FR3003891A1 - Dispositif de commande et d'isolation d'un outil en forme de chemise expansible pour l'isolation de zones dans un puits - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif de commande et d'isolation d'un outil (3) pour l'isolation de zones dans un puits (1) qui comprend : - un conduit d'entrée principal (C) qui communique avec l'intérieur dudit cuvelage (2), et qui est obturé par un premier élément (5) apte à former barrière à un fluide circulant dans ledit cuvelage (2), tout en cédant au-delà d'une première pression (P1), - ce conduit (C) communiquant, avec deux conduits auxiliaires (6, 8) dont les extrémités se rejoignent pour former un conduit (9) de sortie, - l'un (8) de ces conduits auxiliaires, formant une première chambre, tandis que dans l'autre (6), est prévu un second élément (7) formant barrière, mobile entre une première position et une seconde position caractérisé par le fait que dans ladite première position, ledit second élément (7) formant barrière et la paroi (630) dudit second conduit auxiliaire (6) ménagent entre eux une chambre annulaire étanche (CH2) dans laquelle règne une pression dite "d'isolation" (PIS), cette chambre (CH2) ne communiquant pas avec l'extérieur, notamment avec le puits (1).

Description

La présente invention concerne un dispositif de commande et d'isolation d'un outil en forme de chemise expansible pour le traitement d'un puits ou d'une canalisation, cet outil étant relié à un cuvelage d'alimentation d'un fluide sous pression et est intercalé entre ledit cuvelage et la paroi dudit puits ou de la canalisation. Exprimé différemment, elle est relative à un dispositif de fond de puits permettant d'isoler l'espace amont de l'espace aval d'une région annulaire compris entre un cuvelage (traduit par "casing" en anglais) et la formation (c'est-à-dire la roche du sous-sol) ou bien entre ce même cuvelage et le diamètre intérieur d'un autre cuvelage déjà présent dans le puits. Cette isolation doit être réalisée tout en préservant l'intégrité de l'ensemble du cuvelage du puits ("casing string" en anglais), c'est-à-dire la colonne en acier comprise entre la formation et la tête de puits.

On notera qu'il faut distinguer l'intégrité de l'espace annulaire et l'intégrité du cuvelage, les deux étant essentiels à l'intégrité du puits. L'espace annulaire précédemment cité est généralement rendu étanche en utilisant un ciment qui est pompé sous forme liquide dans le cuvelage à partir de la surface, puis injecté dans l'espace annulaire. Après injection, le ciment durcit et l'espace annulaire est étanché. La qualité de cimentation de cet espace annulaire revêt une très grande importance pour l'intégrité des puits.

