dit The present process may therefore be regarded as a new application of "raise-boring" in the case of soft terrain and to drill wells without a lower gallery, that is,
aveugles Elle jouit dès lors de toutes les qualités propres au "raiseboring". blind She enjoys all the qualities of "raiseboring".
L'aspect complémentaire du présent procédé mis en exergue ci-dessus en liaison avec un facteur d'élargissement limité lui garantit par ailleurs dans certains cas des performances accrues par rapport aux méthodes habituelles de forage Supposons en effet que l'outil utilisé en l'occurrence développe un effort identique à l'outil mis en oeuvre pour forer traditionnellement le puits de haut en bas et d'un seul coup Comme la surface à attaquer à chaque "passe" ne représente qu'une fraction de la section totale du puits définitif, la pression exercée au niveau des éléments qui attaquent le terrain, est en effet multipliée Il s'ensuit une vitesse d'avancement très importante Et pour peu que la nature du terrain s'y prête, elle dépasse la vitesse d'avancement en forage traditionnel dans de telles proportions que l'ensemble du puits est foré plus rapidement The additional aspect of the present process highlighted above in connection with a limited enlargement factor also guarantees in certain cases increased performance compared to the usual methods of drilling Suppose in fact that the tool used in the occurrence develops an effort identical to the tool used to traditionally drill the well from top to bottom and all at once As the surface to be attacked at each "pass" represents only a fraction of the total section of the final well , the pressure exerted on the level of the elements which attack the ground, is indeed multiplied It follows a very important speed of advance And as long as the nature of the ground lends itself to it, it exceeds the speed of advancement in drilling traditional in such proportions that the entire well is drilled faster
en dépit de la réalisation de plusieurs passes. despite making several passes.
D'autres facteurs peuvent aussi permettre de gagner du temps D'un côté, la vitesse avec laquelle l'outil tourne sur lui-même est susceptible d'être augmentée puisqu'on n'a plus besoin de masses qui créent en rotation une importante inertie réactive Il en est de même de l'effort exercé sur l'outil Ces paramètres sont en fait liés au moteur employé et en particulier au couple qu'il est capable de développer La résistance offerte par une petite surface de terrain à attaquer étant nettement réduite, ce couple demeure en chaque passe limité La superstructure qui le supporte (et qui donc reprend son couple) peut en conséquence être beaucoup plus légère que les dispositifs similaires utilisés en forage traditionnel Dès lors la manipulation du matériel devient plus facile et s'effectue en conséquence plus rapidement Tous ces facteurs s'ajoutant plus ou moins les uns aux autres, ils garantissent souvent une économie de temps et donc d'argent justifiant la multiplication des passes de forage Il suffit pour cela d'optimiser, lorsque cela est envisageable, leur nombre en rapport avec les propriétés Other factors can also save time On one side, the speed with which the tool turns on itself is likely to be increased since we no longer need masses that create a significant rotation reactive inertia The same is true of the force exerted on the tool These parameters are in fact related to the engine employed and in particular to the torque that it is able to develop The resistance offered by a small surface of ground to attack being clearly reduced, this couple remains in each limited pass The superstructure that supports it (and which therefore resumes its torque) can consequently be much lighter than similar devices used in traditional drilling Since the handling of the equipment becomes easier and is carried out As a result, all these factors are more or less complementary to one another, they often guarantee a saving of time and therefore of money justifying the multiplicati It is sufficient for this purpose to optimize, where possible, their number in relation to the properties
du terrain ainsi qu'avec le matériel de creusement. terrain as well as digging equipment.
