FR3038648A1 - Dispositif de cimentation d’une conduite dans un puits de forage et procede de cimentation correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de cimentation (1) d'une conduite (2) dans un puits (A) de forage, comprenant : - du côté de la tête de puits (A), des moyens d'obturation (11) disposés à l'intérieur de la conduite (2) et qui commandent l'ouverture et la fermeture d'au moins une ouverture de cimentation (111), ladite au moins une ouverture de cimentation (111) faisant communiquer l'intérieur de la conduite (2) avec l'espace annulaire (3) situé entre la face externe de la conduite (2) et la paroi intérieure du puits (A), - du côté du fond du puits (A), un dispositif d'isolation (12) comprenant deux chemises (122, 124) expansibles monté le long de la face externe de la conduite (2), et - au moins un passage de communication (125) entre l'extérieur de la première chemise externe (122) et ledit volume annulaire (E), ledit au moins un passage de communication (125) étant situé du côté du dispositif d'isolation (12) orienté vers le fond du puits (A).

Description

Dispositif de cimentation d'une conduite dans un puits de forage et procédé de cimentation correspondant 1. Domaine de l'invention L'invention se rapporte au domaine du forage. L'invention concerne plus particulièrement la cimentation d'un tubage à l'intérieur d'un puits de forage. L'invention s'applique notamment à des puits de pétrole, de gaz ou géothermiques. 2. Solutions de l'art antérieur

Après le forage d'un puits de forage, tel qu'un puits pétrolier, un tubage ou une conduite (communément désigné par le terme anglais de « casing » ou « iiner ») est descendu dans le puits brut de forage, et l'annulaire entre la paroi externe de la conduite et la paroi interne du puits est ensuite cimenté sur tout ou partie de sa hauteur.

La cimentation de l'annulaire a pour but notamment : la tenue du tubage et son ancrage au terrain, d'empêcher la migration de gaz et de liquides entre les formations souterraines traversées (c'est-à-dire d'isoler ces dernières), et la prévention des remontées de gaz par l’annulaire entourant le tubage. L’évolution de la qualité de la cimentation au cours du temps dépend de la qualité initiale de la cimentation et, notamment, de la phase de solidification du ciment une fois ce dernier injecté dans l'annulaire.

Une fois solidifié, le ciment placé dans l’annulaire est soumis à de nombreuses contraintes (températures, dilatation du tubage, pression dans le puits,...) tout au long de la vie du puits.

Au cours du temps peuvent ainsi survenir des défauts dans la cimentation, telles que l'apparition de fissures, la formation d'un micro-annulaire aux interfaces tubage/ciment (due à une perte d'adhérence de l'annulaire de ciment) et/ou ciment/formation. La dégradation de la cimentation au cours du temps peut mener à des fuites de gaz vers la surface du fait que le ciment n'est plus capable de faire face aux fortes pressions, ce qui n'est pas souhaitable. 3. Exposé de l'invention

La présente invention a pour but de solutionner les faiblesses des techniques antérieures de cimentation.

Ainsi, l'invention concerne un dispositif de cimentation d'une conduite dans un puits de forage.

Selon l'invention, le dispositif de cimentation comprend : du côté de la tête de puits, des moyens d'obturation disposés à l'intérieur de la conduite qui commandent l'ouverture et la fermeture d'au moins une ouverture de cimentation, ladite au moins une ouverture de cimentation faisant communiquer l'intérieur de la conduite avec l'espace annulaire situé entre la face externe de la conduite et la paroi intérieure du puits, du côté du fond du puits, un dispositif d'isolation monté le long de la face externe de la conduite qui comprend : une chemise expansible dite "première chemise externe" dont les extrémités opposées sont solidaires de ladite face externe de la conduite, cette conduite, la première chemise externe et ses extrémités délimitant ensemble un volume annulaire (E), les moyens d'obturation commandant en outre l'ouverture et la fermeture d'au moins une ouverture d'expansion qui fait communiquer l'intérieur de la conduite et ledit volume annulaire (E), cette première chemise externe étant susceptible de s'expanser et de venir, sur une partie intermédiaire de sa longueur, s'appliquer de manière étanche contre la paroi du puits, une seconde chemise expansible dite "seconde chemise interne" qui s'étend entre ladite conduite et ladite première chemise externe, ses extrémités étant également solidaires de la face externe de ladite conduite, au moins un passage de communication entre l'extérieur de la première chemise externe et ledit volume annulaire, ledit passage de communication étant situé du côté du dispositif d'isolation orienté vers le fond du puits.

