FR3061925A1 - Trepan de forage pour forage par electroconcassage de fond de puits - Google Patents

Abstract

Un trépan de forage (114) pour forage par électroconcassage est divulgué. Un trépan de forage (114) par électroconcassage peut comprendre un corps de trépan ; une électrode couplée à une source d'alimentation et au corps de trépan, l'électrode ayant une partie distale destinée à coopérer avec une surface d'un puits de forage (116) ; une bague de masse couplée au corps de trépan à proximité de l'électrode et comportant une partie distale destinée à coopérer avec la surface du puits, l'électrode et la bague de masse positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un champ électrique produit par une tension appliquée entre la bague de masse et l'électrode est renforcé au niveau d'une partie de l'électrode à proximité de la partie distale de l'électrode et au niveau d'une partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse ; et un isolant couplé au corps de trépan entre l'électrode et la bague de masse.

Description

Titulaire(s) : HALLIBURTON ENERGY SERVICES, INC.,CHEVRON U.S.A. INC., SDG LLC.

O Demande(s) d’extension :

Mandataire(s) :

GEVERS & ORES Société anonyme.

® TREPAN DE FORAGE POUR FORAGE PAR ELECTROCONCASSAGE DE FOND DE PUITS.

FR 3 061 925 - A1 (57) un trépan de forage (114) pour forage par électroconcassage est divulgué. Un trépan de forage (114) par électroconcassage peut comprendre un corps de trépan; une électrode couplée à une source d'alimentation et au corps de trépan, l'électrode ayant une partie distale destinée à coopérer avec une surface d'un puits de forage (116); une bague de masse couplée au corps de trépan à proximité de l'électrode et comportant une partie distale destinée à coopérer avec la surface du puits, l'électrode et la bague de masse positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un champ électrique produit par une tension appliquée entre la bague de masse et l'électrode est renforcé au niveau d'une partie de l'électrode à proximité de la partie distale de l'électrode et au niveau d'une partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse; et un isolant couplé au corps de trépan entre l'électrode et la bague de masse.

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TRÉPAN DE FORAGE POUR FORAGE PAR ÉLECTROCONCASSAGE DE FOND DE PUITS

DOMAINE TECHNIQUE

La présente divulgation concerne généralement le forage par électroconcassage de fond de puits et, plus particulièrement, les trépans de forage utilisés dans le forage par électroconcassage de fond de puits.

CONTEXTE

Le forage par électroconcassage utilise la technologie par énergie pulsée pour creuser un trou de forage dans une formation rocheuse. La technologie par énergie pulsée applique de façon répétée un potentiel électrique élevé à travers les électrodes d'un trépan de forage par électroconcassage, ce qui entraîne en fin de compte la fracture de la roche environnante. La roche fracturée est évacuée du trépan par du fluide de forage et le trépan avance au fond du puits.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Pour une compréhension plus complète de la présente divulgation et de ses caractéristiques et avantages, on se réfère maintenant à la description suivante prise en association avec les figures ci-jointes, dans lesquelles :

La figure 1 est une vue en élévation d'un exemple de système de forage par électroconcassage de fond de puits utilisé dans un environnement de fond de puits ;

La figure 2 est une vue en perspective d'exemples de composants d'un module de fond de puits pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits ;

La figure 3A est une vue en perspective d'un exemple d'électrode pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits ;

La figure 3B est une vue en coupe transversale de l'électrode illustrée dans la figure 3A ;

La figure 4A est une vue en perspective d'un exemple d’électrode pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits ;

La figure 4B est une vue en coupe transversale de l'électrode illustrée dans la figure 4A ;

La figure 5A est une vue en perspective d'un exemple d'électrode pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits ;

La figure 5B est une vue en coupe transversale de l'électrode illustrée dans la figure 5 A ;

La figure 5C est une vue en coupe transversale d'une conception alternative de l'électrode illustrée dans la figure 5A ;

La figure 6A est une vue en perspective d'un exemple de bague de masse pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits ;

La figure 6B est une vue en coupe transversale d'une bague de masse illustrée dans la figure 6A ;

La figure 7 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes et une bague de masse ;

La figure 8 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes placées en multiples lignes avec une bague de masse externe et une bague de masse intermédiaire ;

La figure 9 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes, une bague de masse externe et une bague de masse intermédiaire traversant la bague de masse externe pour diviser le trépan en trois régions ;

La figure 10 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes, une bague de masse externe et une bague de masse intermédiaire traversant la bague de masse externe pour diviser le trépan de forage par électroconcassage en neuf régions ;

La figure 11 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes se trouvant à l'intérieur d'ouvertures dans une structure de bague de masse ;

La figure 12 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes placées en lignes, une électrode centrale et une bague de masse ; et

La figure 13 est un organigramme d'un exemple de procédé pour creuser un puits de forage.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Le forage par électroconcassage peut être utilisé pour former des puits de forage dans des formations rocheuses souterraines pour récupérer des hydrocarbures, tels que le pétrole et le gaz, à partir de ces formations. Le forage par électroconcassage utilise la technologie d'énergie pulsée pour fractionner de façon répétée la formation rocheuse en administrant, de façon répétée, des impulsions électriques à haute énergie à la formation rocheuse. Un trépan de forage utilisé pour le forage par électroconcassage comprend une électrode et une bague de masse couplées à une source d'alimentation. L'électrode et la bague de masse ont des contours conçus pour améliorer, concentrer ou autrement gérer le champ électrique entourant le trépan de forage. L'électrode et la bague de masse ont des orifices et des ouvertures d'écoulement de fluide pour faciliter l'écoulement du fluide de forage par électroconcassage dans et hors du champ de forage. Au cours d'une opération de forage, le champ électrique entourant le trépan de forage est tel qu'un arc se forme et recouvre l'électrode et la bague de masse et pénètre dans la formation rocheuse. Le fluide de forage par électroconcassage isole les composants du trépan de forage et enlève les déblais rocheux du champ de forage. Ainsi, un trépan de forage par électroconcassage conçu selon la présente divulgation peut fournir un forage et un enlèvement des déblais plus efficaces au cours de l'opération de forage.

Il existe plusieurs façons permettant d'implémenter les trépans de forage par électroconcassage dans un système par électroconcassage à énergie pulsée de fond de puits. Ainsi, les modes de réalisation de la présente divulgation et ses avantages sont mieux compris en se référant aux figures 1 et 7, dans lesquelles les chiffres semblables sont utilisés pour identifier des parties correspondantes.

La figure 1 est une vue en élévation d'un exemple de système de forage par électroconcassage utilisé pour creuser un puits de forage dans une formation souterraine. Bien que la figure 1 illustre un équipement terrestre, les outils de fond de puits comprenant les enseignements de la présente divulgation peuvent être utilisés de manière satisfaisante avec des équipements situés sur des plateformes offshore, des navires de forage, des semi-submersibles et des barges de forage (non expressément illustrés). En outre, alors que le puits de forage 116 est illustré comme étant un puits de forage généralement vertical, le puits de forage 116 peut être d'une quelconque orientation comprenant une orientation généralement horizontale, multilatérale ou directionnelle.

Le système de forage 100 comprend une plateforme de forage 102 qui soutient un derrick 104 ayant une moufle mobile 106 permettant de remonter et d'abaisser une colonne de forage 108. Le système de forage 100 comprend également une pompe 124 qui fait circuler un fluide de forage par électroconcassage 122 à travers un tuyau d'alimentation vers la colonne de forage 110, qui à son tour transporte le fluide de forage par électroconcassage 122 au fond du puits à travers des canaux internes de la colonne de forage 108 et à travers un ou plusieurs orifices dans le trépan de forage par électroconcassage 114. Le fluide de forage par électroconcassage 122 revient ensuite vers la surface à travers l'anneau 126 formé entre la colonne de forage 108 et les parois latérales du puits de forage 116. Les parties fracturées de la formation sont transportées vers la surface par le fluide de forage par électroconcassage 122 pour enlever ces parties fracturées du puits de forage 116.

Le trépan de forage par électroconcassage 114 est fixé à l'extrémité distale de la colonne de forage 108. Dans certains modes de réalisation, le courant vers le trépan de forage par électroconcassage 114 peut être fourni à partir de la surface. Par exemple, un générateur 140 peut générer un courant électrique et fournir ce courant à l'unité de conditionnement de courant 142. L'unité de conditionnement de courant 142 peut ensuite transmettre l'énergie électrique au fond du puits à travers un câble de surface 143 et un câble souterrain (non expressément illustré dans la figure 1) contenu dans la colonne de forage 108 ou fixé sur le côté de la colonne de forage 108. Un circuit de génération d'impulsion à l'intérieur du module de fond de puits (BHA) 128 peut recevoir l'énergie électrique provenant de l'unité de conditionnement de courant 142, et peut générer des impulsions à énergie élevée pour entraîner le trépan de forage par électroconcassage 114.