En effet, cette étanchéité protège le cuvelage des zones d'eau salées que renferme le sous-sol, qui peuvent les corroder et les endommager, en entrainant la perte possible du puits. Par ailleurs, cette cimentation protège les aquifères de la pollution qui pourrait être occasionnée par des formations proches 30 contenant des hydrocarbures. Cette cimentation constitue une barrière protégeant les risques d'éruption causée par des gaz sous haute pression pouvant migrer dans l'espace annulaire entre la formation et le cuvelage. 3003 891 2 Dans la pratique, il existe de nombreuses raisons qui peuvent aboutir à un processus de cimentation imparfait, telles que la grande taille de puits, les zones horizontales de celui-ci, une circulation difficile ou des zones à perte. Il en résulte une mauvaise étanchéité. 5 On notera également que les puits sont de plus en plus profonds, qu'une bonne partie d'entre eux sont forés "offshore" à la verticale de hauteurs d'eau pouvant atteindre plus de 2000 m, et que les dernières technologies de fracturation hydraulique dans lesquelles les pressions peuvent atteindre plus de 15 000 psi (1000 bars), soumettent ces 10 zones annulaires étanches à des contraintes très élevées. De ce qui précède, il est clair que la cimentation du (ou des) espace(s) annulaire(s) est particulièrement importante et toute faiblesse dans leur réalisation, alors que les pressions en jeu sont très importantes (plusieurs centaines de bars), peuvent causer des dégâts pouvant conduire 15 à la perte du puits et/ou causer des dégâts écologiques très importants. Les pressions en cause peuvent provenir : - de l'intérieur du cuvelage vers l'extérieur, c'est-à-dire de l'intérieur du puits vers l'espace annulaire ; - de l'espace annulaire vers l'intérieur du cuvelage. 20 Le cuvelage (ou "casing string"), dont la longueur peut atteindre plusieurs milliers de mètres, est constitué de tubes de cuvelage, de longueur unitaire comprise entre 10 et 12 m, et assemblés les uns aux autres par des filetages étanches. La nature et l'épaisseur du matériau constituant le cuvelage 25 est calculé pour supporter des pressions intérieures d'éclatement ("burst" en anglais) ou des pressions extérieures d'écrasement ("collapse" en anglais) très importantes. De plus, le cuvelage doit être étanche pendant toute la durée de vie du puits, c'est-à-dire pendant plusieurs dizaines d'années. 30 Toute détection de fuite conduit systématiquement à une réparation ou à l'abandon du puits. Le "design", c'est-à-dire la configuration de la complétion du puits doit minimiser les risques de communication entre l'intérieur et l'extérieur du cuvelage. Aussi, les points de vigilance sont notamment les 35 suivants : - supporter les contraintes de pression interne et externe ; - utiliser des aciers compatibles avec l'environnement pour éviter les risques de corrosion ; - utiliser des moyens de connexion vissés et étanches ; - éviter les communications entre l'intérieur et l'extérieur ou, si ce n'est pas le cas, réaliser une étanchéité avec une ou deux barrières, si possible par contact métal/métal. Des solutions techniques sont actuellement disponibles pour parvenir à rendre étanche ledit espace annulaire. Ainsi, une des techniques consiste à positionner une membrane deformable autour du cuvelage à l'emplacement désiré. La membrane est ensuite déformée de façon permanente, sous la pression d'un fluide de gonflage, contre la paroi de la formation. La membrane faisant étanchéité sur cette paroi, l'espace annulaire entre la paroi de la formation et la paroi du cuvelage est alors rendu étanche. Cette membrane peut être métallique ou en élastomère, renforcé ou non de fibres. Quelque que soit le type de membrane, le gonflage de celle-ci nécessite la présence d'un conduit de circulation du fluide de gonflage entre l'intérieur de la membrane et l'intérieur du cuvelage. Cette circulation peut se faire directement ou par l'intermédiaire d'un système pouvant comporter selon l'état de l'art de une à trois valves. Il existe à la connaissance de la demanderesse 2 principales configurations possibles illustrées sur les schémas faisant l'objet des figures 1 et 3A annexées.