Quant au présent outil, ses bras déployables permettent son utilisation dans des puits aveugles Certes, en technique minière, différentes machines ont été développées pour la mise en oeuvre du "raise-boring" Cependant les dents, molettes, etc qui leur permettent d'attaquer le terrain, ne sont pas portées par des bras mobiles En pratique, elles sont assemblées dans la galerie au fond du puits o il y a assez de place pour les As for the present tool, its deployable arms allow its use in blind wells Certainly, in mining technique, different machines have been developed for the implementation of "raise-boring" However the teeth, wheels, etc. that allow them to attack the ground, are not carried by moving arms In practice, they are assembled in the gallery at the bottom of the well where there is enough room for
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recevoir Le présent outil passe au contraire dans le puits préexistant, ce qui autorise This tool passes on the contrary into the pre-existing well, which allows
un assemblage en surface.a surface assembly.
Parallèlement dans le domaine pétrolier ont été développés des outils de forage Meanwhile in the oil field were developed drilling tools
munis de bras déployables Ceux-ci, souvent appelés par les spécialistes "under- equipped with deployable arms These, often called by specialists' under-
reamers", présentent obligatoirement un corps de faible diamètre, ce qui limite en conséquence la section globale du puits à creuser Comme en outre, l'outil travaille de façon conventionnelle en descendant, les bras et les articulations des bras sont particulièrement sollicités et connaissent ainsi de fréquentes ruptures Ces élargisseurs reamers ", must necessarily have a small diameter body, which consequently limits the overall section of the well to be digged As, moreover, the tool works in a conventional manner downwards, the arms and the joints of the arms are particularly stressed and thus know frequent breaks These wideners
à bras mobiles ne sont donc pas utilisables pour le forage de puits de grand diamètre. Mobile arms are therefore not suitable for drilling large diameter wells.
Bien que le présent outil peut emprunter aux "under-reamers" leur technologie (pour les articulations des bras en particulier), les ruptures sont nettement moins à craindre En relation avec l'aspect complémentaire du présent procédé, les éléments pour attaquer le terrain que les bras portent, ont en effet à s'appliquer sur une surface très réduite par rapport à la section complète du puits Aussi pour une pression donnée Although the present tool can borrow from the "under-reamers" their technology (for the articulations of the arms in particular), the breaks are much less to fear In relation to the complementary aspect of the present process, the elements to attack the ground that the arms carry, indeed have to apply on a very small surface compared to the complete section of the well Also for a given pressure
de ces éléments sur le terrain, l'effort de traction à transmettre au corps de l'outil n'a-t- of these elements in the field, the tensile force to be transmitted to the body of the tool does not
il pas besoin d'être très élevé Cela contribue à ménager les liaisons des bras rendues it does not need to be very high This helps to make the connections of the arms made
fragiles par leur mobilité.fragile by their mobility.
A cette fin encore, il est envisageable de développer des bras adaptables à plusieurs corps Ainsi au fur et à mesure que le puits est élargi, change-t-on le corps et, avec à chaque fois un corps de diamètre supérieur au précédent, parvient-on à For this purpose again, it is conceivable to develop arms that are adaptable to several bodies. Thus, as the well is enlarged, is the body changed and, with each time a body of diameter greater than the previous one, reaches -we have
maintenir un faible taux de sollicitation des articulations des bras. maintain a low rate of stress on the joints of the arms.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and
à l'examen du dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de linvention Sur ce dessin: la figure unique est un schéma de principe de l'étape principale du présent procédé Elle montre notamment une coupe d'un puits en cours de forage selon ce procédé tandis qu'un outil de forage adapté à sa mise en oeuvre est quant à lui on examining the attached drawing which represents, by way of non-limiting example, an embodiment of the invention In this drawing: the single figure is a block diagram of the main step of the present method It shows in particular a section of a well being drilled according to this method while a drilling tool adapted to its implementation is meanwhile
représenté en vue de côté au sein du puits. shown in side view within the well.
Conformément à la figure unique, le présent procédé consiste tout d'abord à According to the single figure, the present method consists first of all in
forer un puits pilote 1 de petit diamètre Son diamètre peut varier entre 50 cm et 1 m. Drill a pilot well 1 of small diameter Its diameter can vary between 50 cm and 1 m.