Le circuit de génération d'impulsion à l'intérieur du BHA 128 peut être utilisé pour appliquer de façon répétée un potentiel électrique élevé, par ex., jusqu'à ou dépassant 150 kV, à travers les électrodes du trépan de forage par électroconcassage 114. Chaque application de potentiel électrique peut être appelée une impulsion. Lorsque le potentiel électrique à travers les électrodes du trépan de forage par électroconcassage 114 est suffisamment augmenté au cours d'une impulsion pour générer un champ électrique suffisamment élevé, un arc électrique se forme à travers une formation rocheuse au fond du puits de forage 116. L'arc forme temporairement un couplage électrique entre les électrodes du trépan de forage par électroconcassage 114, permettant à un courant électrique de passer à travers l'ARC à l'intérieur d'une partie de la formation rocheuse au fond du puits de forage 116. L'ARC augmente grandement la température et la pression de la partie de la formation rocheuse à travers laquelle l'ARC s'écoule et la formation et les matériaux environnants. La température et la pression sont suffisamment élevées pour casser la roche ellemême en petits morceaux ou en déblais. Cette roche fracturée est enlevée, généralement par le fluide de forage par électroconcassage 122, qui éloigne la roche fracturée des électrodes et vers le haut.

Comme le trépan de forage par électroconcassage 114 fracture de façon répétée la formation rocheuse et que le fluide de forage par électroconcassage 122 déplace la roche fracturée vers la surface, le puits de forage 116, qui pénètre diverses formations rocheuses souterraines 118, est créé. Le puits de forage 116 peut être un quelconque trou creusé dans une formation souterraine ou une série de formations souterraines à des fins d'exploration ou d'extraction de ressources naturelles telles que, par exemple, des hydrocarbures, ou à des fins d'injection de fluides tels que l'eau, les eaux usées, la saumure ou l'eau mélangée à d'autres fluides. De plus, le puits de forage 116 peut être un quelconque trou creusé dans une formation souterraine ou une série de formations souterraines à des fins de production d'énergie géothermique.

Bien que le système de forage 100 soit décrit ici comme utilisant un trépan de forage par électroconcassage 114, le système de forage 100 peut également utiliser un trépan de forage électrohydraulique. Un trépan de forage électrohydraulique peut avoir une ou plusieurs électrodes et une bague de masse semblable au trépan de forage par électroconcassage 114. Mais, plutôt que de générer un arc dans la roche, un trépan de forage électrohydraulique applique un potentiel électrique élevé à travers la ou les électrodes et la bague de masse pour former un arc à travers le fluide de forage à proximité du fond du puits de forage 116. La température élevée de l'arc vaporise la partie du fluide entourant immédiatement l'arc, ce qui génère à son tour une onde de choc à haute énergie dans le fluide restant. L'une ou les électrodes du trépan de forage électrohydraulique peuvent être orientées de telle sorte que l'onde de choc générée par l'arc soit transmise vers le bas du puits de forage 116. Lorsque l'onde de choc frappe et rebondit sur la roche au bas du puits de forage 116, la roche se fracture. En conséquence, le système de forage 100 peut utiliser une technologie de puissance pulsée avec un trépan de forage électrohydraulique pour forer le puits de forage 116 dans une formation souterraine 118 d'une manière similaire à celle avec le trépan de forage par électroconcassage 114.

La figure 2 est une vue en perspective d'exemples de composants du module de fond de puits pour un système de forage par électroconcassage 100 de fond de puits. Le module fond de trou (BHA) 128 peut comprendre un outil électrique à impulsions 230. Le BHA 128 peut également comprendre un trépan de forage par électroconcassage 114. Dans le cadre de la présente divulgation, le trépan de forage par électroconcassage 114 peut être intégré au BHA 128, ou peut être un composant distinct qui est couplé au BHA 128.

L'outil électrique à impulsions 230 peut être couplé pour fournir une énergie électrique pulsée au trépan de forage par électroconcassage 114. L'outil électrique à impulsions 230 reçoit un courant électrique à partir d'une source d'alimentation via un câble 220. Par exemple, l'outil électrique à impulsions 230 peut recevoir un courant électrique via le câble 220 d'une source d'alimentation en surface comme il est décrit ci-dessus en référence à la figure 1, ou à partir d'une source d'alimentation située au fond du puits comme un générateur alimenté par une turbine à boue. L'outil électrique à impulsions 230 peut également recevoir un courant électrique par l'intermédiaire d'une combinaison d'une source d'alimentation sur la surface et d'une source d'alimentation située en fond du puits. L'outil électrique à impulsions 230 transforme le courant électrique provenant de la source d'alimentation en impulsions électriques à énergie élevée qui sont appliquées à travers l'électrode 208 et la bague de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 114.

En référence à la figure 1 et à la figure 2, le fluide de forage par électroconcassage 122 peut sortir de la colonne de forage 108 via l'ouverture 209 entourant l'électrode 208. L'écoulement du fluide de forage par électroconcassage 122 à partir de l'ouverture 209 permet à l'électrode 208 d'être isolée par le fluide de forage par électroconcassage. Tandis qu'une électrode 208 est représentée sur la figure 2, le trépan de forage par électroconcassage 114 peut comprendre de multiples électrodes 208. Le trépan de forage par électroconcassage 114 peut comprendre un isolant solide 210 entourant l'électrode 208 et un ou plusieurs orifices (non illustrés explicitement sur les figures 1 ou 2) sur la face du trépan par électroconcassage 114 à travers lequel le fluide de forage par électroconcassage 122 sort de la colonne de forage 108. De tels orifices peuvent être de simples trous, ou peuvent être des buses ou d'autres caractéristiques formées. Étant donné que les fines ne sont généralement pas générées pendant le forage par électroconcassage, contrairement au forage mécanique, le fluide de forage par électroconcassage 122 pourrait ne pas sortir du trépan de forage à une pression aussi élevée que le fluide de forage dans le forage mécanique. Par conséquent, les buses et autres caractéristiques utilisées pour augmenter la pression du fluide de forage ne seraient pas nécessaires. Cependant, des buses ou d'autres caractéristiques permettant d'augmenter la pression du fluide de forage par électroconcassage 122 ou pour orienter le fluide de forage par électroconcassage peuvent être incluses pour certaines utilisations. De plus, la forme de l'isolant solide 210 peut être choisie pour améliorer l'écoulement de fluide de forage par électroconcassage 122 autour des composants du trépan de forage par électroconcassage 114.

Le fluide de forage par électroconcassage 122 est généralement mis en circulation à travers le système de forage 100 à un débit suffisant pour enlever la roche fracturée du voisinage du trépan de forage par électroconcassage 114. De plus, le fluide de forage par électroconcassage 122 peut être sous une pression suffisante au niveau d'un emplacement dans le puits de forage 116, en particulier un emplacement à proximité d'un gisement d'hydrocarbure, de gaz, d'eau ou un autre gisement, pour empêcher une éruption.

Le trépan de forage par électroconcassage 114 peut comprendre le corps de trépan 255, l'électrode 208, la bague de masse 250 et l'isolant solide 210. L'électrode 208 peut être placée approximativement au centre du trépan de forage par électroconcassage 114. La distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 peut être d'au moins environ 0,4 pouce (environ 1 cm) et d'au plus environ 4 pouces (environ 10 cm). La distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 peut être basée sur les paramètres de l'opération de forage par électroconcassage. Par exemple, si la distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 est trop faible, le fluide de forage par électroconcassage 122 peut se dégrader et l'arc entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 pourrait ne pas traverser la roche. Cependant, si la distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 est trop grande, le trépan de forage par électroconcassage 114 pourrait ne pas avoir une tension adéquate pour former un arc à travers la roche. Par exemple, la distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 peut être d'au moins 0,4 pouce (environ 1 cm), d'au moins 1 pouce (environ 2,5 cm), d'au moins 1,5 pouce (environ 3,8 cm) ou d'au moins 2 pouces (environ 5 cm). La distance entre l’électrode 208 et la bague de masse 250 peut être basée sur le diamètre du trépan de forage par électroconcassage 114. La distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 peut être généralement symétrique ou peut être asymétrique de sorte que le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage a une forme symétrique ou asymétrique. La distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 permet au fluide de forage par électroconcassage 122 de s'écouler entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 pour éliminer les bulles de vaporisation de la zone de forage. Si le système de forage 100 rencontre des bulles de vaporisation dans le fluide de forage par électroconcassage 122 près du trépan de forage par électroconcassage 114, les bulles de vaporisation peuvent avoir des effets délétères. Par exemple, des bulles de vaporisation près de l'électrode 208 peuvent entraver la formation de l'arc dans la roche. Le fluide de forage par électroconcassage 122 peut être mis en circulation à un débit également suffisant pour éliminer les bulles de vaporisation du voisinage du trépan de forage par électroconcassage 114.