Le dispositif de cimentation de l'invention met en œuvre des moyens d'obturation à l'intérieur de la conduite qui commandent à la fois l'ouverture et la fermeture d'un ou de plusieurs port(s) de cimentation de l'annulaire, et d'un ou de plusieurs port(s) d'expansion d'un dispositif d'isolation, ce dernier étant situé sur la conduite en aval (c'est-à-dire vers le fond du puits) des moyens d'obturation et présentant une structure à deux chemises expansibles.

Les moyens d'obturation sont déplacés séquentiellement pour permettre, dans un premier temps, l'expansion radiale des deux chemises expansibles et l'application étanche de la chemise externe contre la paroi du puits, puis dans un deuxième temps pour cimenter l'annulaire situé entre la face externe de la conduite et la paroi intérieure du puits.

La mise en œuvre d'une structure à deux chemises expansibles est avantageuse en ce sens qu'elle permet une étanchéité optimale entre la surface extérieure de la conduite et la surface intérieure du trou de forage, pour qu'en particulier, l'opération de cimentation dans la partie de l'espace annulaire située en amont des chemises s'effectue dans de bonnes conditions.

Cette structure est, par ailleurs, efficace et robuste. Même en cas d'effondrement de la chemise interne, la chemise externe reste appliquée de façon étanche contre la surface intérieure du trou de forage, ce qui garantit la pérennité de l'isolation et empêche les remontées de fluides/gaz dans l'annulaire cimenté vers la surface.

Cette structure ne nécessite pas non plus d'être maintenue expansée sous pression ce qui supprime tout problème de fuite de pression.

En résumé, la mise en en œuvre d'une structure à deux chemises expansibles dans le dispositif de l'invention répond à plusieurs objectifs : elle sert ainsi de base/support pour le ciment coulé dans l’annulaire autour de la conduite (la cimentation est donc soutenu par les chemises expansées), elle empêche les remontées de fluides/gaz lors de la prise du ciment, et elle assure une étanchéité à long terme en cas de défaillance (fissures, formation de micro-annulaires) du ciment durci situé dans l'annulaire.

Elle permet de protéger le ciment situé dans l'annulaire pendant la phase de solidification mais également à long terme, sous des conditions sévères.

Le dispositif de cimentation de l'invention est particulièrement adapté, mais non exclusivement, à la cimentation étagée (c'est-à-dire en plusieurs étapes) d'un puits.

Selon un aspect particulier de l'invention, ledit au moins passage de communication consiste en un orifice que présente la paroi de ladite première chemise externe et qui débouche dans la partie dudit volume annulaire qui s'étend entre les deux chemises.

Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens d'obturation sont mobiles axialement à l'intérieur de la conduite et peuvent prendre une première position dans laquelle ils ferment à la fois ladite au moins une ouverture de cimentation et ladite au moins une ouverture d'expansion, une deuxième position dans laquelle ils ferment ladite au moins une ouverture de cimentation et ouvrent ladite au moins une ouverture d'expansion, et une troisième position dans laquelle ils ouvrent à la fois ladite au moins une ouverture de cimentation et ladite au moins une ouverture d'expansion.

Selon un aspect particulier de l'invention, il existe une communication de fluide entre la partie dudit volume annulaire qui s'étend entre la conduite et la seconde chemise interne et l'espace annulaire situé au-dessus du dispositif d'isolation, entre la face externe de la conduite et la paroi intérieure du puits, lorsque les moyens d'obturation mobiles sont dans ladite première position dans laquelle ils ferment à la fois ladite au moins une ouverture de cimentation et ladite au moins une ouverture d'expansion.

Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens d'obturation comprennent au moins un disque de rupture fermant ladite au moins une ouverture d'expansion.

Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens d'obturation sont fixés temporairement à la paroi intérieure de la conduite dans la première position par au moins un élément de retenue cassable.

Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens d'obturation comprennent deux manchons obturateurs mobiles axialement à l'intérieur de la conduite.

Selon un aspect particulier de l'invention, un desdits deux manchons est fixé temporairement à la paroi intérieure de la conduite dans la deuxième position par au moins un élément de retenue cassable.

Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens d'obturation sont destinés à être déplacés par au moins un des moyens suivants : - par injection de pression dans la conduite ; - par le biais d'un moyen d'actionnement qui est convoyé par un flot de fluide dans la conduite ; - par descente dans la conduite d'un outil de commande.

Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif de cimentation comprend des premiers moyens de mesure de la position des moyens d'obturation mobiles à l'intérieur de la conduite.

Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif de cimentation comprend des seconds moyens de mesure de la pression régnant dans les espaces annulaires situés respectivement en amont et en aval du dispositif d'isolation.

Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de mesure sont configurés pour pouvoir communiquer avec un outil de mesure descendu avec un câble à l'intérieur de la conduite.

Il est également adapté à la cimentation primaire d'un puits. L'invention concerne, par ailleurs, un procédé de cimentation d'une conduite (ou colonne de tubage) dans un puits de forage.

Selon l'invention, un tel procédé comprend : une étape de placement dans ledit puits d'une conduite équipée du dispositif de cimentation tel que décrit précédemment, une étape d'ouverture de ladite au moins une ouverture d'expansion, ladite au moins une ouverture de cimentation étant fermée, une étape d'injection d'un fluide dans la conduite vers ladite au moins une ouverture d'expansion de façon à permettre l'expansion des première et deuxième chemises du dispositif d'isolation et à appliquer de manière étanche la première chemise externe contre la paroi du puits, suite à l'étape d'injection, une étape d'ouverture de ladite au moins une ouverture de cimentation, une étape d'injection de ciment dans la conduite vers l'espace annulaire via ladite au moins une ouverture de cimentation, une étape de fermeture de ladite au moins une ouverture de cimentation et de ladite au moins une ouverture d'expansion. 4. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de la technique décrite apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : la figure 1 est une vue schématique partielle, selon un plan de coupe longitudinal, d'un puits de forage dans lequel est mis en œuvre un dispositif de cimentation conforme à l'invention ; les figures 2A à 2E illustrent un premier mode de réalisation du dispositif de cimentation de l'invention et montrent les étapes successives pour la mise en œuvre du procédé de cimentation conforme à l'invention ; les figures 3A à 3E illustrent un deuxième mode de réalisation du dispositif de cimentation de l'invention et montrent les étapes successives pour la mise en œuvre du procédé de cimentation conforme à l'invention ; les figures 4A à 4E illustrent un troisième mode de réalisation du dispositif de cimentation de l'invention et montrent les étapes successives pour la mise en œuvre du procédé de cimentation conforme à l'invention ; les figures 5A, 5B et 6 montrent le dispositif de cimentation de l'invention une fois la cimentation effectuée ; la figure 7 illustre de façon schématique les étapes d’un exemple de mise en œuvre du procédé conforme à l'invention 5. Description

Sur les figures annexées et dans un seul but de simplification, seule une fraction de la partie verticale d'un puits de forage A a été représentée. Il est bien entendu possible que cette portion verticale puisse s’étendre sur une grande longueur. Pour l'ensemble des figures, on considérera que la tête du puits (qui débouche à l'air libre) se situe vers le haut des figures et son fond vers le bas.

La figure 1 est une vue schématique, selon un plan de coupe longitudinal, d'un puits de forage A dans lequel est disposée une colonne de tubage, ou conduite ("casing" en anglais), 2, représentée partiellement, incorporant le dispositif de cimentation 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention.

Le dispositif de cimentation 1 comprend une soupape différentielle 11 (communément désigné par le terme anglais de "differential valve" en anglais, dont l'abréviation est « DV ») disposé vers la tête du puits A et un dispositif d'isolation 12 (ou "packer" en anglais) qui est disposé en-dessous de la soupape différentielle 11 (vers le fond du puits A).

Le dispositif d'isolation 12 met en œuvre une structure à deux chemises expansibles 122, 124.

Le dispositif d'isolation 12 comprend ainsi une chemise métallique tubulaire, dite "première chemise externe", 122 dont les extrémités opposées sont solidaires de la face externe de la conduite 2. Plus précisément, ces extrémités sont enserrées à l'intérieur de bagues annulaires de renfort référencées 123 sur la figure 1. Le dispositif d'isolation 12 comprend, en outre, une seconde chemise métallique tubulaire, dite "seconde chemise interne", 124 qui s'étend entre la conduite 2 et la première chemise externe 122, ses extrémités étant prises en sandwich entre celles de la première chemise externe 122 et la face externe de la conduite 2 à l'intérieur des bagues annulaires de renfort 123.