Conformément aux habitudes dans la profession, on le mesure d'ordinaire en pouces si bien que des diamètres de 26 ou de 36 pouces par exemple sont envisagés Ces valeurs sont en fait associées à des méthodes de forage traditionnelles telles que celles According to the usual practice in the profession, it is usually measured in inches so that diameters of 26 or 36 inches for example are considered. These values are in fact associated with traditional drilling methods such as those
ayant recours à un procédé appelé "rotary" fort bien connu dans la profession. using a process called "rotary" very well known in the profession.
Ce puits pilote 1 est par ailleurs rempli de boue 16 pour assurer le soutènement provisoire de sa paroi 13 Dans le cadre du présent procédé, il est en outre préférable This pilot well 1 is also filled with mud 16 to provide temporary support for its wall 13. In the context of the present method, it is also preferable
que son fond se trouve un peu en dessous du fond 15 définitif du puits à creuser. that its bottom is a little below the final bottom of the well to dig.
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Comme on le comprendra mieux à la lecture des paragraphes suivants, la différence de profondeur du fond des puits est à la vérité fonction de l'outil 2 de forage qui est As will be better understood on reading the following paragraphs, the difference in the depth of the bottom of the wells is, in truth, a function of the drilling tool 2 which is
ensuite descendu dans le puits pilote 1 conformément à l'invention. then descended into the pilot well 1 according to the invention.
Cet outil 2 est en effet constitué d'un corps 21 adapté à passer dans le puits pilote 1 Il comporte des éléments destinés à attaquer le terrain, des dents 23 notamment, qui sont quant à eux portés par des bras 22 mobiles Ceux-ci sont assujettis au corps 21 de façon à pouvoir être repliés lorsqu'en particulier, l'outil 2 est descendu le long du puits pilote 1 Et ce n'est qu'une fois l'outil 2 parvenu au fond du This tool 2 is in fact made up of a body 21 adapted to pass into the pilot well 1 It comprises elements intended to attack the ground, teeth 23 in particular, which are in turn carried by mobile arms 22 These are subjected to the body 21 so as to be folded when in particular, the tool 2 is lowered along the pilot shaft 1 And it is only once the tool 2 reached the bottom of the
puits 1 que les bras 22 sont déployés. well 1 that the arms 22 are deployed.
Différents systèmes mécaniques peuvent être imaginés pour assujettir les bras 22 au corps 21 Citons par exemple une liaison faisant intervenir une came de sorte qu'une position angulaire relative du bras 22 par rapport au corps 21 correspond au repli du bras et une autre position correspond au déploiement du bras Citons encore Various mechanical systems can be devised for securing the arms 22 to the body 21. For example, a link involving a cam so that a relative angular position of the arm 22 relative to the body 21 corresponds to the folding of the arm and another position corresponds to the deployment of the arm Let's still quote
un système de crémaillère ou un système hydraulique. a rack system or a hydraulic system.
C'est que, dans l'étape principale du présent procédé, il est prévu de faire tourner l'outil 2 autour d'un axe vertical Ce dernier coïncide à la vérité avec celui du puits Le mouvement de rotation est transmis par un train de tiges 34 à l'extrémité inférieure duquel l'outil 2 est rigidement lié Afin de faire descendre ou remonter That is, in the main step of the present method, it is expected to rotate the tool 2 about a vertical axis This coincides with the truth of the well The rotation movement is transmitted by a train of rods 34 at the lower end of which the tool 2 is rigidly connected In order to go down or up
l'outil 2, des tiges 34 sont selon le cas rajoutées au train de tiges ou retirées de celui-ci. the tool 2, the rods 34 are depending on the case added to the drill string or removed from it.
De telles manoeuvres font intervenir des opérations de routine dans la profession Les tiges 34 présentent chacune par exemple une longueur de 9 m Elles sont maintenues Such maneuvers involve routine operations in the profession The rods 34 each have for example a length of 9 m They are maintained
les unes au bout des autres par exemple grâce à des manchons 35 d'accouplement. one after the other for example by means of coupling sleeves.