L'électrode 208 comporte trois sections : la face 216, le corps 217 et la tige 218. La face 216 est une partie distale de l'électrode 208 en contact avec la roche lors d'une opération de forage par électroconcassage. Par exemple, la face 216 peut entrer en contact avec une partie du puits de forage, tel que le puits de forage 116 illustré dans la figure 1. Le corps 217 couple la face 216 à la tige 218. La tige 218 couple l'électrode 208 au trépan de forage par électroconcassage 114. L'électrode 208 peut avoir un quelconque diamètre approprié en fonction de l'opération de forage. Par exemple, l'électrode 208 peut avoir un diamètre compris entre environ deux et environ dix pouces (entre environ 5 et 25 cm). Dans certains modes de réalisation, l'électrode 208 peut avoir un diamètre inférieur à deux pouces (environ 2,5 cm). Le diamètre de l'électrode peut être basé sur le diamètre du trépan de forage par électroconcassage 114 et sur la distance entre l'électrode 208 et la bague de masse 250, comme il est décrit ci-dessus.

La géométrie de l'électrode 208 affecte le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage 114 pendant le forage par électroconcassage. Par exemple, la géométrie de l'électrode 208 peut être conçue pour aboutir à un champ électrique amélioré entourant l'électrode 208 de sorte que les arcs s'amorcent au niveau de l'électrode 208 et se terminent sur la bague de masse 250, ou vice versa, de sorte que l'arc s'amorce au niveau de la bague de masse 250 et se termine sur l'électrode 208. Le champ électrique entourant l'électrode 208 peut être conçu de telle sorte que la plupart des arcs s'amorçant entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 le font par un trajet ou une multitude de trajets conduisant à un enlèvement de roche plus efficace, par ex., un trajet ou des trajets à travers la roche. De la même façon, le champ électrique entourant l'électrode 208 peut être conçu de manière à minimiser les arcs s'amorçant entre l'électrode 208 et la bague de masse 250 qui le font par un trajet ou une multitude de trajets qui entraînent un enlèvement de roche moins efficace, par ex., un ou des trajets de raccourci à travers le fluide de forage sans pénétrer dans la roche. Par exemple, la face 216 de l'électrode 208 peut être en contact avec une surface du puits de forage et une partie distale de la bague de masse 250 peut également être en contact avec la surface du puits de forage. Le champ électrique peut être conçu de telle sorte que le champ électrique soit amélioré au niveau d'une partie de l'électrode 208 à proximité de la face 216 et sur une partie de la bague de masse 250 à proximité de la partie distale de la bague de masse 250. Un champ électrique amélioré dans une région entourant le trépan par électroconcassage 114 peut entraîner un flux électrique accru dans cette région. Par exemple, le champ électrique E_s à proximité d'une structure conductrice de forme spécifique sera plus grande que le champ électrique macroscopique moyen créé par la tension appliquée sur l'espacement moyen E_appn_qué par le facteur d'amplification de champ, γ, défini par l'équation ci-dessous :

E_s

Y = F----‘-'appliqué

La géométrie de l'électrode 208 comprend le profil de la face 216, la forme du corps 217 et les contours des transitions entre la face 216, le corps 217 et la tige 218. Par exemple, la face 216 peut avoir un profil plat, un profil concave ou un profil convexe. Le profil peut être basé sur la conception du champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage. Le corps 217 peut avoir une forme généralement conique, cylindrique, rectangulaire, polyédrique, en forme de larme, de tige ou toute autre forme appropriée. Les transitions entre la face 216 et le corps 217 peuvent être profilées pour donner des conditions de champ électrique qui sont soit favorables soit défavorables pour l'amorçage ou la terminaison d'arc. Par exemple, la transition entre la face 216 et le corps 217 peut avoir un rayon de courbure prononcé, tel que les conditions de champ électrique soient favorables pour qu'un arc s'amorce et/ou se termine au niveau de la transition entre la face 216 et le corps 217. Par contre, la transition entre le corps 217 et la tige 218 peut avoir un rayon de courbure moins prononcé de telle sorte que les conditions ne soient pas favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc au niveau la transition entre le corps 217 et la tige 218. Un rayon de courbure d'une transition est le rayon d'un cercle dont l'arc de la transition est une partie. À titre d'exemple, un rayon de courbure prononcé peut être un rayon supérieur à 0,01 pouce (environ 250 pm), et quelquefois dans la plage d'environ 0,05 à environ 0,15 pouce (d’environ 1 à 3,8 mm), tel qu'environ 0,094 pouce (environ 2,4 mm), et un rayon de courbure moins prononcé peut être un rayon dans la plage d'environ 0,15 à environ 1,0 pouce (d’environ 3,8 mm à 2,5 cm), telle qu'environ 0,25 pouce (environ 6 mm), environ 0,5 pouce (environ 1,3 cm), environ 0,75 pouce (environ 1,9 cm), ou environ 1,0 pouce (environ 2,5 cm). Le rapport entre le rayon de courbure moins prononcé et le rayon de courbure prononcé peut être d'environ 2 : 1 ou plus, et peut aller jusqu'à 5 : 1, 10 : 1 ou sensiblement supérieur à 10 : 1. Le rayon moins prononcé peut être déterminé en se basant sur la géométrie des structures environnantes sur le trépan de forage par électroconcassage 114 et sur la forme du champ électrique pour une opération de forage par électroconcassage donnée. Par exemple, les champs électriques sur l'électrode 208 peuvent être fonction de la géométrie de la bague de masse 250 et de la géométrie et du matériau de l'isolant 210. Par exemple, le rayon du bord de l'électrode 208 et la forme de l'électrode 208 peuvent affecter l'interaction du trépan de forage par électroconcassage 114 avec la roche. De plus, la structure de la bague de masse 250 peut être ajustée pour changer la distribution du champ électrique sur l'électrode 208. En outre, le matériau utilisé pour former l'isolant 210 et la configuration de l'isolant 210 peuvent être ajustés pour changer le champ électrique sur l'électrode 208. Dans certains exemples, la constante diélectrique du fluide de forage par électroconcassage et la géométrie des fragments de roche et du puits de forage au cours du processus de forage peuvent affecter la distribution instantanée du champ électrique sur l'électrode 208. Les transitions sont illustrées plus en détail dans les figures 3A-5B. L'électrode 208 peut être l'une quelconque des électrodes illustrées dans les figures 3A-5B.

La géométrie du trépan de forage par électroconcassage 114, et spécifiquement certaines dimensions entre l'électrode 208 et la bague de masse 250, peut être conçue pour maximiser l'apparition de trajets d'arc entre l'électrode et la bague de masse qui traversent la roche, ίο et/ou pour minimiser les trajets de raccourci parcourus par les arcs entre l'électrode et la bague de masse. Le corps 217, ou le corps 217 en association avec la tige 218, peut être formé pour donner une première distance minimale entre l'électrode 208 et la bague de masse 250, une partie substantielle de la surface conductrice de l'électrode étant dans la direction axiale, perpendiculaire à la face 216, étant à une plus grande distance de la bague de masse 250. La première distance minimale peut être une distance inférieure à la distance moyenne entre l'électrode 208 et la bague de masse 250. La première distance minimale peut entraîner une amélioration ou une concentration relative du champ électrique au niveau du périmètre de la face 216 par rapport au reste de l'étendue axiale de l'électrode 208, par ex., telle que la première distance minimale soit au moins inférieure d’environ 15% à la distance moyenne entre l'électrode 208 et la bague de masse 250, au moins inférieure d’environ 25% à la distance moyenne entre l'électrode 208 et la bague de masse 250, ou au moins inférieure d’environ 50% à la distance moyenne entre l'électrode 208 et la bague de masse 250. Une bague de masse de forme conique telle qu'illustrée dans la figure 2 peut atteindre ce critère, de même qu'une demi-sphère ou certaines autres géométries. Par exemple, dans la figure 2, la première distance minimale peut être la distance entre le périmètre de la face 216 et la bague de masse 250 tandis que la distance moyenne entre l'électrode 308 et la bague de masse 250 est calculée incluant la distance entre le corps 217 et la bague de masse 250 et la tige 218 et la bague de masse 250. La première distance minimale peut être telle que le champ électrique est amélioré ou concentré au niveau d'une partie de l'électrode 208 à proximité de la face 216 et sur une partie de la bague de masse 250 à proximité de la partie distale de la bague de masse 250.

