FR2897098A1 - Dispositif de liaison pour colonne de forage - Google Patents

Dispositif de liaison pour colonne de forage Download PDF

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Abstract

Le dispositif de liaison (10) établit une liaison étanche entre une alimentation en fluide et une colonne de forage (4). Il comprend un cylindre (15) ainsi qu'une tige (20) d'étanchement déployable au moins partiellement hors dudit cylindre. Ladite tige (20) présente une extrémité libre munie d'un joint étanche (60) conçu pour coopérer hermétiquement avec une extrémité ouverte (3) de la colonne de forage (4) lorsque ladite tige (20) est déployée.

Description

DISPOSITIF DE LIAISON POUR COLONNE DE FORAGE La présente invention se
rapporte à un dispositif de liaison instaurant une liaison étanche aux fluides vis-à-vis d'une colonne de forage et établissant, de préférence, une telle liaison étanche entre ladite colonne et un entraînement supérieur. Arrière-plan Dans les industries pétrolière et gazière, il est connu d'employer un moteur d'entraînement occupant une position haute (entraînement supérieur) et une colonne de forage, pour forer des puits. Il incombe audit moteur de développer le couple imprimant une rotation à la colonne qui, à son tour, fait tourner le trépan de forage au fond du puits. La colonne proprement dite se compose d'une série de tubulures creuses présentant, typiquement, une longueur de 30 ft (9,14 m) reliées les unes aux autres par l'intermédiaire d'un raccordement de liaison filetée. L'entraînement supérieur est pareillement relié à la colonne au moyen d'un raccordement de liaison filetée. Au cours de l'opération de forage, des boues de forage sont pompées à travers la liaison entre l'entraînement supérieur et la colonne de forage. Ces boues parcourent la colonne et assurent, de manière suffisante, une lubrification, un refroidissement et l'élimination de débris. Il est fréquemment nécessaire d'enlever la colonne du puits (par exemple, pour remplacer le trépan de forage) et, dans de telles circonstances, des boues de forage sont pompées par ladite colonne en vue de déplacer et de supporter la colonne en cours d'extraction, et d'entretenir un équilibre hydraulique dans le puits foré. Cela empêche la génération d'une dépression et assure une diminution de la force nécessaire à l'enlèvement de la colonne, autorisant un déroulement plus rapide dudit enlèvement. Dans un agencement conventionnel, les boues sont pompées, entre l'entraînement supérieur et la colonne, en empruntant la même liaison que celle utilisée au cours du forage. Lorsqu'une colonne de forage est enlevée d'un puits (opération désignée par "débrayage" dans l'industrie), des tronçons successifs de ladite colonne doivent être dissociés d'avec les tronçons restants de cette dernière. De surcroît, le tronçon en cours de dissociation doit également être désaccouplé d'avec l'entraînement supérieur. Une nouvelle solidarisation est ensuite établie entre ledit entraînement supérieur et lesdits tronçons restants. Néanmoins, l'installation et la désinstallation des raccordements à liaisons filetées réclament beaucoup de temps et ralentissent l'opération d'enlèvement d'une colonne située dans un puits. Cela se répercute notablement sur la productivité dudit puits. Des tentatives ont été menées par le passé pour accélérer l'opération de débrayage. La demande de brevet GB-A-2 156 402 a trait à des procédés de commande de la vitesse d'extraction et de la pression des boues de forage, afin d'accroître au maximum la vitesse de débrayage. Toutefois, aucune indication n'est apportée quant au temps requis pour relier chaque segment de la colonne de forage à l'entraînement supérieur, et pour l'en dissocier. D'autres tentatives consistent en un enlèvement simultané de plusieurs tronçons, comme exposé dans la demande de brevet précitée. Cependant, cette approche est limitée par la hauteur de la tour de forage retenant l'entraînement supérieur. Caractéristiques de l'invention Conformément à la présente invention, il est proposé un dispositif de liaison procurant une liaison étanche aux fluides entre une alimentation en fluide et une colonne de forage, ledit dispositif comprenant un corps, ainsi qu'une partie d'étanchement déployable au moins partiellement au-delà dudit corps, ladite partie d'étanchement étant munie d'un joint étanche conçu pour coopérer hermétiquement avec une extrémité ouverte de la colonne de forage lorsque ladite partie d'étanchement est déployée. Avantageusement, ledit corps consiste essentiellement en un cylindre, et ladite partie d'étanchement consiste essentiellement en une tige. Le joint étanche peut comprendre une bonde tronconique pouvant être mise en place dans l'extrémité ouverte de la colonne de forage lorsque la partie d'étanchement est déployée, au moins partiellement, au-delà du corps, afin de réaliser l'étanchéité entre le dispositif de liaison et la colonne de forage. Selon un mode de réalisation avantageux, ladite tige comporte une coiffe et un fût reliés l'un à l'autre, ledit fût étant monté coulissant à l'intérieur du cylindre. La coiffe, et une partie du fût, peuvent être logées à l'intérieur dudit cylindre.