L'extrémité supérieure du train de tiges 34 passe avantageusement dans un appareil connu dans la profession sous le nom de "power-swivel" 31 pouvant être traduit par tête d'injection motorisée Ce dernier est muni en particulier d'un moteur pour imprimer un mouvement de rotation relativement rapide au train de tiges 34 En même temps, il exerce dessus une traction La traction ainsi développée peut The upper end of the drill string 34 advantageously passes into an apparatus known in the art under the name of "power-swivel" 31 that can be translated by motorized injection head. The latter is provided in particular with a motor for printing a motor. relatively fast rotational movement to the drill string 34 At the same time, it exerts on a traction The traction thus developed can
notamment atteindre 200 tonnes.including reaching 200 tons.
Le "power-swivel" 31 est supporté, quant à lui, par une superstructure métallique disposée en surface au-dessus du puits 1 Dans le cadre de cette configuration parfaitement conventionnelle, cette superstructure est plutôt appelée "mât" 3 Elle s'étend en effet bien au-dessus du "power-swivel" 31 afin d'autoriser les manoeuvres des tiges 34 évoquées ci-dessus De ce point de vue, des hauteurs sous crochet de 40 m sont parfaitement envisageables de sorte qu'un "travail en triple" (ajout ou retrait des tiges trois par trois) est rendu possible Le mât 3 comporte à cet The "power-swivel" 31 is supported, meanwhile, by a metal superstructure disposed on the surface above the well 1 In the context of this perfectly conventional configuration, this superstructure is rather called "mast" 3 It extends in effect well above the "power-swivel" 31 to allow the maneuvers of the rods 34 mentioned above From this point of view, heights of 40 m hook are perfectly conceivable so that a "triple work" "(addition or withdrawal of the rods three by three) is made possible The mast 3 comprises at this
effet un système d'élévation illustré sur la figure par une poulie 32 et un câble 33. effect an elevation system illustrated in the figure by a pulley 32 and a cable 33.
Cest ainsi que l'étape principale du présent procédé commence tandis que l'outil 2 se trouve descendu jusqu'au fond du puits pilote 1 Le "powerswivel" 31 fait alors tourner l'outil 2 autour de raxe du puits Dans un premier temps, les bras 22 de l'outil 2 sont toujours repliés Pourvu que leurs dents 23 soient convenablement orientées, elles creusent alors un logement dans la paroi 13 du puits 1 qui autorise un début de déploiement pour les bras 22 Le processus se poursuit de la sorte jusqu'au déploiement complet des bras 22 Dès lors la paroi 13 du puits 1 présente un This is how the main step of the present process begins while the tool 2 is lowered to the bottom of the pilot well 1 The "powerswivel" 31 then makes the tool 2 turn around the axis of the well In a first step, the arms 22 of the tool 2 are always folded Provided that their teeth 23 are properly oriented, they then dig a housing in the wall 13 of the well 1 which allows a beginning of deployment for the arms 22 The process continues so far to the complete deployment of the arms 22 Therefore the wall 13 of the well 1 has a
épaulement 14 au niveau du passage du logement au reste du puits 1 situé au-dessus. shoulder 14 at the passage of the housing to the rest of the well 1 located above.
Sa cote correspond à la profondeur du fond 15 du puits définitif, ce fond 15 étant donc séparé du fond du puits 1 pilote de la distance entre la base de l'outil 2 et l'extrémité Its dimension corresponds to the depth of the bottom 15 of the final well, this bottom 15 being separated from the bottom of the pilot well 1 of the distance between the base of the tool 2 and the end
supérieure de ses bras 22.upper arm 22.