La bague de masse 250 peut fonctionner comme une électrode et fournir un emplacement sur le trépan de forage par électroconcassage où un arc peut se s'amorcer et/ou se terminer. La bague de masse 250 fournit également un ou plusieurs orifices d'écoulement de fluide 260 de sorte que les fluides de forage par électroconcassage s'écoulent à travers les orifices d'écoulement de fluide 260 éloignant des roches fracturées et des bulles de vaporisation de la zone de forage. En outre, la bague de masse 250 fournit un support structurel pour le trépan de forage par électroconcassage 114 pour supporter la force d'appui provoquée par le poids des composants de forage par électroconcassage en haut du puits par rapport au trépan de forage par électroconcassage 114, tel que la colonne de forage 108 illustrée dans la figure 1. Le trépan de forage par électroconcassage 114 peut également comprendre un composant structurel additionnel (non expressément représenté) qui supporte la force d'appui créée par le poids des composants de forage par électroconcassage en amont du trépan de forage par électroconcassage 114. Par exemple, une bague isolante ou des goujons peuvent être situées sur le trépan de forage par électroconcassage 114 pour porter une partie ou la totalité du poids des composants de forage par électroconcassage et le poids de toute ou une partie de la colonne de forage. Comme autre exemple, un élément de support structurel, séparé physiquement de l'électrode à bague de masse mais couplé à celle-ci, peut être utilisé pour supporter le poids des composants de forage par électroconcassage et de la colonne de forage.

La figure 3A est une vue en perspective d'un exemple d'électrode pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits. La figure 3B est une vue en coupe transversale de l'électrode illustrée dans la figure 3A. L'électrode 308 assure une fonction semblable et présente des caractéristiques semblables à celles de l'électrode 208 illustrée dans la figure 2.

Des impulsions électriques à haute énergie provenant d'une source d'énergie peuvent être appliquées à l'électrode 308 pour générer un arc tel que décrit plus en détail dans les figures 1 et 2. Comme il est décrit en référence à la figure 2, les contours des transitions entre les parties de l'électrode 308 affectent le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage. Par exemple, la transition entre la face 316 et le corps 317, le bord 312, peut avoir un rayon de courbure prononcé, comme il est décrit ci-dessus en référence à la figure 2, de sorte que les conditions de champ électrique soient favorables pour amorcer et/ou terminer un arc au niveau du bord 312. Par contre, la transition 314, entre le corps 317 et la tige 318, peut avoir un rayon de courbure moins prononcé de sorte que les conditions de champ électrique ne soient pas favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc.

L'électrode 308 peut en outre comprendre une ouverture d'écoulement de fluide 309 se prolongeant à travers la tige 318 et le corps 317 vers la face 316 pour orienter les fluides de forage par électroconcassage d'une colonne de forage, telle que la colonne de forage 108 représentée dans la figure 1, en bas du puits par rapport au trépan de forage par électroconcassage. Par exemple, le trépan de forage par électroconcassage peut être couplé à la colonne de forage et le fluide de forage par électroconcassage peut s'écouler vers le bas du puits à travers la colonne de forage, vers le trépan de forage par électroconcassage et sortir par l'ouverture d'écoulement de fluide 309. Une partie ou la totalité du fluide s'écoulant à travers la colonne de forage peut sortir par l'ouverture d'écoulement de fluide 309. L'ouverture d'écoulement de fluide 309 peut être centrée sur la face 316, comme il est illustré dans les figures 3A et 3B, ou peut être décalée radialement. Le trajet d'écoulement peut être coaxial avec l'électrode 308 ou peut être décalé à un angle par rapport à la ligne centrale de l'électrode 308. L'ouverture d'écoulement de fluide 309 peut avoir une coupe en section transversale conçue pour donner une vitesse de fluide plus élevée que l'écoulement à travers la colonne de forage, et peut comprendre un orifice ou un jet.

Par ailleurs, l'ouverture d'écoulement de fluide 309 peut être utilisée pour accepter un boulon pour fixer l'électrode 308 à la structure interne du BHA (non représentée expressément) à laquelle l'électrode 308 est fixée. L'électrode 308 peut également comprendre des fentes 319 qui facilitent l'écoulement des fluides de forage par électroconcassage autour de l'électrode 308. La présence de fentes 319 peut modifier la direction et/ou la vitesse de l'écoulement du fluide de forage par électroconcassage à travers la zone de forage. Certaines fentes 319 peuvent être des canaux sur la face 316 de l'électrode 308, comme il est représenté par la fente 319a de la figure 3B, qui se prolonge partiellement à travers le corps 317. D'autres fentes 319 peuvent se prolonger à travers le corps 317, comme le montre la fente 319b de la figure 3B. Certaines ou toutes les fentes 319 peuvent se terminer juste avant le croisement avec l'ouverture d'écoulement de fluide 309, comme il est représenté dans les figures 3A et 3B, et certaines ou toutes les fentes 319 peuvent croiser l'ouverture d'écoulement de fluide 309. L'électrode 308 peut avoir une quelconque combinaison de fentes 319. Comme le démontre la figure 3A, le bord 320 de chaque fente 319 peut avoir un rayon de courbure prononcé, comme il est décrit ci-dessus en référence à la figure 2, pour créer des conditions favorables dans le champ électrique pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc. Le bord 320 de chaque fente 319 peut également avoir un rayon aigu ou tout autre rayon de courbure approprié pour le procédé de forage et/ou de fabrication.

L'électrode 308 peut être fabriquée à partir d'un quelconque matériau pouvant supporter les conditions dans un puits de forage et a une conductivité suffisante pour transmettre des milliers d'ampères par impulsion sans endommager structurellement l'électrode, comme l'acier dans la famille 41 (souvent désignée par la famille 41xx, par exemple l'acier 4140), un alliage carboneacier, l'acier inoxydable, les alliages nickel-nickel, les alliages cuivre-cuivre, les alliages titanetitane, les alliages chrome-chrome, les alliages molybdène-molybdène, les céramiques dopées, les matériaux composites utilisant un matériau de la matrice à point de fusion élevé tels que le tungstène et un matériau de renforcement ayant une conductivité élevée et un faible point de fusion, tels que le cuivre, le laiton, l'argent ou l'or, et leurs combinaisons. La conductivité de l'électrode 308 peut être fonction de la géométrie de l'électrode 308 et de la forme de l'arc qui se forme entre l'électrode 308 et la bague de masse ou d'autres électrodes sur le trépan de forage par électroconcassage. Par exemple, la conductivité minimale de l'électrode 308 peut être basée sur les exigences de tension de l'opération de forage par électroconcassage et de telles conductivités (mesurées à 20° C) peuvent être d'au moins environ 0,5 x 10^Λ6 1/ohmmètre, d'au moins environ 1,0 x 10^Λ7 1/ohmmètre, ou plus. Lorsqu'un arc s'amorce ou se termine à l'électrode 308, la température au point d'amorçage ou de terminaison augmente de telle sorte que la température fait fondre la surface de l'électrode 308. La création d'arc est souvent accompagnée d'une onde de choc. Lorsque l'onde de choc frappe la surface fondue de l'électrode 308, une partie de la surface fondue peut se séparer du reste de l'électrode 308 et être transportée vers le haut avec le fluide de forage par électroconcassage. Par conséquent, pour empêcher la perte de matériau, les zones de l’électrode 308, par ex., les bords 312 et/ou 320, ayant des conditions de champ électrique favorables à l'amorçage et/ou à la terminaison peuvent être revêtues d'un composite à matrice métallique. Le composite à matrice métallique peut être formé d'un matériau de matrice ayant un point de fusion élevé et/ou une résistance élevée à l'érosion électrique, tel que le tungstène, le carbure, la céramique, le diamant polycristallin compact, la fibre de carbone, le graphène, le graphite, l'olivène (FEPO₄), les tubes de carbone ou des combinaisons de ceux-ci, infusés avec un métal ayant un faible point de fusion, tel que le cuivre, l'or, l'argent, l'indium, ou des combinaisons de ceux-ci. Par exemple, le composite à matrice métallique peut être un composite de tungstène et de cuivre tel que l'ELKONITE®, fabriqué et vendu par CMW Inc., Indianapolis, Indiana. Le point de fusion du matériau de la matrice peut être supérieur au point de fusion du métal infusé. Pendant l'amorçage et/ou la terminaison de l'arc, le métal infusé peut fondre alors que le matériau de la matrice reste solide pour maintenir le métal fondu en fusion en place pendant le mouvement de l'onde de choc. Après la diminution de la température, le métal infusé se solidifie sans aucune perte matérielle.

Même si les figures 3A-3B illustrent une conception d'électrode particulière ayant une certaine combinaison de caractéristiques, l'électrode 308 peut utiliser une quelconque combinaison appropriée de caractéristiques pour générer un arc. De telles caractéristiques peuvent comprendre l'une quelconque ou plusieurs des caractéristiques de l'électrode 408 illustrée dans les figures 4A-4B et/ou de l'électrode 508 illustrée dans les figures 5A-5B, telles qu'une ou plusieurs encoches et/ou un ressort.