Selon une première technique illustrée à la figure 1, une membrane métallique 3 est positionnée autour d'un cuvelage 2 pré positionné dans un puits 1, et l'intérieur de la membrane 3 est alimenté en fluide de gonflage directement par un conduit 200 traversant la paroi 20 du cuvelage 2.

Si la pression est augmentée à l'intérieur du cuvelage 2 jusqu'à atteindre un seuil permettant de commencer à déformer la membrane métallique 3, celle-ci étant reliée directement au cuvelage 2, la membrane 3 se déforme de façon permanente. Lorsque la pression baisse, la membrane métallique conserve sa forme de façon définitive.

Un premier inconvénient de cette technique résulte du fait qu'en cas de défaillance de la membrane métallique 3 conduisant à une perte de son étanchéité, une communication directe entre l'espace annulaire et le cuvelage 2 se crée. Un second inconvénient réside dans le fait que dans le cas d'une pose multiple de membranes 3 illustrée aux figures 2A et 2B, si le 5 niveau de la pression hydrostatique est identique dans le cuvelage 2 et dans l'espace annulaire EA, alors que quand la pression du fluide de gonflage augmente dans le cuvelage 2, les trois membranes 3, réparties autour du cuvelage 2 et pouvant être séparées de plusieurs centaines de mètres, sont déformées simultanément alors qu'un gonflage des 10 membranes les unes après les autres, de bas en haut, présente plus d'avantages, en particulier dans l'optique d'assurer la meilleure cimentation possible. Le gonflage individuel de chaque membrane 3 l'une après l'autre n'est pas maitrisable dans cette configuration. 15 De plus, après la pose, chaque membrane 3 continue de subir les cycles de pression / dépression qui pourraient intervenir dans la vie du puits 1, fragilisant un peu plus, à chaque cycle, les membranes 3. Selon une deuxième technique illustrée à la figure 3A, la membrane deformable 3 est constituée d'élastomère renforcé ou non de 20 fibres. Si cette membrane 3 était reliée directement au cuvelage 2 comme dans le cas précédent, elle se déformerait de façon élastique lorsque la pression dans le cuvelage 2 augmente et elle retrouverait un état proche de sa forme initiale dès que la pression baisse, grâce à son 25 élasticité. Il est donc nécessaire d'intercaler entre l'intérieur du cuvelage 2 et l'intérieur de la membrane 3 un système de valve(s) simple ou multiples 4 (représentée ici entourée d'un ovale) permettant de conserver et d'isoler le volume sous pression à l'intérieur de la membrane 30 3 en élastomère à la fin du gonflage. La pression de fin de gonflage est alors déterminée par la fermeture de la valve d'isolation 4. Une fois cette valve fermée, la membrane 3 ne peut ni se vider ni se remplir. De plus, dans le cas vu plus haut d'une pose de plusieurs 35 membranes 3 sur un même cuvelage 2 à différentes profondeurs ou pour éviter tout gonflage par inadvertance, ce système de valves multiples est prévu pour permettre de maitriser le début du gonflage de chaque membrane 3. Ce système, pour une plus grande maîtrise, peut même être complété par un pion frangible, dénommé en anglais "knuck out plug" qui ouvre la communication du cuvelage vers les valves de commande et d'isolation en le cassant, le plus souvent en faisant circuler une bille dans le cuvelage. Mais l'insertion de la bille apporte une contrainte supplémentaire. Pour réaliser ces systèmes de valves multiples, l'analyse de l'état de l'art fait apparaître deux architectures différentes : l'une utilise des pistons coulissants, tandis que la deuxième utilise des chemises coulissantes. Dans les deux cas, les pistons ou les chemises sont associés à des pièces de rupture permettant de contrôler l'ouverture ou la fermeture des pistons ou des chemises, c'est-à-dire contrôler le début et la fin du gonflage de la membrane gonflable. Un tel système de valves est également avantageux dans le cas d'une membrane métallique pour éviter de gonfler la membrane par inadvertance et l'isoler des variations de pressions du cuvelage, une fois qu'elle a été déformée.