La conduite 2, la première chemise externe 122 et ses extrémités délimitent ensemble un volume annulaire E qui est divisé en deux parties, en l'occurrence un volume El délimité par la conduite 2 et la seconde chemise interne 124, et un volume E2 délimité par les deux chemises 122, 124.

La paroi de la conduite 2 présente un conduit 115 débouchant à une extrémité dans la conduite par le biais d'au moins une ouverture 112 et débouchant à l'autre extrémité dans le volume annulaire E, de façon à faire communiquer l'intérieur de la conduite 2 avec le volume annulaire E.

Le dispositif d'isolation 12 comprend également au moins un passage de communication, ou orifice, 125 entre l'extérieur de la première chemise externe 122 et la partie E2 dudit volume E qui s'étend entre les deux chemises. Cet orifice 125 traverse de part en part l'épaisseur de la paroi de la première chemise externe 122, et est orienté vers le bas. On en expliquera plus loin la fonction.

Les chemises 122, 124 sont susceptibles de s'expanser, la première chemise externe 122 étant destinée à venir, sur une partie intermédiaire de sa longueur, s'appliquer de manière étanche contre la paroi du puits A, et la seconde chemise interne 124 étant destinée à venir se plaquer contre la face interne de la première chemise externe 122.

Dans le cas représenté ici, les deux chemises 122,124 sont en matériau métallique ductile.

Toutefois, la seconde chemise interne 124 pourrait être dans un autre matériau expansible tel qu'un matériau élastiquement déformable à base de caoutchouc. La première chemise externe peut être recouverte sur une partie de sa longueur d'une couche d'étanchéité, par exemple en matériau élastiquement déformable (type élastomère).

La figure 1 montre le dispositif d'isolation 12 avant expansion des chemises 122, 124, ces dernières étant donc non déformées.

La soupape différentielle 11 comprend, dans l'exemple illustré, un unique manchon obturateur 113 de forme tubulaire, et qui est mobile axialement le long de la paroi intérieure de la conduite 2.

Ce manchon obturateur 113 est destiné à ouvrir et fermer de façon sélective l'ouverture 112 d'expansion des chemises 122, 124, et au moins une ouverture, ou port, de cimentation 111 faisant communiquer l'intérieur de la conduite 2 avec l’espace annulaire 3 situé entre la face externe de la conduite 2 et la paroi intérieure du puits. On note que dans les modes de réalisation présentés ici, l'ouverture d'expansion 112 des chemises 122, 124 (qui est du côté de la tête du puits) est situé au-dessus de l'ouverture de cimentation 111 (qui est du côté du bas du puits), ces deux ouvertures étant situées au-dessus du dispositif d'isolation 12.

Dans les modes de réalisation des figures 1, 2A à 2E et 3A à 3E, les manchons d'obturation 113 de la soupape différentielle 11 sont déplacés avec un outil descendu à l'intérieur de la conduite 2 et venant s'accrocher sur les manchons d'obturation 113 pour les déplacer.

Les figures 2A à 2E illustrent le dispositif de cimentation de la figure 1 et montrent les étapes successives, énumérées sur la figure 7, pour la mise en œuvre du procédé de cimentation conforme à l'invention.

On se place par la suite dans le cas où la cimentation du puits A est une cimentation étagée, la conduite 2 ayant été mise en place dans le puits A (étape SI), et la cimentation primaire ou initiale du puits A ayant été effectuée de manière connue en aval du dispositif de cimentation 1. Une fois cette cimentation primaire effectuée, la conduite 2 a été obturée par un bouchon disposé en aval du dispositif de cimentation 1.

Dans une première position illustrée sur les figures 1 et 2A, le manchon obturateur 113 recouvre l'ouverture de cimentation 111 qui s'étend à travers la paroi de la conduite 2. Dans cette position, l'ouverture 111 est fermée de façon hermétique empêchant tout écoulement de fluide de l'intérieur de la conduite 2 vers l'espace annulaire 3, et inversement.

Dans cette première position, le manchon obturateur 113 recouvre, en outre, l'ouverture d'expansion (ou de gonflage) 112 des chemises 122,124 du dispositif d'isolation 12.

Plus précisément, le manchon obturateur 113 est fixé temporairement à la paroi intérieure de la conduite 2 dans la première position par au moins un élément de retenue cassable, prenant la forme d'une goupille/pion de cisaillement 114 conçue de manière telle qu'une force prédéterminée est nécessaire pour dépasser la résistance au cisaillement de la goupille/pion de cisaillement 114.

