FR2989702A1 - Dispositif de nettoyage et de regeneration de puits de forage - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif (8) de nettoyage et de régénération de puits de forage. Ce dispositif est destiné à être introduit dans un puits de forage à nettoyer et à régénérer. Il comprend un générateur d'ondes (80) disposé sur un axe longitudinal du dispositif. Ce générateur est destiné à générer des ondes acoustiques et/ou sismiques pour éliminer ou résorber les dépôts bouchant les canaux alimentant en eau le puits de forage. Selon l'invention, le dispositif comporte également une brosse (81) assemblée audit générateur d'ondes le long dudit axe longitudinal (B) pour nettoyer les parois internes dudit puits de forage. La brosse permet de dégager les extrémités de canaux débouchant dans le puits de forage afin que les ondes produites par le générateur d'ondes pénètrent mieux dans les canaux.

Description

DESCRIPTION Domaine technique La présente invention se rapporte de manière générale au nettoyage et à la régénération de puits de forage. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif apte à nettoyer et régénérer un puits de forage. L'invention est notamment utilisée pour le traitement des puits de forage d'eau potable, d'eau thermale ou d'eau minérale.

Etat de la technique On connaît différentes techniques pour nettoyer et régénérer les puits de forage. On peut par exemple nettoyer le puits de forage en brossant les parois internes du puits de forage au moyen d'une brosse. On introduit la brosse dans le puits de forage et on effectue ensuite des mouvements verticaux répétés de la brosse dans le puits de façon à décoller les déchets et impuretés présents sur les parois internes du puits. La brosse est classiquement munie de poils présentant dans le sens radial une longueur légèrement supérieure au rayon intérieur du puits pour que les poils de la brosse soient en contact avec les parois du puits sur toute sa périphérie intérieure. Pour manipuler la brosse, cette dernière est par exemple reliée à un treuil par un câble et est munie d'un poids. La descente de la brosse dans le puits s'effectue par gravité à l'aide du poids et la remontée de la brosse est effectuée au moyen du treuil. Cette technique permet de nettoyer le puits de forage mais ne permet pas de le régénérer, c'est-à-dire d'éliminer les dépôts de minéraux ou de biomasse présents dans les canaux alimentant en eau le puits de forage. Les canaux désignent les microfissures, microfailles ou anfractuosités naturelles alimentant le puits de forage.

On connait aussi le nettoyage par voie chimique. Cette technique pose toutefois des problèmes environnementaux liés au rejet de produits chimiques dans les nappes phréatiques. En outre, la durée de nettoyage est relativement longue et le puits de forage ne peut pas être remis en service immédiatement après le nettoyage. Une période de quarantaine doit être respectée. Enfin, cette technique ne permet pas de nettoyer efficacement les canaux alimentant le puits de forage. On connait enfin la technique consistant à générer des ondes acoustiques et/ou sismiques dans le puits de forage. Cette technique est tout particulièrement adaptée pour la régénération, appelée également stimulation, des puits de forage. Cette stimulation est par exemple réalisée au moyen d'un canon à air, comme décrit dans le document brevet EP 0 819 207. Comme pour la brosse, le canon à air est descendu dans le puits de forage. Il est ensuite mis en marche pour générer des ondes de choc se propageant au travers des canaux alimentant le puits, lesquelles ondes ont pour fonction de résorber et éliminer les dépôts biologiques ou minéraux et amas divers qui se sont accumulés au fil du temps dans les canaux. Bien que très efficace pour la stimulation du puits de forage, cette technique n'est par très performante pour le nettoyage des parois internes du puits. De plus, si les parois internes et plus particulièrement les extrémités de canaux débouchant dans le puits de forage ne sont pas désobstrués avant la stimulation, cette dernière risque d'être moins efficace, les ondes de choc pénétrant alors moins profondément dans les canaux. Il est donc classique d'effectuer, dans un premier temps, une ou plusieurs passes avec la brosse pour désobstruer les extrémités de canaux et, dans un deuxième temps, d'envoyer des ondes de choc dans les canaux pour résorber les dépôts perturbant l'alimentation en eau du puits de forage. Ces deux opérations nécessitent donc de descendre la brosse dans le puits de forage, de lui appliquer des mouvements de va-et-vient verticaux, de la remonter, puis de descendre le générateur d'ondes dans le puits de forage, de l'activer pendant un temps prédéterminé puis 3 0 de le remonter en surface. Il en résulte une durée de traitement relativement longue et de nombreuses manipulations pour sa mise en oeuvre. Résumé de l'invention L'invention a pour but de pallier les défauts, inconvénients et obstacles de l'art antérieur. Plus précisément, un but de l'invention est de proposer un outil unique qui puisse à la fois nettoyer le puits de forage et le régénérer. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif permettant de réduire la durée de nettoyage et de régénération d'un puits de forage. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif fiable et facile d'emploi. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif dont l'emploi n'a aucun impact nuisible sur l'environnement.