Des exemples de telles technologies équipés de valves de remplissage sont décrits dans les brevets ou de demandes de brevets US 2003/0183398, US 4260164 et WO 2011/160193. De tels systèmes de membranes métalliques ou en élastomère renforcé ou non, équipés de valves multiples, présentent 25 plusieurs catégories d'inconvénients. Il s'agit en premier lieu d'inconvénients liés à la membrane expansible en élastomère. En effet, cette membrane a une résistance et une tenue limitées dans le temps. L'isolation de l'espace annulaire entre l'amont et l'aval du puits ne peut donc pas être garantie sur le long 30 terme. Par ailleurs, la perte d'étanchéité de cette membrane crée une zone de faiblesse avec l'intérieur du puits en éliminant une barrière. D'autres inconvénients sont liés au système de valves. Ainsi, la figure 3B est un agrandissement du système de 35 valves 4 placé sous la membrane 3 dans la figure 3A.

Ce système est une configuration possible composée typiquement de deux valves coulissantes 40 qui peuvent être soit des pistons coulissants, soit des chemises coulissantes. Ces valves sont placées dans le conduit qui met en communication l'intérieur du cuvelage 2 et l'intérieur de la membrane 3. Avant gonflage, une des valves 40 fait obstacle au fluide de gonflage. Il n'est possible de rompre cette première barrière qu'en augmentant la pression du fluide de gonflage dans le cuvelage 2 au-delà d'un certain différentiel de pression PI prédéfini par un élément de rupture calibré, le différentiel de pression se faisant entre la pression du cuvelage et la pression de l'espace annulaire. Une fois ce différentiel PI dépassé, la première barrière est rompue et laisse l'intérieur du cuvelage 2 communiquer avec l'intérieur de la membrane 3. Cette rupture marque le début de la phase de gonflage de la 15 membrane 3. La pression est ensuite augmentée dans le cuvelage 2 pour continuer le gonflage de la membrane 3. La fin du gonflage est marquée par la libération du mouvement d'une deuxième valve 40 dans le conduit de communication cuvelage-membrane qui vient faire obstacle au retour du fluide sous 20 pression, dans le sens membrane 3 vers cuvelage 2. Le mouvement de cette valve est libéré par la rupture d'un élément calibré et dimensionné de façon à rompre dès que le différentiel de pression entre la membrane et l'espace annulaire dépasse un seuil P2 supérieur à Pi. Si la pression augmente encore dans le cuvelage, la membrane 3 ne peut pas se gonfler 25 davantage. De plus, une fois le gonflage terminé, dès que la pression baisse, un élément de rappel ramène la première valve 40 à sa position initiale pour constituer une deuxième barrière dans le conduit de communication entre le cuvelage 2 et la membrane 3. Les deux valves 30 sont alors dans leur état final illustré par la figure 3B. Ainsi, l'analyse de l'art antérieur montre que tous les dispositifs d'ouverture et de fermeture des valves sont activés par différentiel de pression entre l'intérieur du cuvelage et l'espace annulaire compris entre le cuvelage et la paroi du puits. 35 De plus, les étanchéités de ces valves 40 subissant ce différentiel de pression cuvelage/ annulaire, qu'elles soient composées de piston ou de chemises coulissantes, sont assurées par des joints, notés J sur les figures 3C et 3D, ces joints étant le plus souvent en élastomère. Lorsque les éléments de rupture maintenant les valves 40 en place cassent, les mouvements brusques de libération des pistons ou 5 chemises peuvent endommager ces joints J. L'étanchéité au niveau de ces valves n'est alors plus assurée, créant ainsi une communication directe entre le cuvelage 2 et l'annulaire EA (voir figure 3C) ou une communication directe entre l'annulaire EA et la membrane 3 (voir figure 3D). Dans ce dernier cas, si la membrane 3 est en élastomère renforcé ou 10 non de fibres, elle se dégonfle. Par ailleurs, aucun dispositif ne permet de s'assurer : - que les déclenchements d'ouverture puis de fermeture des valves ont bien été réalisés ; - que l'étanchéité de l'espace annulaire entre l'amont et 15 l'aval du puits est effective au cours du temps. De plus, les contraintes liées à l'intégrité des puits deviennent de plus en plus importantes, que ce soit au niveau de l'isolation : - de l'espace annulaire entre l'amont et l'aval du puits, 20 - entre l'intérieur et l'extérieur du cuvelage. La sauvegarde de l'environnement, l'opinion publique, la réglementation, la réalisation de puits de plus en plus nombreux pour l'exploitation des ressources non conventionnelles contraint ce secteur de la technique à s'assurer de plus en plus que cette étanchéité est efficace, 25 pérenne et contrôlable sur plusieurs années. La présente invention a justement pour but de proposer un dispositif qui permette d'éviter cette situation. Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de commande et d'isolation d'un outil en forme de chemise expansible pour le 30 traitement d'un puits ou d'une canalisation, cet outil étant relié à un cuvelage d'alimentation d'un fluide sous pression et est intercalé entre ledit cuvelage et la paroi dudit puits ou de la canalisation, qui comprend : - un conduit d'entrée principal qui communique avec l'intérieur dudit cuvelage, et qui est obturé par un premier élément 35 apte à former barrière à un fluide circulant dans ledit cuvelage, tout en cédant au-delà d'une première pression prédéterminée dudit fluide, - ce conduit communiquant, en aval dudit premier élément formant barrière, avec deux conduits auxiliaires disposés en parallèle, dont les extrémités se rejoignent pour former un conduit de sortie qui débouche à l'intérieur de l'outil, - l'un de ces conduits auxiliaires, dit "premier conduit" formant notamment avec ledit premier élément, une première chambre dans laquelle règne une pression d'isolation, tandis que dans l'autre, dit "second conduit", est prévu un second élément formant barrière, mobile entre une première position dans laquelle il obture ce second conduit tout en laissant libre la communication entre le premier conduit et le conduit de sortie, et une seconde position dans laquelle il empêche toute communication entre les conduits auxiliaires et le conduit de sortie, le passage d'une position à l'autre se faisant par rupture d'un pion sous l'effet de l'augmentation de la pression du fluide jusqu'à une seconde pression prédéterminée, supérieure à ladite première pression, caractérisé par le fait que dans ladite première position, ledit second élément formant barrière et la paroi dudit second conduit auxiliaire ménagent entre eux une chambre annulaire étanche dans laquelle règne ladite pression dite "d'isolation", cette chambre ne communiquant pas avec l'extérieur, notamment avec le puits.

Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'invention : - ledit second élément comprend un piston constamment sollicité en direction de ladite deuxième position ; - ledit second élément comporte une pièce frangible, telle qu'un pion, disposée dans la chambre étanche et qui cède quand la seconde pression prédéterminée est atteinte ; - ladite pression d'isolation est égale à la pression atmosphérique ou est légèrement supérieure ; - ledit second élément comporte un "nez" métallique qui, dans ladite seconde position, est en contact et fait étanchéité avec la paroi du conduit de sortie, également métallique ; - une valve anti-retour est disposée à l'intérieur du conduit de sortie ; - l'étanchéité de ladite valve est assurée par un contact métal/métal ; - ladite chemise expansible est en métal ; - le dispositif comporte des moyens d'enregistrement acoustique de rupture des éléments formant barrière et des moyens d'enregistrement de la pression dans l'espace annulaire ; - lesdits moyens d'enregistrement sont interrogeables à distance par l'intermédiaire d'une technologie RFID. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. En plus des figures 1 à 3D déjà commentées ci-dessus, elle sera faite en référence 15 aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 4A et 6B sont des vues simplifiées, en coupe longitudinale, d'une portion de puits équipée d'un cuvelage à chemise expansible et du dispositif selon l'invention ; et - les figures 4B, 5 et 6A sont des vues agrandies en coupe 20 longitudinale, plus détaillées, d'un mode de réalisation du dispositif ; - les figures 7A et 7B sont des vues en coupe similaires aux figures 4A et 6B illustrant, en plus, des moyens de détection ; - les figures 8A à 8D montrent, en coupe longitidinale, une 25 portion de puits dont le cuvelage est équipé de plusieurs chemises. La figure 4A représente une vue en coupe d'un cuvelage 2 disposé dans le puits 1 avant cimentation. Ce cuvelage est équipé d'une membrane deformable en métal 30 3 qui est pourvue du dispositif de commande et d'isolation représenté ici entouré d'un ovale. Un boitier permettant d'enregistrer d'une part les ruptures des éléments du dispositif de commande formant barrière et d'autre part la pression de l'espace annulaire placé au-dessus de la membrane métallique, c'est-à-dire intercalé entre cette membrane et la 35 surface. 3003 891 10 Le dispositif de commande et d'isolation comporte un conduit C, ce conduit comportant un disque de rupture et deux valves anti retour V1 et V2, dont l'une est équipée d'un élément frangible F. L'espace entre le disque de rupture et la valve V1 délimitant une chambre CH1 est 5 à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique, et le dispositif comporte également une seconde chambre isolée CH2 à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique. Le disque, les valves V1 et V2, l'élément F ne sont pas représentés sur la figure 4Â: ces éléments vont être décrits plus en détail 10 ci-après, notamment en référence à la figure 4B, comportant un agrandissement du dispositif de commande et d'isolation. Comme déjà dit plus haut, le dispositif comprend un conduit d'entrée principal C qui communique avec l'intérieur du cuvelage 2 par l'intermédiaire d'un perçage 200 débouchant dans la paroi 20 du cuvelage. Le conduit C est obturé par un premier élément 5 en forme de disque, par exemple métallique, qui est apte à former barrière à un fluide circulant dans le cuvelage, tout en cédant au-delà d'une première pression P1 prédéterminée de fluide. Ce conduit C débouche dans une chambre 60 dont la paroi 20 cylindrique est référencée 600. Via cette chambre, le conduit C communique avec deux conduits auxiliaires 6 et 8 disposés en parallèle, dont les extrémités se rejoignent pour former un conduit de sortie 9 qui débouche à l'intérieur de l'outil 3. 25 L'un de ces conduits auxiliaires, dit "premier conduit" 8, comporte une entrée 80 et une sortie 81 qui s'étendent perpendiculairement à l'axe du cuvelage. L'entrée 80 débouche dans la chambre 60, tandis que la sortie 81 débouche légèrement en amont des deux valves anti retour 30 quand elles sont en position fermée. Ce premier conduit auxiliaire 8 forme une première chambre. La chambre 60 fait partie du second conduit auxiliaire 6 et présente, d'amont en aval, c'est-à-dire de gauche à droite quand on considère la figure 4B et le sens d'écoulement de fluide, un premier 35 tronçon cylindrique 61 à paroi 610, de petit diamètre, un tronçon intermédiaire 62 de plus large diamètre et à paroi 620, dont une région 3003 891 11 intermédiaire 630 a un diamètre légèrement plus important. Comme on le verra plus loin, cette paroi contribue à délimiter une deuxième chambre CH2. Le tronçon 62 se poursuit sensiblement avec le même 5 diamètre qu'à son entrée, puis comporte une restriction de section qui le fait rejoindre le conduit de sortie 9. A l'intérieur du conduit 6 est disposée une valve anti-retour V1 qui est constituée d'un piston 7 présentant un corps allongé 71. Dans sa partie amont, il comporte une tête 70 présentant un 10 évidement longitudinal 700 dans lequel s'étend un ressort hélicoïdal R. Ce ressort prend appui sur l'extrémité amont du tronçon 62 et tend à pousser le piston d'amont en aval. La tête 70 est pourvue périphériquement d'un joint J, qui assure une parfaite étanchéité entre le piston et le tronçon 62 du conduit 15 6. En aval de l'évidement 700, le corps 7 est traversé de part en part, par un élément ou pion frangible F qui, comme on le verra plus loin, est destiné à se casser sous l'effet d'une pression P2 supérieure à P1. A cet effet, il présente des régions de moindre résistance.