Le manchon obturateur 113 nécessite ainsi une force prédéterminée pour être actionné de manière qu'il passe de la première position à la deuxième position, puis à la troisième position, détaillées ci-après (comme souligné précédemment, un outil est utilisé pour déplacer mécaniquement le manchon obturateur 113).

Dans une deuxième position illustrée sur la figure 2B, la goupille/pion de cisaillement 114 s'est rompue et le manchon obturateur 113 a coulissé vers le bas du puits A. Le manchon obturateur 113 est dans une deuxième position dans laquelle il découvre l'ouverture d'expansion 112 (étape S2). L'ouverture d'expansion 112 étant ouverte, un fluide d'expansion des chemises 122, 124 est envoyé à l'intérieur de la conduite 2 et s'introduit par l'ouverture d'expansion 112 (étape S3). Les chemises 122, 124 se déforment simultanément radialement vers l'extérieur et la première chemise' externe 122 se plaque contre la paroi du puits A. Le dispositif d'isolation 12 isole de façon étanche une partie annulaire 32 du puits située en-dessous du dispositif d'isolation 12 d'une autre partie annulaire 31, située au-dessus du dispositif d'isolation 12 et destinée à être cimentée.

Dans une troisième position illustrée sur la figure 2C, le manchon obturateur 113 a encore coulissé vers le bas du puits A et découvre l'ouverture de cimentation 111 (étape S4). L'injection de fluide dans la conduite 2 est alors interrompue.

Du ciment est alors injecté dans la conduite 2 (étape S5) et est dirigé par le biais de l'ouverture de cimentation 111 dans l'espace annulaire 31 situé au-dessus des chemises expansées.

Après une introduction suffisante de ciment dans l'espace annulaire 31, le port de cimentation 111 est fermé pour retenir le ciment dans l'espace annulaire 31 et permettre son durcissement.

Sur les figures 2D et 2E, le manchon obturateur 113 s'est déplacé vers le haut du puits A et est de nouveau dans sa première position (étape S6).

Comme illustré sur la figure 2D, le dispositif d'isolation 12 sert ainsi de base/support pour le ciment coulé dans l'espace annulaire 31 autour de la conduite 2. Il permet de protéger le ciment situé dans l'annulaire pendant la phase de solidification mais également à long terme, sous des conditions sévères.

Tel que représenté sur la figure 2D, le dispositif d'isolation 12 empêche, en outre, les remontées de fluides/gaz vers la tête du puits.

Comme représenté sur la figure 2E, dans le cas où une communication de fluide survient entre l'espace El et l'espace annulaire 31 situé au-dessus du dispositif d’isolation 12, la structure à deux chemises du dispositif d'isolation 12 permet d'empêcher les remontées de fluides/gaz vers la tête du puits. On a représenté sur cette figure le fluide/gaz qui vient s'engager à l'intérieur du volume E par les orifices 125 que présente la première chemise externe 122 du dispositif d'isolation 12.. Ce faisant, la fluide/gaz remplit le volume E2 et plaque la première chemise externe 122 contre la paroi du puits A. Dans ces conditions, l'étanchéité est conservée et le risque d'effondrement de la première chemise externe 122 est supprimé. Le dispositif d'isolation 12 empêche les remontées de fluides/gaz vers la tête du puits et assure ainsi une étanchéité à long terme en cas de défaillance (fissures, formation de micro-annulaires,...) du ciment durci situé dans l'espace annulaire 31.

Les figures 5A et 6 montrent le dispositif de cimentation 1 tel que décrit précédemment, une fois la cimentation de l'espace annulaire 31 effectuée. L'ouverture de cimentation 111 et l'ouverture d'expansion 112 sont ici fermées de façon étanche par le manchon obturateur 113, les chemises 122, 124 étant expansées et appliquées de façon étanche contre la paroi du puits. Le ciment situé dans l'espace annulaire 31 repose sur le dispositif d'isolation 12. Même si, comme illustré sur la Figure 5A, le poids du ciment situé au-dessus des chemises 122, 124 exerce une pression dirigée de bas en haut sur ces dernières, les chemises 122, 124 ne s'effondrent pas du fait que le fluide d'expansion est emprisonné dans le volume E, et restent plaquées de manière étanche contre la paroi du puits A.