Par ailleurs, le dispositif de liaison peut être doté d'un piston monté à coulissement, sur le fût, à l'intérieur du cylindre. Le piston et la coiffe peuvent subdiviser ledit cylindre en des première et seconde chambres. Une seconde chambre peut renfermer des boues de forage, tandis qu'une première chambre peut renfermer de l'air comprimé.
Dans l'une des formes de réalisation selon l'invention, la tige du piston peut comporter un passage central d'écoulement qui procure un trajet d'écoulement communiquant entre la première chambre et la colonne de forage. Ledit passage central d'écoulement est préférablement formé par l'espace interne du fût creux. Il est avantageux que le trajet d'écoulement communiquant, partant de la première chambre et débouchant dans la colonne de forage, soit bloqué jusqu'à ce que la tige soit venue en prise étanche avec ladite colonne. Pour bloquer le trajet d'écoulement, au moins un orifice est pratiqué dans la tige de façon à ce que l'espace interne dudit fût creux ne soit pas en communication d'écoulement avec le cylindre lorsque le piston occulte ledit orifice. Le piston et la coiffe peuvent, de préférence, agir comme une soupape, de façon telle que le trajet d'écoulement communiquant soit débloqué si la différence de pression, agissant sur des côtés opposés dudit piston, éloigne ledit piston de ladite coiffe. De surcroît, le dispositif conforme à l'invention peut comprendre au moins un orifice formé dans la coiffe, et adapté pour être obturé par le piston lorsque ce dernier vient s'appliquer contre ladite coiffe, ledit orifice débouchant dans le fût et matérialisant, conjointement audit fût, le trajet d'écoulement communiquant. Description succincte des dessins L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique du dispositif de liaison, montrant ledit dispositif interposé entre l'entraînement supérieur et la colonne de forage ; la figure 2 est une vue en élévation latérale du dispositif de liaison, représentant ledit dispositif préalablement à la venue en prise avec la colonne de forage; la figure 3 est une vue en élévation latérale du dispositif de liaison, illustrant ledit dispositif en prise avec la colonne de forage ; et la figure 4 est une vue en coupe plus détaillée du dispositif de liaison, montrant ledit dispositif dans une position de transfert de boues de forage à la colonne de forage. Description détaillée de la forme de réalisation préférentielle Comme représenté sur la figure 1, une colonne de forage 4 est enlevée d'un puits par soulèvement d'un entraînement supérieur 2. La colonne 4 est reliée à l'entraînement 2 de deux manières. En premier lieu, des élévateurs 6 enserrent la colonne 4 et répercutent la force nécessaire pour soulever (ou abaisser) ladite colonne 4. En second lieu, une région extrême supérieure 3 de la colonne 4 est munie d'un filetage femelle venant en prise avec une pièce de rattachement 5 à filetage mâle, sur l'entraînement 2, afin d'établir une solidarisation pour permettre à des boues de forage d'être pompées dans ladite colonne 4. Après qu'un tronçon de la colonne 4 a été enlevé du puits, il doit être dissocié d'avec le reste de ladite colonne 4, et d'avec l'entraînement 2, avant qu'il puisse être évacué (ou remisé dans la tour de forage non illustrée). Les tronçons restants de la colonne 4 sont maintenus en place sur un plateau tournant (non représenté), par des coins de retenue classiques. Dans des agencements traditionnels, la solidarisation entre l'entraînement 2 et la colonne 4 est effectuée au moyen d'un raccordement à liaison filetée. L'installation et la désinstallation d'un tel raccordement réclament du temps, en particulier lors de l'enlèvement d'une colonne 4 intégrale. La présente invention vise à procurer des moyens alternatifs avantageux pour établir le raccordement. En référence à la figure 2, un dispositif de liaison 10 conforme à la présente invention comprend un cylindre 15 et une tige 20 de piston engagée de manière coulissante dans ledit cylindre 15. La tige 20 comporte, en outre, un fût creux 30 surmonté d'une coiffe 40, ledit fût 30 étant engagé à coulissement, dans le cylindre 15, de telle sorte qu'une première extrémité dudit fût 30 dépasse extérieurement dudit cylindre 15, et qu'une seconde extrémité soit logée à l'intérieur dudit cylindre 15. La coiffe 40 est montée sur la seconde extrémité du fût 30, tandis qu'une bonde 60 et des garnitures d'étanchement 130 se trouvent sur la première extrémité dudit fût 30. La bonde 60 consiste, de préférence, en du Nylon et est configurée de manière à s'ajuster dans l'extrémité supérieure de la