Dans sa partie aval, le piston se poursuit par un nez 72 dont le diamètre est sensiblement égal à celui du tronçon correspondant du conduit 6. Il est pourvu également d'un joint d'étanchéité J similaire au précédent, et d'une surface d'extrémité tronquée 720, dont on expliquera plus loin la fonction.

Le conduit de sortie 9 présente d'aval en amont un tronçon 90 de paroi 900, qui débouche à l'intérieur d'un conduit de plus petit diamètre 91 et de paroi 910 dans lequel est disposé un ressort hélicoïdal. Ce ressort s'appuie contre une bille B qui forme une valve antiretour obturant un tronçon 92 de diamètre encore inférieur qui, lui, communique avec les conduits 6 et 8. Une zone de transition tronconique 930 fait communiquer l'extrémité amont du conduit de sortie 9 avec le conduit auxiliaire 6. Nous allons maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif selon l'invention.

La figure 4B représente une situation préalable dans laquelle le dispositif n'est pas encore descendu dans le puits.

Avant la descente dans le puits, on fait circuler de l'eau dans le cuvelage 2 de manière à ce que l'intérieur de la membrane gonflable 3 se remplisse d'eau, ceci pour éviter son effondrement par l'augmentation de la pression du puits lors de sa descente.

Bien entendu, pour ce faire, le disque de rupture 5 n'est pas encore installé, et l'eau peut alors parcourir le conduit C d'entrée, le conduit auxiliaire 8 puis le conduit de sortie 9 en repoussant la bille B à l'encontre du ressort R. Lors de cette phase, la chambre CH2 délimitée par le tronçon 63 du conduit 6 et le piston 7 est à la pression atmosphérique et ne se remplit pas d'eau. On notera en effet qu'à ce stade, tout passage de fluide dans le conduit 6 est impossible puisque le piston 7 est immobilisé par le pion frangible F, et l'ensemble piston + pion étant maintenu en position par un ressort de rappel R.

Avant de fermer l'ensemble avec le disque de rupture 5, une partie de l'eau, circulant dans la chambre CH1 délimitée par le conduit 8 et les tronçons 80, 81, 60, 61, 62 et 92, est purgée de telle sorte que le remplissage de cette chambre soit assuré en très grande partie par de l'air à pression atmosphérique.

Une fois que l'ensemble est en place dans le puits 1, la pression à l'intérieur du cuvelage 2 augmente et devient nettement supérieure à la pression atmosphérique. Tant que le différentiel de pression entre le cuvelage 2 et la pression atmosphérique dans la chambre CH1 reste en dessous de la 25 pression de rupture P1 du disque 5, l'ensemble du dispositif reste fermé et la membrane deformable 3 ne peut pas se gonfler. Pour gonfler cette membrane, il faut encore augmenter la pression à l'intérieur du cuvelage 2 depuis la surface en pompant jusqu'à ce que le différentiel de pression soit suffisant pour rompre le disque 5. 30 On a atteint alors la pression P1 prédéterminée qui est la pression de rupture du disque. Dans ces conditions, la portion de conduit 62 se remplit de liquide mais la valve V1 est toujours bloquée par la présence du doigt frangible F.