Dans le cas de remontées de gaz du bas du puits vers les chemises 122, 124, la pression s'engouffre entre les deux chemises 122, 124 par les orifices 200 que présente la première chemise extérieure 122. la première chemise externe 122 restant plaquée de manière étanche contre la paroi du puits A.

Dans le cas illustré sur la Figure 5B, le manchon obturateur 113 recouvre à la fois l’ouverture de cimentation 111 et l'ouverture d'expansion 112 (il est dans la première position). Le port de cimentation 111 et le port d'expansion 112 étant en communication de fluide, il y a communication de fluide entre l'espace annulaire 31 et le volume E intérieur des chemises 122, 124 qui restent plaquées de manière étanche contre la paroi du puits A.

La solution de l'invention est, par conséquent, efficace et robuste. Elle garantit la pérennité de l'isolation entre la partie du puits située en aval du dispositif d'isolation et la partie amont qui est cimentée, et assure le soutien de cette partie cimentée.

Les figures 3A à 3E illustrent un deuxième mode de réalisation du dispositif de cimentation 1 de l'invention.

Contrairement au mode de réalisation précédent, lors de la mise en place de la conduite 2 dans le puits A, le manchon obturateur 113 ne recouvre pas l'ouverture d'expansion 112, mais uniquement l'ouverture de cimentation 111 (figure 3A). L'ouverture d'expansion 112 peut-être protégée par un système de disques de rupture pour éviter la migration de fluide à l'intérieur du dispositif d'isolation 12. Aucun déplacement du manchon obturateur 113 n'est donc nécessaire pour amorcer l'expansion des chemises 122, 124 (figure 3B). Une fois l'expansion effectuée, le manchon obturateur 113 est déplacé vers le fond du puits A (la goupille/pion de cisaillement 114 s'est rompue) de façon à ouvrir également l'ouverture de cimentation 112. Une fois la cimentation effectuée (figure 3C), le manchon obturateur 113 se déplace vers la tête du puits A de façon à fermer l'ouverture de cimentation 112 et l'ouverture d'expansion 111 (figures 3D et 3E).

Les figures 4A à 4E illustrent un troisième mode de réalisation du dispositif de cimentation 1 de l'invention. Le manchon obturateur 113 est ici en deux parties 113A, 113B mobiles axialement.

Lors de la mise en place de la conduite 2 dans le puits A (figure 4A), le manchon obturateur supérieur 113A recouvre l'ouverture d'expansion 112, le manchon obturateur inférieur 113B recouvrant l'ouverture de cimentation 111. Les deux manchons obturateurs 113A, 113B sont, durant cette mise place, distants l'un de l'autre. Le fluide d'expansion déplace ensuite le manchon obturateur supérieur 113A vers le fond du puits A (la goupille/pion de cisaillement 114 s'est rompue), ce dernier venant se plaquer contre le manchon obturateur inférieur 113B de façon à ouvrir l'ouverture d'expansion 112 (figure 4B), le manchon obturateur inférieur 113B recouvrant toujours l'ouverture de cimentation 111. Les deux manchons obturateurs 113A, 113B se déplacent ensuite vers le fond du puits A, en restant en contact (la goupille/pion de cisaillement 114 du manchon obturateur inférieur 113B s'est rompue), de telle sorte qu'ils découvrent l'ouverture de cimentation 111. Une fois la cimentation effectuée (figure 4C), les deux manchons obturateurs 113A, 113B se déplacent ensuite vers la tête du puits A de telle sorte qu'ils recouvrent et ferment respectivement l'ouverture de cimentation 112 et l'ouverture d'expansion 111 (figures 4D et 4E).

En résumé, les ouvertures d'expansion 111 et de cimentation 112 sont ouvertes/fermées selon la séquence suivante : - lors de la descente de la conduite 2 dans le puits A, l'ouverture d'expansion 111 est ouverte ou fermée, et l'ouverture de cimentation 112 est fermée ; - lors de l'expansion des chemises 112, 114 du dispositif d'isolation 12, l'ouverture d'expansion 111 est ouverte et l'ouverture de cimentation 112 est fermée ; - lors de la cimentation de l'annulaire 31, l'ouverture de cimentation 112 est ouverte et l'ouverture d'expansion 111 est ouverte ou fermée ; - une fois la cimentation effectuée, les ouvertures de cimentation 112 et d'expansion 111 sont fermées.

Autres aspects et variantes

Dans une variante, la paroi de la première chemise externe 122 est dépourvue d'orifices 125.