La figure 4A est une vue en perspective d'un exemple d'électrode pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits. La figure 4B est une vue en coupe transversale de l'électrode illustrée dans la figure 4A. L'électrode 408 assure une fonction semblable et présente des caractéristiques semblables à celles de l'électrode 208 illustrée dans la figure 2.

Comme il est décrit par rapport à la figure 2, les contours des transitions entre les parties de l'électrode 308 affectent le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage. Par exemple, le bord 412 peut avoir un rayon de courbure prononcé tel que les conditions du champ électrique soient favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc au niveau du bord 412. Par contre, la transition 414 peut avoir un rayon de courbure moins prononcé de sorte que les conditions de champ électrique ne soient pas favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc.

L'électrode 408 peut également comprendre une ou plusieurs encoches 422 le long du bord 412. La présence d'encoches 422 peut modifier le champ électrique entourant l'électrode 408 en augmentant le champ électrique à proximité de l'électrode 408. Le bord 412 des encoches 422 peut avoir un rayon de courbure prononcé pour créer des conditions favorables à l'amorçage et/ou la terminaison d'arc en fournissant un périmètre plus grand de l'électrode 408 ayant un rayon de courbure plus prononcé que le périmètre d’un bord lisse (comme le montre la figure 3A). Bien que les encoches 422 soient représentées en forme de U dans la figure 4A, les encoches 422 peuvent avoir une quelconque forme appropriée, y compris triangulaire, rectangulaire, polygonale, circulaire ou toute combinaison de celles-ci. Alors que les encoches 422 sont représentées comme des indentations dans le bord 412, dans certains exemples, le bord 412 peut avoir des discontinuités qui dépassent du bord 412. De plus, tandis que l'électrode 408 est représentée comme comprenant des encoches 422, toute discontinuité le long du bord 412 peut avoir un effet semblable à celui des encoches 422. Par exemple, le bord 412 peut être dentelé ou alvéolé. De plus, les discontinuités sur la face 416 peuvent également avoir un effet semblable aux discontinuités le long du bord 412. Par exemple, la face 416 peut comprendre des boutons, des fossettes ou des protubérances. La taille des discontinuités le long du bord 412 peut être fonction de l'espacement entre l'électrode 408 et une bague de masse, du rayon de l'électrode 408, du type de roche forée, du trajet d'écoulement du fluide de forage par électroconcassage ou de toute combinaison de ceux-ci. Les discontinuités peuvent faire saillie vers l'extérieur, ou indenter vers l'intérieur, à partir du bord 412 ou de la face 416, une distance (mesurée perpendiculairement au bord 412 ou à la face 416) d'environ 0,03 pouce (environ 760 pm) à environ 0,12 pouce (environ 3 mm) ou jusqu'à environ 0,25 pouce (environ 6 mm) ou plus. La somme de la longueur du périmètre des discontinuités le long du bord 412 (c. -à-d., la partie du périmètre interrompue par de telles discontinuités) peut totaliser environ 5% à environ 30% de la longueur du périmètre, environ 25% à environ 75% de la longueur du périmètre, ou plus. La somme de la surface des discontinuités sur la face 416 (c. -à-d., la partie de la surface de la face interrompue par de telles discontinuités) peut représenter environ 5% à environ 30% de la surface de la face 416, environ 25% à environ 75% de la surface zone, ou plus. Les discontinuités peuvent être réparties uniformément autour du périmètre du bord 412 ou uniformément sur la face 416, ou peuvent être augmentées ou concentrées dans des parties du périmètre du bord 412 (par ex., augmentées ou concentrées au centre de chacun des quatre quadrants) ou des parties de la surface de la face 416 (par ex., augmentée ou concentrée dans une bande sur la face 416 près du bord 412, ou dans de multiples bandes concentriques, ou augmentée ou concentrée dans d'autres zones dans la face 416).

L'électrode 408 peut être fabriquée à partir de matériaux semblables aux matériaux décrits par rapport à l'électrode 308 des figures 3A-3B, tels que l'acier de la famille 41 (souvent désignée famille 41xx, par exemple l'acier 4140), un alliage carbone-acier, l'acier inoxydable, les alliages nickel-nickel, les alliages cuivre-cuivre, les alliages titane-titane, les alliages chrome-chrome, les alliages molybdène-molybdène, les céramiques dopées, et les combinaisons de ceux-ci. En outre, les zones de l'électrode 408 ayant des conditions de champ électrique favorables à l'amorçage et/ou à la formation d'arc peuvent être revêtues ou fabriquées d'un composite à matrice métallique tel que décrit dans les figures 3A-3B.

Même si les figures 4A-4B illustrent une conception d'électrode particulière ayant une certaine combinaison de caractéristiques, l'électrode 408 peut utiliser une quelconque combinaison appropriée de caractéristiques pour générer un arc. De telles caractéristiques peuvent comprendre l'une quelconque ou plusieurs des caractéristiques de l'électrode 308 illustrée dans les figures 3A-3B et/ou de l'électrode 508 illustrée dans les figures 5A-5B, telles qu'un orifice d'écoulement de fluide, une ou plusieurs fentes et/ou un ressort.

La figure 5A est une vue en perspective d'un exemple d'électrode pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits. La figure 5B est une vue en coupe transversale de l'électrode illustrée dans la figure 5A. L'électrode 508 assure une fonction similaire et présente des caractéristiques semblables à celles de l'électrode 208 illustrée dans la figure 2.

Comme il est décrit par rapport à la figure 2, les contours des transitions entre les parties de l'électrode 208 affectent le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage. Par exemple, le bord 512 peut avoir un rayon de courbure prononcé tel que les conditions du champ électrique au niveau du bord 512 soient favorables à l'amorçage et/ou la terminaison d'arc. Par contre, la transition 514, dans laquelle le corps 517 rejoint la tige 518 de l'électrode 508, peut avoir un rayon de courbure moins prononcé de sorte que les conditions du champ électrique ne soient pas favorables à l'amorçage et/ou la terminaison de l'arc.

De manière semblable à l'électrode 408 illustrée dans les figures 4A-4B, l'électrode 508 peut également comprendre une ou plusieurs encoches 522 le long du bord 512. La présence d'encoches 522 peut modifier le champ électrique entourant l'électrode 508 en augmentant le champ électrique à proximité de l'électrode 508. Le bord 512 des encoches 522 peut avoir un rayon de courbure prononcé pour créer des conditions favorables à l'amorçage et/ou la terminaison d'arc en fournissant un périmètre plus grand de l'électrode 508 ayant un rayon de courbure plus prononcé que le périmètre d'un bord lisse (comme il est illustré sur l'électrode 308 de la figure 3A). Bien que les encoches 522 soient représentées en forme de U dans la figure 5A, les encoches 522 peuvent avoir une quelconque forme appropriée, y compris triangulaire, rectangulaire, polygonale, circulaire ou toute combinaison de celles-ci.

L'électrode 508 peut être fabriquée à partir de matériaux semblables aux matériaux décrits par rapport à l'électrode 308 des figures 3A-3B, tels que l'acier de la famille 41 (souvent désignée famille 41xx, par exemple l'acier 4140), un alliage carbone-acier, l'acier inoxydable, les alliages nickel-nickel, les alliages cuivre-cuivre, les alliages titane-titane, les alliages chrome-chrome, les alliages molybdène-molybdène, les céramiques dopées, et les combinaisons de ceux-ci. En outre, les zones de l'électrode 508 ayant des conditions de champ électrique favorables à l'amorçage et/ou à la formation d'arc peuvent être revêtues ou fabriquées d'un composite à matrice métallique tel qu'il est expliqué dans les figures 3A-3B.

L'électrode 508 peut en outre comprendre une ou plusieurs fentes 519 qui facilitent l'écoulement du fluide de forage par électroconcassage autour de l'électrode 508. Certaines fentes 519 peuvent être des canaux sur la face 516 de l'électrode 508, comme il est illustré par la fente 519a de la figure 5B, qui se prolonge partiellement à travers le corps 517. D'autres fentes 519 peuvent se prolonger à travers le corps 517, comme le montre la fente 519b de la figure 5B. L'électrode 508 peut avoir une quelconque combinaison de fentes 519. Le bord 520 de chaque fente 519 peut avoir un rayon de courbure prononcé pour créer des conditions favorables dans le champ électrique pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc.