En revanche, le fluide s'écoule par le conduit 8 ainsi qu'à travers la valve V2, puisque la pression de fluide est suffisante pour repousser la bille B à l'encontre du ressort R. La rupture du disque 5 correspond au début du gonflage de la 5 membrane 3. Cette rupture peut être détectée de façon acoustique et enregistrée par un boitier prévu à cet effet et disposée proche de l'environnement de la membrane. On se retrouve alors dans la situation de la figure 5 dans laquelle, à l'exception de la chambre CH2 qui demeure à une pression 10 sensiblement égale à la pression atmosphérique puisqu'elle est isolée par deux joints J, le reste des conduits étant à la pression de gonflage. On augmente alors la pression jusqu'à rompre le pion F, ce qui correspond à la position de la figure 6A. On a alors atteint une pression prédéterminée P2 de rupture du pion calibré, la pression P2 étant 15 supérieure à la pression Pi. De ce fait, le pion ne contrarie plus le mouvement du piston 7, lequel est libéré et repoussé d'amont en aval sous l'effet du ressort de rappel R. Toutefois, ce coulissement est limité puisque le nez 72 du piston 7 vient en contact avec l'entrée du conduit de sortie 9 par contact 20 métal/métal des surfaces tronconiques 720 et 930. De cette manière, la membrane 3 ne peut plus être gonflée. Elle ne peut pas non plus se dégonfler du fait de la présence de la valve V2 puisque la bille B est en appui contre son siège. Ultérieurement, quand la pression du cuvelage est purgée et 25 que celui-ci revient à son niveau de pression hydrostatique, l'ensemble des conduits en amont de la valve V2 revient à la pression du cuvelage. Si la pression à l'intérieur du cuvelage venait à augmenter à nouveau, par exemple pour gonfler une autre membrane, la valve V1 resterait en position fermée et, par conséquent, la membrane 3 resterait 30 aussi complètement isolée. Ainsi, la fin de l'expansion est marquée par la rupture du pion qui permet de fermer le chemin d'accès dans le sens cuvelage vers membrane deformable, en libérant le mouvement d'un clapet anti-retour. Ce clapet est maintenu dans sa position de fermeture grâce à un ressort. 35 Lorsque le pion est rompu, le clapet se déplace et met la chambre initialement à la pression atmosphérique à la pression du cuvelage. Les deux joints J n'ont alors plus aucune fonction. La rupture du pion peut être détectée de façon acoustique et enregistrée par un boitier prévu à cet effet et disposé dans 5 l'environnement de la membrane. En fin de gonflage, la membrane reste à sa pression de gonflage et, pour chaque clapet, l'étanchéité est garantie par un contact métal/métal. Cette situation est illustrée par la figure 6B qui représente 10 une schématisation de l'ensemble membrane + dispositif de commande et d'isolement après le gonflage de la membrane. Le conduit C comporte maintenant 2 valves anti retour qui se font opposition, la chambre initialement à la pression atmosphérique est maintenant à la pression du cuvelage et n'a plus aucune utilité. 15 Sur la figure 7A, le boitier BO permettant d'enregistrer d'une part les ruptures des éléments du dispositif de commande formant barrière et, d'autre part, les variations des pressions à long terme de l'espace annulaire EA, est placé au-dessus de la membrane métallique, c'est-à-dire intercalé entre cette membrane 3 et la surface ou entre deux 20 membranes 3. Dans le cas d'une pose multiple de membranes 3 pour un même cuvelage 2, chaque membrane sera équipée d'un boitier BO placé au plus près de la membrane 3 auquel il est associé. Chaque boitier BO permet alors de détecter et d'enregistrer les ruptures du disque 5 et du 25 pion F, la rupture du disque indiquant que le remplissage sous pression de la membrane a bien eu lieu, tandis que la rupture du pion indique que le gonflage a été terminé et que la membrane est isolée. Le boitier permet également d'enregistrer d'éventuelles variations de pression dans l'espace annulaire plusieurs années après la 30 pose de la membrane. Dans ce but, le boitier BO est placé avantageusement au-dessus de la membrane 3 car il permet, par exemple, dans le cas d'une cimentation imparfaite sous la membrane conduisant à une perte d'étanchéité du ciment le long de la paroi de la formation, de vérifier que 35 la membrane métallique 3 a assuré son rôle en étanchant l'espace annulaire EA situé entre la membrane 3 et la surface du puits 1.

Le boitier BO, s'il enregistre les variations de pression de l'espace annulaire, présente donc un risque de communication possible entre l'intérieur du boitier et l'espace annulaire EA. Toujours dans le souci d'assurer l'intégrité du cuvelage 2 par rapport à l'espace annulaire EA, le boitier BO est donc désolidarisé de la membrane 3 et du dispositif de commande. Les ruptures de disque 5 et pion F sont détectées de façon acoustique à distance par le boitier BO placé à quelques dizaines de centimètres. Selon la figure 7B, le boitier BO étant interrogeable sur une courte distance en utilisant une technologie RFID. L'interrogation du boitier BO et la récupération des données peut se faire dans le puits 1 avant ou après la pose de la membrane 3 en utilisant un outil A prévu à cet effet et relié depuis la surface par un câble "wireline" par exemple. Les avantages liés à la création d'une chambre de pression de référence pour le déclenchement de la rupture de points faibles à la pression atmosphérique sont les suivants : le référentiel de pression n'est plus la pression du puits, de sorte que l'on a éliminé une conduite entre l'intérieur du cuvelage 2 et l'espace annulaire du puits 1. Par ailleurs, on élimine tout risque de fuite entre l'intérieur 20 du cuvelage 2 et cet espace annulaire EA au niveau de ce dispositif de commande. De plus, lors de l'ouverture de la valve d'accès entre l'intérieur du cuvelage et l'intérieur de la structure expansible, la pression d'ouverture est uniquement liée à la pression dans le cuvelage. 25 Selon les figures 8A, 8B, 8C et 8D, s'il existe dans le puits plusieurs dispositifs de ce genre, du fait de la pression hydrostatique qui augmente avec la profondeur et puisque la pression de référence est sensiblement égale à la pression atmosphérique, ils s'ouvriront naturellement du bas vers le haut, ce qui évitera des créations de 30 piégeage de fluides. Les avantages liés à la création d'une valve avec une étanchéité métal sur métal associée à une bille anti-retour résident essentiellement dans le fait que cette étanchéité est réalisée sans utilisation de joints en élastomère, d'où une meilleure durabilité dans le 35 temps.