colonne de forage 4. Le fût 30, le cylindre 15, la bonde 60 et la coiffe 40 illustrés sur la figure 2 sont agencés de façon telle que leurs axes longitudinaux coïncident. Un capuchon d'extrémité 110 est monté à l'extrémité du cylindre 15 au-delà de laquelle le fût 30 fait saillie. Ledit capuchon 110 assure l'étanchéité de l'espace interne du cylindre 15 vis-à-vis de l'extérieur, tout en permettant également au fût 30 de coulisser pour pénétrer dans ledit cylindre 15 ou en sortir. Des garnitures d'étanchement, telles que des bagues toriques d'étanchement 25, sont utilisées pour conférer une étanchéité entre le capuchon 110 et le fût 30. Par ailleurs, le dispositif de liaison 10 comprend un piston 50. Ledit piston 50 est monté coulissant sur le fût 30, à l'intérieur du cylindre 15, et peut se mouvoir librement entre la coiffe 40 et le capuchon d'extrémité 110. La structure d'ensemble, composée des éléments 20, 40, 50 et 60, est également apte à coulisser dans le cylindre 15. L'espace interne dudit cylindre 15 est scindé par le piston 50, pour former une première chambre 80 et une seconde chambre 70. De préférence, les première et seconde chambres 80 et 70 retiennent respectivement de l'air et des boues de forage. Le piston 50 est rendu étanche vis-à-vis du fût 30 et du cylindre 15, par exemple au moyen de bagues toriques d'étanchement 52 et 54, afin d'interdire un écoulement communiquant entre les deux chambres 70 et 80. La première chambre 80 est en communication d'écoulement avec une alimentation en air, par l'intermédiaire d'un raccord 100, et la seconde chambre 70 reçoit des boues de forage par l'intermédiaire d'un embout tubulaire 90. L'entraînement supérieur 2 est relié au dispositif de liaison 10 grâce à un filetage classique taillé dans l'embout 90.
Dans la configuration des pièces structurelles représentée sur la figure 2, le piston 50 et la coiffe 40 sont plaqués l'un contre l'autre, si bien que des boues de forage ne peuvent pas circuler vers la colonne de forage 4 à partir de la seconde chambre 70. La figure 3 montre une variante de configuration de la coiffe 40 et du piston 50. Un espacement est créé entre ladite coiffe 40 et ledit piston 50, ce qui libère des orifices 120 sur le côté de ladite coiffe 40. Ces orifices 120 procurent un trajet d'écoulement communiquant entre la seconde chambre 70 et l'espace interne du fût creux 30. Ainsi, des boues de forage peuvent s'écouler depuis la seconde chambre 70 jusqu'à la colonne 4, en passant par les orifices 120 pratiqués dans la coiffe 40 et par le fût 30.
La figure 4 est une illustration plus détaillée de la structure de la coiffe 40 et du piston 50. En particulier, le trajet d'écoulement communiquant entre la seconde chambre 70 et l'intérieur du fût creux 30, par l'intermédiaire des orifices 120, est représenté plus en détail. Lorsque le dispositif de liaison 10 est en fonction, la pression de l'air régnant dans la première chambre 80 est maintenue à une valeur constante d'approximativement 100 psi (689,60.103 Pa). La pression des boues de forage dans la seconde chambre 70 est en revanche modifiée, et c'est cette pression qui pilote le fonctionnement du dispositif de liaison 10. Lorsque la valeur de la pression des boues de forage est suffisamment faible, de sorte que la force appliquée au piston 50 par lesdites boues est moindre que la force appliquée audit piston 50 par l'air comprimé (compte tenu des différences entre les surfaces de projection des deux côtés dudit piston 50), ledit piston 50 est poussé en direction de la coiffe 40 et de l'embout tubulaire 90. Ledit piston 50 provoque, à force, la rétraction de la tige 20 dans le cylindre 15. Ledit piston 50 vient également buter contre la coiffe 40, obturant ainsi les orifices 120 et interdisant à des boues de forage de sortir du dispositif cle liaison 10. Lorsque la tige 20 est rétractée, la bonde 60 et les garnitures d'étanchement 130 sont dissociées d'avec la colonne de forage 4 et la région extrême supérieure de ladite colonne 4 peut être enlevée. Pour déployer la tige 20, de telle sorte que la bonde 60 et les garnitures d'étanchement 130 viennent coopérer avec la colonne de forage 4, la pression des boues de forage est accrue. A l'instant auquel cette pression excède un certain seuil, la force appliquée au piston 50 par les boues excède la force appliquée audit piston 50 par l'air comprimé, si bien que la coiffe 40 est poussée vers le capuchon d'extrémité 110 et que la tige 20 du piston se déploie. Etant donné que la surface de projection de la coiffe 40 est plus grande que la surface de projection du piston 