Puis, le "power-swivel" 31 commence à exercer en outre sur l'outil 2 une traction Celle-ci assure l'application des dents 23 des bras 22 déployés contre l'épaulement 14 Dès que la pression correspondante devient suffisante (notamment par dépassement d'un seuil dépendant de la nature du terrain), il s'ensuit la poursuite du creusement du logement Et un élargissement du puits est obtenu qui, à partir du fond, progresse en direction de la surface à mesure que l'outil 2 est tiré vers la surface 11. Cette progression résulte en fait de l'attaque du terrain par les dents 23 de l'outil 2 au niveau de l'épaulement 14, ce dernier se trouvant en quelque sorte "usiné" Cela s'accompagne du détachement de matière, grains et blocs plus gros du terrain traditionnellement appelés "cuttings" 17 Et si on n'y prenait garde, ces déblais Then, the "power-swivel" 31 begins to exert moreover on the tool 2 a traction It ensures the application of the teeth 23 of the arms 22 deployed against the shoulder 14 As soon as the corresponding pressure becomes sufficient (especially by exceeding a threshold depending on the nature of the ground), it follows the continuation of the digging of the housing And a widening of the well is obtained which, from the bottom, progresses towards the surface as the tool 2 This progression results in fact from the attack of the ground by the teeth 23 of the tool 2 at the level of the shoulder 14, the latter being in a way "machined". This is accompanied by the detachment of matter, grains and larger blocks of land traditionally called "cuttings" 17 And if we were not careful, these cuttings
tomberaient au fond du puits et s'y accumuleraient. would fall to the bottom of the well and accumulate there.
Pour limiter ce désagrément, la présente invention prévoit de mettre en circulation la boue dans laquelle l'outil 2 est immergé Des flèches sur la figure montrent une première façon de la faire s'écouler depuis la surface 11 du sol o de la boue 16 est introduite en continu dans le puits 1 Elle est ensuite amenée à passer le long de l'épaulement 14 en cours de forage La boue peut être activée par un système To limit this inconvenience, the present invention provides for circulating the sludge in which the tool 2 is immersed. Arrows in the figure show a first way to make it flow from the surface 11 of the soil where the sludge 16 is introduced continuously into the well 1 It is then brought to pass along the shoulder 14 during drilling The mud can be activated by a system
(non représenté) de pompes ou d"'air-lift" (refoulement à l'aide d'air sous pression). (not shown) pumps or "air-lift" (discharge with pressurized air).
Ainsi est-elle aspirée au niveau d'une extension 25 de l'outil 2 S'il est clair que l'extension 25 doit impérativement être fixée sous le corps 21 afin de recueillir les "cuttings" 17, sa structure demeure une affaire de choix du concepteur La figure fixe les idées en lui donnant la forme simple d'une tubulure munie d'ouvertures pour le passage des "cuttings" 17 Ils sont en effet évacués avec la boue aspirée vers la surface 11 en remontant à l'intérieur du train de tiges 34 ou d'une gaine prévue à cet effet (non représentée). Des installations complémentaires peuvent permettre de séparer les "cuttings" 17 récupérés en surface de la boue 16 en vue de réintroduire celle-ci dans le puits 1, créant ainsi un écoulement en circuit fermé On remarque que, par rapport aux méthodes de forage comparables, l'écoulement du liquide d'évacuation des "cuttings" 17 se produit ici en sens inverse Cela présente notamment l'avantage de garantir une vitesse de remontée de la boue particulièrement élevée, la section de passage dans le Thus it is sucked at an extension 25 of the tool 2 If it is clear that the extension 25 must imperatively be fixed under the body 21 to collect the "cuttings" 17, its structure remains a matter of designer's choice The figure fixes the ideas by giving it the simple shape of a tube provided with openings for the passage of the "cuttings" 17 They are in fact discharged with the mud sucked towards the surface 11 while going up inside the string of rods 34 or a sheath provided for this purpose (not shown). Complementary installations can make it possible to separate the cuttings 17 recovered on the surface of the sludge 16 with a view to reintroducing it into the well 1, thus creating a closed-loop flow. It is noted that, compared to comparable drilling methods, the flow of the draining liquid of the "cuttings" 17 occurs here in the opposite direction. This has the particular advantage of guaranteeing a particularly high rate of rise of the sludge, the passage section in the
train de tiges 34 ou la gaine étant notablement plus faible que celle du puits Ainsi est- stem string 34 or the sheath being significantly weaker than that of the well.
on assuré de dépasser la vitesse de sédimentation des "cuttings" 17 et donc de les it is assured to exceed the sedimentation speed of the "cuttings" 17 and therefore of the
entraîner convenablement.train properly.