L'électrode 508 peut en outre comprendre un dispositif de sollicitation qui éloigne l'électrode 508 de la colonne de forage et en contact avec la roche à travers laquelle le trépan de forage par électroconcassage est en train de creuser. Par exemple, comme il est illustré dans la figure 5, l'électrode 508 comprend un ressort interne 524. Le ressort 524 peut être situé dans un orifice d'écoulement de fluide, tel que l'orifice d'écoulement de fluide 309 illustré dans la figure 3B, ou une douille de fixation de boulon comme il est décrit en référence aux figures 3A-3B. L'action du ressort

524 peut alors déplacer l'électrode 508 dans une direction à l'opposé de la colonne de forage et vers la roche de sorte que la face 516 reste en contact avec la roche pendant l'opération de forage par électroconcassage. Dans certains trépans de forage par électroconcassage, le ressort 524 peut être remplacé par un piston 525 (comme il est illustré dans la figure 5C) et/ou un dispositif magnétique qui pousse la face 516 à maintenir le contact avec la roche. Le piston 525 peut être activé par la pression du fluide de forage par électroconcassage dans la colonne de forage. Le dispositif magnétique peut être activé en utilisant les impulsions de courant envoyées à l'électrode 508.

Même si les figures 5A-5C illustrent une conception d'électrode particulière ayant une certaine combinaison de caractéristiques, l'électrode 508 peut utiliser une quelconque combinaison appropriée de caractéristiques pour générer un arc. De telles caractéristiques peuvent inclure l'une quelconque ou plusieurs des caractéristiques de l'électrode 308 ou de l'électrode 408, illustrée dans les figures 3A à 4B, telles qu'un orifice d'écoulement de fluide.

La figure 6A est une vue en perspective d'un exemple de bague de masse pour un trépan de forage par électroconcassage de fond de puits. La figure 6B est une vue en coupe transversale de la bague de masse à la terre illustrée dans la figure 6A. La bague de masse 650 assure une fonction semblable et présente des caractéristiques semblables à la bague de masse 250 illustrée dans la figure 2.

La forme de la bague de masse 650 peut être sélectionnée pour changer la forme du champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage pendant le forage par électroconcassage. Par exemple, le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage peut être conçu de telle sorte que l'arc s'amorce à une électrode et se termine sur la bague de masse 650 ou vice versa, de sorte que l'arc amorce la bague de masse 650 et se termine sur l'électrode. Le champ électrique change en fonction de la forme des contours des bords de la bague de masse 650. Par exemple, le bord de fond de puits 662 peut avoir un rayon de courbure prononcé tel que les conditions du champ électrique au niveau du bord de fond de puits 662 soient favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc. En outre, le bord de fond de puits 662 peut être une partie distale de la bague de masse 650 qui entre en contact avec une partie du puits de forage, tel que le puits de forage 116 illustré dans la figure 1. La courbe 665 sur le périmètre intérieur de la bague de masse 650 peut avoir un rayon de courbure moins prononcé de sorte que les conditions de champ électrique au niveau de la courbe 665 ne soient pas favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc. Un rayon de courbure d'une transition est le rayon d'un cercle dont l'arc de la transition est une partie. A titre d'exemple, un rayon de courbure prononcé peut être un rayon dans la fourchette d'environ 0,05 à environ 0,15 pouce (d’environ 1 à 3,8 mm), tel qu'environ 0,094 pouce (environ 2,4 mm), et un rayon de courbure moins prononcé peut être un rayon dans la plage d'environ 0,20 à environ 1,0 pouce (d’environ 5 mm à 2,5 cm) ou plus, tel qu'environ 1,0 pouce (environ 2,5 cm) ou plus, tel qu'environ 0,25 pouce (environ 6 mm), environ 0,5 pouce (environ 1,3 cm), environ 0,75 pouce (environ 1,9 cm), ou environ 1,0 pouce (environ 2,5 cm). Le rayon moins prononcé peut être déterminé en se basant sur la géométrie des structures environnantes sur le trépan de forage par électroconcassage 114 et la forme du champ électrique pour une opération de forage par électroconcassage donnée. Par exemple, les champs électriques sur l'électrode 208 peuvent être fonction de la géométrie de la bague de masse 250 et de la géométrie et du matériau de l'isolant 210. Par exemple, le rayon du bord de l'électrode 208 et la forme de l'électrode 208 peuvent affecter l'interaction du trépan de forage par électroconcassage 114 avec la roche. De plus, la structure de la bague de masse 250 peut être ajustée pour changer la distribution du champ électrique sur l'électrode 208. En outre, le matériau utilisé pour former l'isolant 210 et la configuration de l'isolant 210 peuvent être ajustés pour changer le champ électrique sur l'électrode 208. Dans certains exemples, la constante diélectrique du fluide de forage par électroconcassage et la géométrie des fragments de roche et du puits de forage au cours du processus de forage peuvent affecter la distribution instantanée du champ électrique sur l'électrode 208. Les caractéristiques sur la bague de masse 650 ayant un rayon de courbure prononcé peuvent avoir le même rayon prononcé ou un rayon prononcé différent des caractéristiques de l'électrode ayant un rayon de courbure prononcé.

La bague de masse 650 peut inclure un ou plusieurs orifices d'écoulement de fluide 660 sur le périmètre externe de la bague de masse 650 pour orienter le fluide de forage par électroconcassage autour d'une électrode, hors du champ de forage, et vers le haut du puits pour évacuer des débris du champ de forage par électroconcassage. Le nombre et l'emplacement des orifices d'écoulement de fluide 660 peuvent être déterminés sur la base des exigences d'écoulement de l'opération de forage par électroconcassage. Par exemple, le nombre et/ou la taille des orifices d'écoulement de fluide 660 peuvent être augmentés pour fournir un débit de fluide plus rapide et/ou un volume d'écoulement de fluide plus important. Le bord 668 de chaque orifice d'écoulement de fluide 660 peut avoir un rayon de courbure moins prononcé de sorte que les conditions de champ électrique au niveau du bord 668 de chaque orifice d'écoulement de fluide 660 ne soient pas favorables pour l'amorçage et/ou la terminaison d'arc.

La bague de masse 650 peut être fabriquée à partir d'un quelconque matériau qui peut résister aux conditions dans le puits de forage et supporter la force d'appui des composants de forage en haut du puits, tels que l'acier de la famille 41 (souvent désignée famille 41xx, par exemple acier 4140), un alliage carbone-acier, l'acier inoxydable, les alliages nickel-nickel, les alliages cuivre-cuivre, les alliages titane-titane, les alliages chrome-chrome, les alliages molybdènemolybdène, les céramiques dopées, et les combinaisons de ceux-ci. Comme il a été décrit par rapport à l'électrode 308, lorsqu'un arc s'amorce ou se termine au niveau de la bague de masse 650, la température au point d'amorçage ou de terminaison augmente de telle sorte que la température fait fondre la surface de la bague de masse 650. Lorsque l'onde de choc frappe la surface fondue de la bague de masse 650, une partie de la surface fondue peut se séparer du reste de la bague de masse 650 et être transportée vers le haut du puits avec le fluide de forage par électroconcassage. Par conséquent, pour empêcher la perte de matériau, les zones de la bague de masse 650 ayant des conditions de champ électrique favorables à l'amorçage et/ou à la terminaison d'arc peuvent être revêtues ou composées d'un composite à matrice métallique, comme il est décrit dans les figures SASB.

La bague de masse 650 peut en outre comprendre des filetages 670 le long du diamètre interne de la bague de masse 650. Les filetages 670 peuvent coopérer avec des filetages correspondants sur une partie d'un trépan de forage par électroconcassage de sorte que la bague de masse 650 puisse être remplacée au cours de l'opération de forage par électroconcassage. La bague de masse 650 peut être remplacée si la bague de masse 650 est endommagée par l'érosion ou la fatigue au cours d'une opération de forage par électroconcassage.

L'épaisseur de la paroi 672 de la bague de masse 650 peut être basée sur le diamètre de la bague de masse 650 et/ou le poids des composants du haut de puits du système de forage par électroconcassage qui exercent une force d'appui sur la bague de masse 650. Par exemple, l'épaisseur de la paroi 672 peut aller d'environ 0,25 pouce à environ 2 pouces (d’environ 6 mm à 5 cm). L'épaisseur de la paroi 672 peut être basée sur le diamètre de la bague de masse 650 de telle sorte que l'épaisseur de la paroi 672 augmente à mesure que le diamètre de la bague de masse 650 augmente. En outre, l'épaisseur de la paroi 672 peut s'effiler de telle sorte que l'épaisseur soit la plus petite au bord de fond de puits 662 et la plus grande entre la courbe 664 et la courbe 665. Par exemple, l'épaisseur de la paroi 672 peut être d'environ 0,3 pouce (environ 7,6 mm) au bord de fond de puits 662 et augmenter à environ 0,8 pouce (environ 2 cm) entre la courbe 664 et la courbe 665. L'effilage de l'épaisseur de la paroi 672 peut fournir un jeu annulaire pour l'écoulement du fluide de forage par électroconcassage pour éliminer les débris entre le module de trou de fond auquel est fixé le trépan de forage par électroconcassage et la paroi interne du puits de forage.