50, et que la pression de l'air agit uniquement sur ledit piston 50, ce dernier demeure en butée contre ladite coiffe 40. Au cours du déploiement de la tige 20, par conséquent, les orifices 120 ne sont pas dégagés et des boues de forage ne peuvent pas s'écouler. Après que la bonde 60 et les garnitures d'étanchement 130 ont été insérées à force dans l'extrémité filetée ouverte de la colonne de forage 4, instaurant ainsi un joint étanche aux fluides entre ladite extrémité ouverte et la tige 20 du piston, ladite tige 20, et donc la coiffe 40, ne sont plus à même de se déployer. En revanche, étant donné que le piston 50 a encore une certaine liberté de mouvement sur le fût 30, ledit piston 50 continue d'être sollicité par la pression des boues de forage. De la sorte, les orifices 120 sont libérés et les boues peuvent affluer dans la colonne 4 à partir de la seconde chambre 70, en parcourant la tige 20. La colonne 4 peut ensuite être soulevée en verrouillant les élévateurs 6 sur ladite colonne 4, puis en soulevant ces derniers. Comme décrit ci-avant, le dispositif de liaison 10 remplace avantageusement une liaison filetée classique entre un entraînement supérieur 2 et une colonne de forage 4 lorsque ladite colonne est enlevée d'un puits. Ce dispositif permet, par conséquent, d'établir une liaison entre un entraînement supérieur 2 et une colonne 4 en un temps nettement plus court, et des économies substantielles peuvent être réalisées. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au 30 dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    - 1. Dispositif de liaison (10) établissant une liaison étanche entre une alimentation en fluide et une colonne de forage (4), caractérisé par le fait qu'il comprend un cylindre (15) ainsi qu'une tige (20) d'étanchement déployable au moins partiellement hors dudit cylindre, ladite tige (20) présentant une extrémité libre munie d'un joint étanche (60) conçu pour coopérer hermétiquement avec une extrémité ouverte (3) de la colonne de forage (4) lorsque ladite tige (20) est déployée.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit joint étanche comprend une bonde tronconique (60) conçue pour réaliser l'étanchéité entre ledit dispositif de liaison (10) et ladite colonne de forage (4) lorsque ladite bonde (60) est mise en place dans l'extrémité ouverte (3) de ladite colonne.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite tige (20) comporte une coiffe (40) et un fût (30) creux qui sont reliés l'un à l'autre, ledit 15 fût (30) étant monté coulissant à l'intérieur du cylindre (15).
  4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la coiffe (20) et une partie du fût (30) sont logées à l'intérieur du cylindre (15).
  5. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un piston (50), ledit piston étant monté coulissant sur le fût (30) à 20 l'intérieur du cylindre (15).
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (50) et la coiffe (40) divisent le cylindre (15) en une première chambre (80) et une seconde chambre (70).
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une seconde 25 chambre (70) renferme des boues de forage.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'une première chambre (80) renferme de l'air comprimé.
  9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la tige (20) comporte un passage central d'écoulement qui procure un trajet 30 d'écoulement communiquant entre la seconde chambre (70) et la colonne de forage (4).
  10. 10. Dispositif selon les revendications 3 et 9, caractérisé en ce que ledit passage central d'écoulement est formé par l'espace interne du fût (30) creux.
  11. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le trajet 35 d'écoulement communiquant, partant de la seconde chambre (70) et débouchant dansla colonne de forage (4), est bloqué jusqu'à ce que la tige (20) soit venue en prise étanche avec ladite colonne (4).
  12. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le piston (50) et la coiffe (40) agissent comme une soupape, de façon telle que le trajet d'écoulement communiquant soit débloqué si la différence de pression agissant sur des côtés opposés dudit piston (50) éloigne ledit piston (50) de ladite coiffe (40).
  13. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'au moins un orifice (120) est formé dans la coiffe et est adapté pour être obturé par le piston (50) lorsque ce dernier vient s'appliquer contre ladite coiffe, ledit orifice débouchant dans le fût (30) et matérialisant, conjointement audit fût (30), le trajet d'écoulement communiquant.
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