Tout ou partie de ces buts sont atteints par un dispositif de nettoyage et de régénération de puits de forage, ledit dispositif présentant un axe longitudinal et étant destiné à être introduit dans un puits de forage, lequel dispositif comprend: - un générateur d'ondes disposé sur ledit axe longitudinal et apte à générer des ondes acoustiques et/ou sismiques, et - une brosse assemblée audit générateur d'ondes le long dudit axe longitudinal et apte à nettoyer les parois internes dudit puits de forage. On obtient ainsi un outil unique permettant en une passe de nettoyer et de stimuler le puits de forage. Ceci permet un gain de temps énorme si 2 5 la profondeur du puits de forage est de plusieurs centaines de mètres. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte un moteur pour faire tourner la brosse autour dudit axe longitudinal. Il n'y a donc plus à exécuter de mouvements verticaux répétés avec la brosse pour nettoyer le puits de forage. Le moteur est un moteur électrique ou un 3 0 moteur pneumatique.

La brosse est disposée en amont du générateur d'ondes lorsque le dispositif de l'invention est introduit dans le puits de forage. Ainsi, lorsque le dispositif atteint un tronçon du puits de forage, les parois internes de ce tronçon sont d'abord nettoyées par la brosse avant que des ondes de choc ne soient émises par le générateur d'ondes au niveau de ce tronçon. La brosse contribue alors à désobstruer les extrémités des canaux débouchant dans le puits de forage. Les ondes de choc produites par le générateur d'ondes peuvent alors ensuite mieux pénétrer dans les canaux. De plus, les dépôts provenant des canaux après émission des ondes de choc sont broyés par la brosse avant de retomber au fonds du puits de forage. Les déchets au fond du puits sont ensuite évacués par pompage. Selon un mode de réalisation particulier, le générateur d'ondes est un canon à eau. Selon un autre mode de réalisation particulier, le générateur d'ondes est un canon à air. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte un câble d'alimentation pour alimenter en énergie pneumatique et/ou électrique ledit moteur et ledit générateur d'ondes et un tube rigide fixé par une première extrémité au générateur d'ondes et le long duquel est disposé le câble d'alimentation. Selon un mode de réalisation particulier, le tube rigide est creux et le câble d'alimentation est disposé à l'intérieur du tube, ledit câble d'alimentation entrant dans ledit tube par ladite première extrémité et débouchant à l'extérieur par une deuxième extrémité du tube.

De préférence, le tube est de section rectangulaire ou carrée et est destiné à traverser une ouverture de même section d'une table de blocage montée sur l'orifice supérieur du puits de forage de manière à empêcher le dispositif de tourner sur lui-même lorsque la brosse est mise en rotation. Le tube constitue alors un tube anti-rotation.

Selon un mode de réalisation, le tube est formé d'une pluralité de tronçons de longueurs sensiblement identiques connectés bout à bout par des moyens appropriés, un tronçon de tube étant rajouté à chaque fois que le dispositif est descendu d'une longueur correspondant à une longueur de tronçon de tube de sorte que la deuxième extrémité du tube soit en permanence à l'extérieur du puits de forage.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est équipé de moyens de centrage aptes à centrer ledit dispositif dans le puits de forage. Les moyens de centrage sont réalisés en un matériau flexible ou semi-rigide. Les moyens de centrage sont constitués par exemple par au moins trois lames flexibles identiques attachées par leurs deux extrémités en deux points distincts du tube dans le sens longitudinal. Les lames sont disposées à espaces angulaires réguliers autour de l'axe longitudinal du dispositif et forment des arcs de cercle entre leurs deux extrémités. Les lames sont agencées pour que leur point milieu vienne en contact avec les parois internes du puits de forage lorsque le dispositif est descendu dans le puits de forage. En variante, les moyens de centrage sont constitués par des ailettes de centrage montées sur le tube. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, 2 0 donnés à titre illustratif. Brève description des figures - La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un puits de forage à nettoyer et à régénérer; 25 - La figure 2 représente une vue schématique un dispositif conforme à l'invention; - La figure 3 est une vue en coupe du dispositif de la figure 2 selon l'axe III-III; et - La figure 4 représente le puits de forage de la figure 1 dans 30 lequel a été introduit le dispositif de la figure 2.