Le diamètre 674 de la bague de masse 650 peut être basé sur le diamètre du puits de forage et le jeu annulaire entre le puits de forage et le module de trou de fond auquel est fixé le trépan de forage par électroconcassage. Le diamètre de l'électrode contenue dans la bague de masse 650 sur le trépan de forage par électroconcassage peut être choisi pour creuser un type de formation donné. Par exemple, le diamètre de l'électrode peut être sélectionné pour optimiser le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage et fournir un espace d'écoulement pour le fluide de forage par électroconcassage. La bague de masse 650 peut avoir un diamètre externe égal à la dimension du puits de forage devant être creusé par le trépan de forage par électroconcassage ou peut avoir un diamètre externe légèrement inférieur à la dimension du puits de forage qui doit être creusé. Par exemple, le diamètre externe de la bague de masse 650 peut être d'au moins 0,03 pouce (environ 760 gm) ou d'au moins 0,5 pouce (environ 1,3 cm) plus petit que la dimension du puits de forage qui doit être creusé. Dans certains exemples, la bague de masse 650 peut avoir des caractéristiques sur le diamètre interne de la bague de masse 650, comme la courbe 665, peut avoir un rayon moins prononcé tandis que des caractéristiques sur le diamètre externe de la bague de masse 650, comme la courbe 664, peuvent avoir un diamètre prononcé de sorte que le trépan de forage par électroconcassage crée un puits de forage surdimensionné pendant une opération de forage.

Au cours de l'opération de forage par électroconcassage, l'électrode et la bague de masse 650 peuvent avoir des polarités opposées pour créer des conditions de champ électrique telles que les arcs s'amorcent au niveau de l'électrode et se terminent sur la bague de masse ou vice versa, de sorte que les arcs s'amorcent au niveau de la bague de masse 650 et se terminent sur l'électrode. Par exemple, l'électrode peut avoir une polarité positive tandis que la bague de masse 650 a une polarité négative.

La figure 7 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes et une bague de masse. Le trépan de forage par électroconcassage 714 peut comprendre de multiples électrodes 708. Les électrodes 708 peuvent être semblables à l'électrode 208, illustrée dans la figure 2 et peuvent présenter l'une quelconque des caractéristiques des électrodes 308, 408 et/ou 508, illustrées dans les figures 3A-5B, telles que des encoches, des fossettes, des dentelures ou d'autres discontinuités. Par exemple, tandis que les électrodes 708 sont illustrées sous forme de barre dans la figure 7, les électrodes 708 peuvent avoir une forme conique. Les électrodes 708 peuvent avoir des tensions différentes appliquées à chaque électrode 708 lorsque de l'énergie électrique est appliquée aux électrodes 708. Par exemple, la bague de masse 750 et l'électrode 708a peuvent être au potentiel de la masse et les électrodes 708b peuvent avoir une tension de crête de 150 kV.

Le trépan de forage par électroconcassage 714 peut en outre comprendre un isolant solide 710 et une bague de masse 750. L'isolant solide 710 peut être semblable à l'isolant solide 210 illustré dans la figure 2. La bague de masse 750 peut être semblable à la bague de masse 250 illustrée dans la figure 2 et peut présenter l'une quelconque des caractéristiques de la bague de masse 650 illustrée dans les figures 6A-6B.

Les caractéristiques d'un trépan de forage par électroconcassage décrit par rapport aux figures 1-6B peuvent être combinées dans une quelconque configuration. Par exemple, la figure 8 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes placées en multiples lignes avec une bague de masse externe et une bague de masse intermédiaire. Le trépan de forage par électroconcassage 814 peut comprendre de multiples électrodes 808. Les électrodes 808 peuvent être semblables à l'électrode 708, illustrée dans la figure 7 et peuvent présenter l'une quelconque des caractéristiques des électrodes 308, 408 et/ou 508, illustrées dans les figures 3A-5B, telles que des encoches, des fossettes, des dentelures ou d'autres discontinuités. Par exemple, tandis que les électrodes 708 sont illustrées sous forme de barre dans la figure 7, les électrodes 808 peuvent avoir une forme conique. Les électrodes 808 peuvent être formées pour faciliter l'écoulement de fluide, y compris une forme effilée ou en profil aérodynamique. Les électrodes 808b peuvent être agencées selon un motif d'une ou de plusieurs rangées circulaires autour de l'électrode centrale 808a. Les électrodes 808 peuvent avoir des tensions différentes appliquées à différents ensembles d'électrodes lorsque l'impulsion électrique est appliquée aux électrodes 808. Par exemple, la bague de masse externe 850b, la bague de masse intermédiaire 850a et l'électrode centrale 808a peuvent être au potentiel de masse et les électrodes 808b et 808c peuvent avoir une tension de crête d'environ 150 kV.

Le trépan de forage par électroconcassage 814 peut également comprendre des bagues de masse 850a et 850b. La bague de masse 850b peut être semblable à la bague de masse 250 illustrée dans la figure 2 et peut présenter l'une quelconque des caractéristiques de la bague de masse 650 illustrée dans les figures 6A-6B. La bague de masse 850a peut avoir des orifices rectangulaires, des orifices circulaires ou des orifices d'autres formes géométriques.

Le trépan de forage par électroconcassage 814 peut avoir une capacité de forage directionnel à commande électrique. Une partie, par exemple environ un tiers, des électrodes 808 de la figure 8 peut être connectée électriquement et peut tirer à un taux de répétition plus élevé que les autres électrodes 808, par ex., environ les deux tiers des électrodes 808. Le trépan de forage par électroconcassage 814 peut se tourner vers les électrodes à vitesse de répétition lente. De cette façon, le trépan de forage par électroconcassage 814 peut être utilisé pour diriger électriquement le trépan au cours des opérations de forage en contrôlant indépendamment le taux de répétition des groupes d'électrodes 808.

La figure 9 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes, une bague de masse externe et une bague de masse intermédiaire traversant la bague de masse externe pour diviser le trépan en trois régions. Le trépan de forage par électroconcassage 914 peut comprendre de multiples électrodes 908. Les électrodes 908 sont placées en trois groupes à l'intérieur de chacun des trois segments formés par la bague de masse transversale. Les électrodes 908 peuvent être semblables à l'électrode 808 ou 708, illustrées dans les figures 7 et 8 et peuvent présenter l'une quelconque des caractéristiques des électrodes 308, 408 et/ou 508, illustrées dans les figures 3A-5B, telles que des encoches, des fossettes, des dentelures ou d'autres discontinuités. Par exemple, tandis que les électrodes 708 sont illustrées sous forme de barre dans la figure 7, les électrodes 908 peuvent avoir une forme conique. Les électrodes 908 peuvent être formées pour faciliter l'écoulement de fluide, y compris une forme effilée ou en profil aérodynamique. Les électrodes 908 peuvent avoir des tensions différentes appliquées à différents groupes d'électrodes lorsque l'impulsion électrique est appliquée aux électrodes 908. Par exemple, la bague de masse externe 950a et la structure de masse transversale 950b peuvent être au potentiel de masse et les électrodes 908 peuvent avoir une tension de crête d'environ 150 kV. Alors que les électrodes 908 sont représentées sur la figure 9 comme placées en trois segments, les électrodes 908 peuvent être placées en plus ou moins de segments.

Le trépan de forage par électroconcassage 914 peut en outre comprendre une bague de masse externe 950a et une structure de masse transversale 950b. La bague de masse 950 peut être semblable à la bague de masse 250 illustrée dans la figure 2 et peut présenter l'une quelconque des caractéristiques de la bague de masse 650 illustrée dans les figures 6A-6B. La bague de masse externe 950a et la structure de masse transversale 950b peuvent avoir des orifices rectangulaires, des orifices circulaires ou des orifices d'autres formes géométriques.

Le trépan de forage par électroconcassage 914 peut avoir une capacité de forage directionnel à commande électrique. Un groupe d'électrodes 908 à l'intérieur d'un segment formé par la structure de masse transversale 950b peut tirer à un taux de répétition plus élevé que les autres groupes d'électrodes 908. Le trépan de forage par électroconcassage 914 peut tourner vers les électrodes 908 en tirant à une vitesse de répétition lente. De cette façon, le trépan de forage par électroconcassage 914 peut être utilisé pour diriger électriquement le trépan au cours des opérations de forage en contrôlant indépendamment le taux de répétition des groupes d'électrodes 908.