En revanche, l'orifice (ou les orifices) 125 est situé entre deux des extrémités en regard des chemises 122,124 et débouche dans la partie E2 dudit espace E entre les deux chemises 122,124.

La technique de l'invention peut être mise en œuvre dans la partie horizontale d'un puits de forage A.

Le ou les manchons d'obturation 113 de la soupape différentielle 11 peuvent être déplacés : - soit hydrauliquement, par injection de pression dans la conduite ; - soit par le biais d'un moyen d'actionnement (connu sous le terme anglais de "dart" ou de "plug") qui est convoyé par un flot de fluide dans la conduite ; - soit par descente d’un outil pourvu de moyens d'actionnements.

Comme illustré de façon schématique sur la figure 5A, il peut être prévu des moyens de mesure (ou capteurs) de la position du ou des manchons d'obturation 113 de la soupape différentielle 11.

Il peut être prévu, par ailleurs, des moyens de mesure de la pression 311, 321 régnant dans les espaces annulaires 31 et 32 situés respectivement en amont et en aval du dispositif d'isolation 12 de façon à vérifier (et valider, ou non) la qualité de la barrière étanche formée par les chemises expansées 122,124.

Ces moyens de mesure peuvent communiquer, et notamment transmettre les données mesurées, avec un outil de type « wireline » descendu avec un câble à l'intérieur de la conduite 2.

Par ailleurs, le ou les manchons d'obturation peuvent prendre d'autres formes que celles illustrées dans les modes de réalisation décrits précédemment.

Dans un mode de réalisation particulier, les moyens d'obturation comprennent : - deux manchons d'obturation fixés temporairement à la paroi intérieure de la conduite par au moins un élément de retenue cassable, un premier des deux manchons situé du côté du fond du puits obturant l'ouverture de cimentation, le deuxième manchon étant situé du côté de la tête du puits, et - un disque de rupture obturant l'ouverture d'expansion de façon à éviter la migration de fluide à l'intérieur du dispositif d’isolation.

Une pression suffisante est injectée dans la conduite pour rompre le disque et dégager l'ouverture d'expansion, l'ouverture de cimentation restant obturée. Une fois cette opération effectuée, la pression est augmentée pour expanser les chemises. L'ouverture de cimentation est alors ouverte par injection de pression qui déplace le premier manchon d'obturation vers le fond du puits. Une fois la cimentation effectuée, la conduite est obturée par un bouchon disposé en amont du dispositif de cimentation et venant prendre appui sur le deuxième manchon d'obturation.

Une pression suffisante est injectée dans la conduite pour déplacer à l'aide du bouchon le deuxième manchon d'obturation vers le fond du puits, de façon à ce que ce dernier ferme l'ouverture d'expansion et l'ouverture de cimentation.

Le bouchon peut ensuite être percé.