Description détaillée d'au moins un mode de réalisation La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un puits de forage 1 à nettoyer et stimuler ayant un axe longitudinal A. Ce puits 1 est destiné à récupérer de l'eau 2 provenant de canaux 3 présents à proximité du puits et débouchant dans celui-ci. Le puits présente un fond et un orifice supérieur 4 à partir duquel l'eau est extraite du puits de forage par des moyens appropriés, par exemple au moyen d'une pompe. Le puits de forage est muni d'une crépine 5 disposée contre les parois internes du puits. Cette crépine présente au moins dans sa portion intermédiaire des perforations 50 par lesquelles l'eau provenant des canaux 3 pénètre dans le puits de forage. L'invention propose un dispositif permettant de supprimer les dépôts 6 et 7 présents respectivement sur les parois internes de la crépine 5 et dans les canaux 3 et qui font obstacle à l'alimentation en eau du puits.

Selon l'invention, il est proposé un dispositif 8, tel qu'illustré à la figure 2, pour nettoyer et régénérer le puits de forage 1. Ce dispositif comprend un générateur d'ondes 80 apte à générer des ondes acoustiques et/ou sismiques et une brosse 81 montée en bout du générateur d'ondes pour nettoyer les parois internes dudit puits de forage, la brosse et le générateur d'ondes étant disposés selon un axe longitudinal, référencé B, du dispositif. Le générateur d'ondes est par exemple un canon à eau tel que ceux utilisés dans la recherche sismique, un exemple de ces appareils étant décrits dans le document US 4 185 714.

De manière générale, les canaux à eau utilisent un principe de fonctionnement consistant à propulser un fluide dans un tube au moyen d'un piston et à stopper brutalement le piston. L'eau est expulsée du tube par quatre évents. Derrière la masse d'eau en mouvement se crée un vide dans lequel l'eau vient se précipiter, créant ainsi une onde acoustique.

Un tel canon à eau est par exemple commercialisé par la société Sercel sous la dénomination "515 Water Gun".

En variante, on peut également utiliser un canon à air tel que celui commercialisé par la société Sercel sous la dénomination "G Gun 150". Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, la brosse 81 comprend une plaque 811 circulaire centrale munie de fentes pour recevoir des poils 810 métalliques rigides, lesdits poils débouchant à la périphérie de ladite plaque centrale. Deux plaques circulaires d'extrémité 812 et 813 ayant un rayon supérieur à celui de la plaque centrale enserrent la plaque centrale et les poils de manière à immobiliser les poils dans les fentes de la plaque centrale. Les poils sont par exemple des tronçons de câble en inox. La brosse 81 est avantageusement motorisée. Le dispositif comporte donc un moteur 82 dont l'axe de rotation est sensiblement confondu avec l'axe longitudinal B, la brosse 81 étant fixée à l'axe du moteur. Par ailleurs, le moteur est assemblé par des moyens connus en soi, par exemple par soudage, à une première extrémité du générateur d'ondes située à proximité des évents 800 du canon à air ou à eau. Lorsque le dispositif est position de fonctionnement dans le puits de forage, l'axe B du dispositif est sensiblement confondu avec l'axe A du puits de forage comme illustré sur la figure 4. L'axe de rotation du moteur 2 0 82 est aussi sensiblement confondus avec les axes A et B. Le diamètre de la brosse est légèrement supérieur au diamètre intérieur du puits de forage pour que, en position de fonctionnement (axe A confondu avec axe B), les poils de la brosse soit en contact avec la paroi interne du puits de forage sur toute sa périphérie. 25 Comme illustré à la figure 4, le dispositif de l'invention est introduit dans le puits de forage de sorte que la brosse 81 soit disposée en amont du générateur d'ondes 80 lorsque le dispositif est descendu dans le puits de forage. Ainsi, les parois internes d'un tronçon du puits de forage sont nettoyées par la brosse 81 avant que le générateur d'ondes n'atteigne ce 30 tronçon et que des ondes de choc ne soient émises dans les canaux 3 débouchant dans ce tronçon.

La brosse 81 désobstrue les extrémités des canaux 3 débouchant dans le puits de forage afin que les ondes de choc produites par le générateur d'ondes 80 pénètrent mieux dans les canaux. Les dépôts provenant des canaux sont par ailleurs broyés par la brosse en rotation avant de retomber au fond du puits de forage. Ces dépôts sont ensuite évacués du fond du puits par aspiration ou pompage. Le dispositif comprend en outre un câble d'alimentation 83, appelé aussi ombilical, comprenant une pluralité de fils d'alimentation pour alimenter en énergie pneumatique et/ou électrique le moteur 82 et ledit générateur d'ondes 80. Dans l'exemple des figures 2 et 4, le câble d'alimentation 83 comprend un fil 830 d'alimentation électrique et un tuyau 831 d'alimentation en air à haute pression pour le générateur d'ondes et un fil 832 d'alimentation électrique pour le moteur de la brosse.