Cependant une circulation de la boue dans l'autre sens (sens normal par rapport aux méthodes traditionnelles) est envisageable même avec des vitesses d'écoulement relativement faibles Dans ce cas donc la boue descend par le train de tiges 34 par exemple et remonte par le puits 1 Elle aborde toutefois cette dernière zone de circulation au sortir de la section élargie du puits si bien qu'elle voit également sa vitesse s'accroître après s'être chargée de déblais Il suffit alors d'adapter ses caractéristiques rhéologiques, en particulier sa viscosité (en l'augmentant notamment) pour que la vitesse de remontée dans la partie du puits non encore élargie soit However a mud flow in the other direction (normal direction compared to traditional methods) is possible even with relatively low flow rates In this case, the mud descends through the train of rods 34 for example and goes back through the well 1 However, it approaches this last circulation zone at the end of the widened section of the well so that it also sees its speed increase after having loaded with cuttings It is then enough to adapt its rheological characteristics, in particular its viscosity (in particular increasing it) so that the speed of ascent in the part of the well not yet enlarged is
supérieure à la vitesse de sédimentation des "cuttings". higher than the sedimentation rate of cuttings.
Afin d'assurer une meilleure récupération des "cuttings" 17 en circulation inverse notamment, la présente invention envisage l'utilisation avantageuse d'un déflecteur 24 disposé à l'extrémité inférieure de l'extension 25 Cest par exemple une pièce métallique ayant la forme d'un parapluie Ce déflecteur 24 joue alors un rôle de guide vis-à-vis de l'écoulement de la boue qui entraîne ainsi plus efficacement les "cuttings" 17 vers l'extension 25 La perte de certains débris au fond 15 du puits semble toutefois inévitable Cela n'est pas autrement gênant dans la mesure o ils In order to ensure a better recovery of the "cuttings" 17 in reverse circulation in particular, the present invention contemplates the advantageous use of a deflector 24 disposed at the lower end of the extension 25, for example a metal part having the shape This deflector 24 then acts as a guide against the flow of the sludge, which thus more effectively drives the "cuttings" 17 towards the extension. The loss of certain debris at the bottom of the well However, this seems inevitable. This is not a problem since they
peuvent être retirés par circulation de boue, voire mécaniquement. can be removed by mud circulation, or even mechanically.
Conformément à un aspect complémentaire de la présente invention, le puits pilote 1 se trouve ainsi élargi seulement de façon partielle Son nouveau diamètre ne dépasse pas son diamètre précédent de plus d'un rapport de 1,5 ou de 2 De préférence, ce facteur d'élargissement se situe entre 1,15 et 1,30 fois son diamètre initial C'est que d'un point de vue technologique, il vaut mieux limiter la surface d'application de l'outil 2 au terrain, c'est-à-dire lépaulement 14 qui est "usiné" comme cela est décrit ci-dessus Il s'ensuit en effet un accroissement notable de la pression des dents 23 sur le terrain 12 et la vitesse de progression de l'outil 2 est de ce fait In accordance with a further aspect of the present invention, the pilot well 1 is thus only partly enlarged. Its new diameter does not exceed its previous diameter by more than a ratio of 1.5 or 2. The enlargement is between 1.15 and 1.30 times its initial diameter. It is from a technological point of view that it is better to limit the area of application of tool 2 to the ground, that is to say ie the shoulder 14 which is "machined" as described above It follows indeed a significant increase in the pressure of the teeth 23 in the field 12 and the speed of progression of the tool 2 is therefore
généralement augmentée dans des proportions considérables. generally increased in considerable proportions.