Il est à noter que le dispositif de l'invention peut être mis en oeuvre pour cimenter un tubage à l'intérieur d'un cuvelage d'un puits de forage.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de cimentation (1) d'une conduite (2) dans un puits (A) de forage, caractérisé en ce qu'il comprend : du côté de la tête de puits (A), des moyens d'obturation (11) disposés à l'intérieur de la conduite (2) et qui commandent l'ouverture et la fermeture d'au moins une ouverture de cimentation (111), ladite au moins une ouverture de cimentation (111) faisànt communiquer l'intérieur de la conduite (2) avec l'espace annulaire (3) situé entre la face externe de la conduite (2) et la paroi intérieure du puits (A), du côté du fond du puits (A), un dispositif d'isolation (12) monté le long de la face externe de la conduite (2) qui comprend : une chemise expansible, dite première chemise externe (122), dont les extrémités opposées sont solidaires de ladite face externe de la conduite (2), cette conduite (2), la première chemise externe (122) et ses extrémités délimitant ensemble un volume annulaire (E), les moyens d'obturation (11) commandant en outre l'ouverture et la fermeture d'au moins une ouverture d'expansion (112) qui fait communiquer l'intérieur de la conduite (2) et ledit volume annulaire (E), cette première chemise externe (122) étant susceptible de s'expanser et de venir, sur une partie intermédiaire de sa longueur, s'appliquer de manière étanche contre la paroi du puits (A), une seconde chemise expansible, dite seconde chemise interne (124), qui s'étend entre ladite conduite (2) et ladite première chemise externe (122), ses extrémités étant également solidaires de la face externe de ladite conduite (2), au moins un passage de communication (125) entre l'extérieur de la première chemise externe (122) et ledit volume annulaire (E), ledit au moins un passage de communication (125) étant situé du côté du dispositif d'isolation (12) orienté vers le fond du puits (A).
2. 2. Dispositif de cimentation (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit au moins passage de communication (125) consiste en un orifice que présente la paroi de ladite première chemise externe (122) et qui débouche dans la partie (E2) dudit volume annulaire (E) qui s'étend entre les deux chemises (122,124).
3. 3. Dispositif de cimentation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) sont mobiles axialement à l'intérieur de la conduite (2) et peuvent prentlre une première position dans laquelle ils ferment à la fois ladite au moins une ouverture de cimentation (111) et ladite au moins une ouverture d'expansion (112), une deuxième position dans laquelle ils ferment ladite au moins une ouverture de cimentation (111) et ouvrent ladite au moins une ouverture d'expansion (112), et une troisième position dans laquelle ils ouvrent à la fois ladite au moins une ouverture de cimentation (111) et ladite au moins une ouverture d'expansion (112).
4. 4. Dispositif de cimentation (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il existe une communication de fluide entre la partie (El) dudit volume annulaire (E), qui s'étend entre la conduite (2) et la seconde chemise interne (124), et l'espace annulaire (31) situé au-dessus du dispositif d'isolation (12), entre la face externe de la conduite (2) et la paroi intérieure du puits (A), lorsque les moyens d'obturation (11) mobiles sont dans ladite première position dans laquelle ils ferment à la fois ladite au moins une ouverture de cimentation (111) et ladite au moins une ouverture d'expansion (112).
5. 5. Dispositif de cimentation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) comprennent au moins un disque de rupture fermant ladite au moins une ouverture d'expansion (112).
6. 6. Dispositif de cimentation (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) sont fixés temporairement à la paroi intérieure de la conduite (2) dans la première position par au moins un élément de retenue (114) cassable.
7. 7. Dispositif de cimentation (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) comprennent deux manchons obturateurs (113A, 113B) mobiles axialement à l'intérieur de la conduite (2).
8. 8. Dispositif de cimentation (1) selon la revendication 7 prise en dépendance de la revendication 3, caractérisé en ce qu'un desdits deux manchons obturateurs (113A, 113B) est fixé temporairement à la paroi intérieure de la conduite dans la deuxième position par au moins un élément de retenue (114) cassable.
9. 9. Dispositif de cimentation (1) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'obturation (11) sont destinés à être déplacés par au moins un des moyens suivants : - par injection de pression dans la conduite (2) ; - par le biais d'un moyen d'actionnement qui est convoyé par un flot de fluide dans la conduite (2) ; - par descente dans la conduite (2) d'un outil de commande.
10. 10. Dispositif de cimentation (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de mesure (118) de la position des moyens d'obturation (11) à l'intérieur de la conduite (2).
11. 11. Dispositif de cimentation (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de mesure (311, 321) de la pression régnant dans les espaces annulaires (31, 32) situés respectivement en amont et en aval du dispositif d'isolation (12).
12. 12. Dispositif de cimentation (1) selon les revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les premiers et/ou seconds moyens de mesure sont configurés pour pouvoir communiquer avec un outil de mesure descendu avec un câble à l'intérieur de la conduite (2).
13. 13. Procédé de cimentation d'une conduite dans un puits (A) de forage, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de placement (SI) dans ledit puits d'une conduite (2) équipée du dispositif de cimentation (1) selon l'une des revendications 1 à 12, une étape d'ouverture (S2) de ladite au moins une ouverture d'expansion (112), ladite au moins une ouverture de cimentation (111) étant fermée, une étape d'injection (S3) d'un fluide dans la conduite (2) vers ladite au moins une ouverture d'expansion (112) de façon à permettre l'expansion des première et deuxième chemises (122, 124) du dispositif d'isolation (12) et à appliquer de manière étanche la première chemise externe (122) contre la paroi du puits (A), suite à l'étape d'injection (S3), une étape d'ouverture (S4) de ladite au moins une ouverture de cimentation (111), une étape d'injection (S5) de ciment dans la conduite (2) vers l'espace annulaire (31) via ladite au moins une ouverture de cimentation (111), une étape de fermeture (S6) de ladite au moins une ouverture de cimentation (111) et de ladite au moihs une ouverture d'expansion (112).