Le dispositif comprend également un tube rigide creux 84, appelé tube anti-rotation, de section rectangulaire ou carrée qui est fixé par son extrémité inférieure 841 au générateur d'ondes. Une vue en coupe du tube est représentée à la figure 3. Lorsque le dispositif de l'invention est en service dans un puits de forage, ce tube est destiné à traverser une ouverture 90 de même section d'une table 9 de blocage montée sur l'orifice supérieur 4 du puits de forage pour empêcher le dispositif 1 de tourner sur lui-même lorsque la brosse est mise en rotation. Ce tube anti-rotation est constitué d'une pluralité de tronçons de longueurs sensiblement identiques connectés bout à bout par des moyens appropriés, par exemple par un système de doigt élastique monté en bout de tronçon et s'encliquetant dans un orifice du tronçon suivant. Le câble d'alimentation 83 est placé à l'intérieur du tube anti-rotation. Au fur et à mesure que le dispositif descend dans le puits de forage, des tronçons sont rajoutés au tube anti-rotation de sorte que l'extrémité supérieure 842 du tube soit présente à l'extérieur du puits de forage.

Chaque tronçon de tube est avantageusement constitué d'une partie mâle coopérant dans le sens longitudinal avec une partie femelle pour enfermer le câble d'alimentation avant encliquetage avec un tronçon déjà raccordé au tube anti-rotation. Chaque tronçon de tube présente par exemple une longueur de 1m50. Selon un mode de réalisation en variante, le câble d'alimentation est placé à l'extérieur du tube anti-rotation, le long de celui-ci, pour simplifier l'opération de rajout des tronçons de tube au moment de le descente du dispositif dans le puits de forage. Dans ce cas, une encoche est prévue au niveau de l'ouverture 90 de la table de blocage 9 pour le passage du câble d'alimentation disposé à l'extérieur du tube anti-rotation. Avantageusement, le câble d'alimentation est attaché au tube anti-rotation par un moyen d'attache rapide, par exemple par des colliers de serrage en nylon de type Colson.

Pour que l'axe B du dispositif de l'invention soit aligné avec l'axe A du puits de forage lorsque le dispositif est positionné dans le puits de forage, le dispositif comporte avantageusement des moyens de centrage (non représentés sur les figures). Les moyens de centrage sont par exemple constitués par quatre lames flexibles identiques attachées par leurs deux extrémités en deux points distincts du tube anti-rotation dans le sens longitudinal. Les lames sont disposées à espaces angulaires réguliers (90° dans le cas présent) autour de l'axe du tube et forment des arcs de cercle entre leurs extrémités. Chaque lame est agencée pour que la distance, appelée flèche, entre le milieu de l'arc de cercle et le milieu de la corde entre les deux extrémités de l'arc de cercle soit sensiblement égale à d=R-R', où R est le rayon de la section circulaire du puits de forage et R' est la moitié du côté du carré formant la section du tube. En variante, les moyens de centrage sont réalisés par des ailettes disposées sur le tube anti-rotation, l'extrémité libre des ailettes étant positionné Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec différents modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

L'utilisation du dispositif de l'invention présente les avantages suivants: - un seul outil pour nettoyer et régénérer le puits de forage; - aucun produit chimique utilisé; - rapidité d'exécution du nettoyage: on peut estimer le temps d'exécution à environ 4 heures pour un forage de 100 mètres; - remise en service immédiate du puits de forage; la perte d'exploitation est donc minime.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1) Dispositif (8) de nettoyage et de régénération de puits de forage, ledit dispositif présentant un axe longitudinal (B) et étant destiné à être introduit dans un puits de forage (1), lequel dispositif comprend un générateur d'ondes (80) disposé sur ledit axe longitudinal et apte à générer des ondes acoustiques et/ou sismiques, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une brosse (81) assemblée audit générateur d'ondes le long dudit axe longitudinal (B) et apte à nettoyer les parois internes dudit puits de forage.
2. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moteur (82) pour faire tourner la brosse autour dudit axe longitudinal (B).
3. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur d'ondes (80) est un canon à eau.
4. 4) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le générateur d'ondes (80) est un canon à air.
5. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un câble d'alimentation (83) pour alimenter en énergie pneumatique et/ou électrique ledit moteur et ledit générateur d'ondes, et - un tube (84) rigide fixé par une première extrémité (841) au générateur d'ondes (80) et le long duquel est disposé le câble d'alimentation.30
6. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube rigide est creux et ce que le câble d'alimentation est disposé à l'intérieur dudit tube, ledit câble d'alimentation entrant dans ledit tube par la dite première extrémité (841) et débouchant à l'extérieur par une deuxième extrémité (842) du tube.
7. 7) Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le tube (84) est de section rectangulaire ou carrée.
8. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le tube (84) est formé d'une pluralité de tronçons de longueurs sensiblement identiques.
9. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de centrage aptes à centrer ledit dispositif dans le puits de forage.