C'est ainsi que, pour passer du puits pilote 1 au puits définitif, le présent procédé prévoit de répéter l'opération principale qui vient d'être décrite à l'aide de la figure Et c'est dans le puits venant d'être élargi que l'outil 2 est descendu, bras 22 repliés, que le train de tiges 34 imprime à l'outil 2 le mouvement de rotation afin de creuser le premier logement autorisant le déploiement progressif des bras 22, puis lui Thus, to pass from the pilot well 1 to the final well, the present method provides for repeating the main operation that has just been described using the figure And it is in the well just being widened as the tool 2 is lowered, arms 22 folded, that the drill string 34 prints the tool 2 the rotational movement to dig the first housing allowing the progressive deployment of the arms 22, then him
transmet en outre la traction de façon à élargir un peu plus le puits. also transmits the traction so as to widen the well a little more.
Si cette nouvelle passe met en cause une suite de manoeuvres identiques à celles effectuées au cours de la première, il faut en revanche modifier la géométrie de l'outil 2 d'une fois sur l'autre Les dents 23 doivent en effet suivre l'épaulement 14 qui présente un diamètre moyen de plus en plus large Cela peut être réalisé en changeant d'outil à chaque passe De façon plus avantageuse, on utilise un corps 21 dont le diamètre est adapté à celui du puits préexistant Plus la section de ce dernier est importante et plus le corps 21 choisi est massif Ainsi les mêmes bras 22 peuvent-ils If this new pass involves a series of maneuvers identical to those performed during the first, it is necessary to change the geometry of the tool 2 from one time to the other. The teeth 23 must indeed follow the shoulder 14 which has an average diameter of larger and wider This can be achieved by changing tool each pass More advantageously, using a body 21 whose diameter is adapted to that of the pre-existing well Plus section of the latter is important and the chosen body 21 is massive So the same arms 22 can they
servir à chaque passe (sous réserve bien sûr d'être démontables). serve each pass (subject of course to be removable).
Selon le matériel dont il dispose, l'opérateur aura intérêt à jouer notamment sur deux paramètres pour établir son plan d'élargissement Il peut par exemple choisir d'élargir le puits dans le même rapport à chaque passe (facteur d'élargissement constant) Dès lors, la traction à développer sur le train de tiges et donc le couple encaissé par le mât 3 s'accroissent de passe en passe avec la surface de l'épaulement 14 Aussi, pour utiliser d'un bout à l'autre le même mât 3, l'opérateur est susceptible de préférer maintenir un couple constant L'élargissement se fait alors dans un rapport Depending on the equipment available, the operator will be interested in playing on two parameters in particular to establish his enlargement plan. For example, he may choose to widen the well in the same ratio for each pass (constant expansion factor). then, the traction to be developed on the drill string and thus the torque received by the mast 3 increase pass passes in passing with the surface of the shoulder 14 Also, to use from one end to the other the same mast 3, the operator is likely to prefer to maintain a constant torque The enlargement is done in a report
de plus en plus faible.more and more weak.
Lorsque le puits a atteint le diamètre final souhaité, le présent procédé prévoit de When the well has reached the desired final diameter, the present method provides for
le revêtir selon les méthodes habituelles, la boue de soutènement étant retirée du puits. coat it in the usual way, with the retaining sludge removed from the well.
On peut en particulier l'équiper d'un cuvelage cimenté. It can in particular be equipped with a cemented casing.
Le procédé qui vient d'être décrit est applicable non seulement au creusement de puits d'accès à des cavités de stockage conformément au but stipulé en commençant, mais aussi au forage de puits pétroliers Il pourrait se substituer aux procédés actuellement utilisés et qui ont été précédemment mentionnés en relation avec les "under-reamers". The method just described is applicable not only to the digging of access pits to storage cavities in accordance with the stated purpose of starting, but also to the drilling of oil wells. It could be a substitute for the processes currently used and which have been previously mentioned in relation to "under-reamers".
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