Par ailleurs, l'étanchéité est proportionnelle à la pression appliquée, et plus la pression augmente, plus l'étanchéité est efficace. L'utilisation d'un disque métallique 5 fait qu'il est durable dans le temps et qu'il présente un niveau d'étanchéité très élevé.

Enfin, les avantages liés à la mise en place d'un système électronique d'enregistrements et de relevés par RFID sont la connaissance de la bonne exécution du processus d'ouverture et de fermeture de la valve de gonflage, et une mesure possible au cours du temps de la pression dans l'espace annulaire.10

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande et d'isolation d'un outil (3) en forme de chemise expansible pour le traitement d'un puits (1) ou d'une canalisation, cet outil (3) étant relié à un cuvelage (2) d'alimentation d'un fluide sous pression et est intercalé entre ledit cuvelage (2) et la paroi (10) dudit puits (1) ou de la canalisation, qui comprend : - un conduit d'entrée principal (C) qui communique avec l'intérieur dudit cuvelage (2), et qui est obturé par un premier élément (5) apte à former barrière à un fluide circulant dans ledit cuvelage (2), tout en cédant au-delà d'une première pression (P1) prédéterminée dudit fluide, - ce conduit (C) communiquant, en aval dudit premier élément (5) formant barrière, avec deux conduits auxiliaires (6, 8) disposés en parallèle, dont les extrémités se rejoignent pour former un conduit (9) de sortie qui débouche à l'intérieur de l'outil (3), - l'un (8) de ces conduits auxiliaires, dit "premier conduit" formant, notamment avec ledit premier élément (5), une première chambre (CH1) dans laquelle règne une pression d'isolation (PIS), tandis que dans l'autre (6), dit "second conduit", est prévu un second élément (7) formant barrière, mobile entre une première position dans laquelle il obture ce second conduit (6) tout en laissant libre la communication entre le premier conduit (8) et le conduit de sortie (9), et une seconde position dans laquelle il empêche toute communication entre les conduits auxiliaires (6, 8) et le conduit de sortie (9), le passage d'une position à l'autre se faisant par augmentation de la pression de fluide à une seconde pression prédéterminée (P2), supérieure à ladite première pression (P1), caractérisé par le fait que dans ladite première position, ledit second élément (7) formant barrière et la paroi (630) dudit second conduit auxiliaire (6) ménagent entre eux une chambre annulaire étanche (CH2) dans laquelle règne également une pression dite "d'isolation" (PIS), cettechambre (CH2) ne communiquant pas avec l'extérieur, notamment avec le puits (1).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit second élément comprend un piston (7) constamment sollicité en 5 direction de ladite deuxième position.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit second élément (7) comporte une pièce frangible (F), telle qu'un pion, disposée dans la chambre étanche (CH2) et qui cède quand la seconde pression (P2) prédéterminée est atteinte. 10
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ladite pression d'isolation (PIS) est égale à la pression atmosphérique ou est légèrement supérieure.
5. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit second élément (7) comporte un "nez" 15 métallique (72) qui, dans ladite seconde position, est en contact avec la paroi (930) du conduit (9) de sortie, également métallique, l'ensemble formant ainsi une étanchéité métal/métal.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une valve anti-retour (V2) est disposée à 20 l'intérieur du conduit de sortie (9).
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'étanchéité de ladite valve (9) est assurée par un contact métal/métal.
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé par le fait que ladite chemise expansible (2) est en métal.
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens d'enregistrement (BO) acoustique de rupture des éléments (5, F) formant barrière et des moyens d'enregistrement de la pression dans l'espace annulaire. 30
10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'enregistrement (BO) sont interrogeables à distance par l'intermédiaire d'une technologie RFID.