La figure 10 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes, une bague de masse externe et une bague de masse intermédiaire traversant la bague de masse externe pour diviser le trépan de forage par électroconcassage en neuf régions. Chacune des neuf régions entoure l'électrode en forme de coin 1008. Le trépan de forage par électroconcassage 1014 peut comprendre de multiples électrodes 1008. Les électrodes 1008 peuvent être placées en groupes. Par exemple, le trépan de forage par électroconcassage 1014 comprend trois groupes de trois électrodes 1008 chacune dans chacun des neuf segments formés par la bague de masse transversale 1050. Chacune des électrodes 1008 peut avoir la même forme ou peut avoir des formes différentes comme le démontre la figure 10. Dans la figure 10, les électrodes 1008 sont représentées comme étant en forme de coin de telle sorte que les électrodes 1008 s'ajustent dans les segments en forme de coin formés par la structure de niasse transversale 1050b. Par ailleurs, les électrodes 1008 peuvent être de forme elliptique ou une combinaison de lignes incurvées et droites pour s'adapter à l'intérieur des segments formés par la structure de masse transversale 1050b. Les électrodes 1008 peuvent avoir des tensions différentes appliquées à différents groupes d'électrodes à des instants différents pour fournir une fonction de forage. Par exemple, la bague de masse 1050a et la structure de masse transversale 1050b peuvent être au potentiel de masse et les électrodes 1008 peuvent avoir une tension de crête d'environ 150 kV. Alors que la figure 10 montre une configuration multi-électrodes constituée de neuf segments et neuf électrodes 1008, le trépan de forage par électroconcassage 1014 peut avoir une configuration qui consiste en six électrodes, huit électrodes, douze électrodes ou un autre nombre d'électrodes 1008 selon les paramètres de l'opération de forage.

Le trépan de forage par électroconcassage 1014 peut en outre comprendre une structure de masse transversale 1050b solidaire ou distincte de la bague de masse externe 1050a. La bague de masse externe 1050a peut être semblable à la bague de masse 250 illustrée dans la figure 2 et peut présenter l'une quelconque des caractéristiques de la bague de masse 650 illustrée dans les figures 6A-6B. La bague de masse externe 1050a et la bague de masse transversale 1050b peuvent avoir des orifices rectangulaires, des orifices circulaires ou des orifices d'autres formes géométriques entre les segments.

Le trépan de forage par électroconcassage 1014 peut avoir une capacité de forage directionnel à commande électrique. Un groupe d'électrodes 1008 à l'intérieur d'un groupe de segments formés par la structure de masse transversale 1050b peut tirer à un taux de répétition plus élevé que les autres groupes d'électrodes 1008. Le trépan de forage par électroconcassage 1014 peut tourner vers les électrodes 1008 en tirant à une vitesse de répétition lente. De cette façon, le trépan de forage par électroconcassage 1014 peut être utilisé pour diriger électriquement le trépan au cours des opérations de forage en contrôlant indépendamment le taux de répétition des groupes d'électrodes 1008.

La figure 11 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes se trouvant à l'intérieur d'ouvertures dans une structure de bague de masse. Le trépan de forage par électroconcassage 1114 peut comprendre de multiples électrodes 1108. Les électrodes 1108b peuvent chacune être situées à l'intérieur d'un orifice dans la structure de bague de masse 1150. Chacune des électrodes 1108 peut avoir la même forme, comme le démontre la figure 11, ou peut avoir différentes formes. Les électrodes 1108 peuvent être semblables à l'électrode 808 ou 708, illustrées dans les figures 7 et 8 et peuvent présenter l'une quelconque des caractéristiques des électrodes 308, 408 et/ou 508, illustrées dans les figures 3A-5B, telles que des encoches, des fossettes, des dentelures ou d'autres discontinuités. Par exemple, tandis que les électrodes 1108 sont illustrées sous forme de barre dans la figure 11, les électrodes 1108 peuvent avoir une forme conique. Les électrodes 1108 peuvent avoir des tensions différentes appliquées à différents groupes d'électrodes à des instants différents pour fournir une fonction de forage directionnel. Par exemple, la structure de la bague de masse 1150 peut être au potentiel de masse et les électrodes 1108 peuvent avoir une tension de crête d'environ 150 kV. Alors que la figure 11 montre une configuration multi-électrodes constituée de sept électrodes 1108 à l'intérieur de la structure de la bague de masse 1150, le trépan de forage par électroconcassage 1114 peut avoir une configuration qui consiste en quatre électrodes, en dix électrodes ou d'un autre nombre d'électrodes 1108 selon les paramètres de l'opération de forage.

Le trépan de forage par électroconcassage 1114 peut également comprendre une structure de la bague de masse 1150 qui peut être plate et perpendiculaire à la direction de déplacement du trépan de forage par électroconcassage 1114. La structure de la bague de masse 1150 peut également comprendre des parties incurvées, comme le démontre la figure 11, pour utiliser le trépan de forage par électroconcassage 1114 pendant le forage directionnel.

Le trépan de forage par électroconcassage 1114 peut avoir une capacité de forage directionnel à commande électrique. Une ou plusieurs électrodes 1108 peuvent tirer à un taux de répétition plus élevé que les autres électrodes 1108. Le trépan de forage par électroconcassage 1114 peut tourner vers les électrodes 1108 en tirant à une vitesse de répétition lente. De cette façon, le trépan de forage par électroconcassage 1114 peut être utilisé pour diriger électriquement le trépan au cours des opérations de forage en contrôlant indépendamment le taux de répétition des groupes d'électrodes 1108.

La figure 12 est une vue en perspective d'un trépan de forage par électroconcassage comprenant de multiples électrodes placées en lignes, une électrode centrale et une bague de masse. Le trépan de forage par électroconcassage 1214 peut comprendre de multiples électrodes 1208b placées en ligne et une électrode centrale 1208a. Les électrodes 1208 peuvent être semblables à l'électrode 708, illustrée dans la figure 7 et peuvent présenter l'une quelconque des caractéristiques des électrodes 308, 408 et/ou 508, illustrées dans les figures 3A-5B, telles que des encoches, des fossettes, des dentelures ou d'autres discontinuités. Par exemple, tandis que les électrodes 1208 sont illustrées sous forme de barre dans la figure 12, les électrodes 1208 peuvent avoir une forme conique. Les électrodes 1208 peuvent être formées pour faciliter l'écoulement de fluide, y compris une forme effilée ou en profil aérodynamique. Les électrodes 1208 peuvent avoir des tensions différentes appliquées à différents ensembles d'électrodes 1208. Par exemple, la bague de masse externe 1250 et l'électrode centrale 1208a peuvent être au potentiel de masse et les électrodes 1208b peuvent avoir une tension de crête d'environ 150 kV.

Le trépan de forage par électroconcassage 1214 peut en outre comprendre une bague de masse 1250. La bague de masse 1250 peut être semblable à la bague de masse 250 illustrée dans la figure 2 et peut présenter l'une quelconque des caractéristiques de la bague de masse 650 illustrée dans les figures 6A-6B. La bague de masse 1250 peut comporter une ou plusieurs saillies 1252 intégrées dans la bague de masse 1250 comme le démontre la figure 12. Les saillies 1252 peuvent être cylindriques, comme le démontre la figure 12, ou de forme carrée, ou triangulaire, ou toute autre forme appropriée qui permet de contrôler la vitesse de forage.

Le trépan de forage par électroconcassage 1214 peut avoir une capacité de forage directionnel à commande électrique. Une ou plusieurs électrodes 1208 de la figure 12 peuvent être connectées électriquement et peuvent tirer à un taux de répétition plus élevé que les autres électrodes 1208. Le trépan de forage par électroconcassage 1214 peut tourner vers les électrodes 1208 en tirant à une vitesse de répétition lente. De cette façon, le trépan de forage par électroconcassage 1214 peut être utilisé pour diriger électriquement le trépan au cours des opérations de forage en contrôlant indépendamment le taux de répétition des groupes d'électrodes 1208.

La figure 13 est un organigramme d'un exemple de procédé pour creuser un puits de forage. Le procédé 1300 peut commencer et à l'étape 1310, un trépan de forage peut être placé au fond du puits dans un puits de forage. Par exemple, le trépan de forage 114 peut être placé au fond du trou dans le puits de forage 116 comme le démontre la figure 1.

A l'étape 1320, un fluide de forage par électroconcassage peut être fourni au champ de forage de fond de trou à travers une ouverture d’écoulement de fluide au centre de l'électrode, avec un écoulement de fluide sur le dessus de l'électrode. Par exemple, comme il est décrit ci-dessus en référence à la figure 3, une électrode peut comprendre une ouverture d’écoulement de fluide à peu près au centre de l'électrode. Le fluide de forage par électroconcassage peut s'écouler de la colonne de forage hors de l'ouverture d'écoulement de fluide et jusque dans la zone de forage. Une fois dans la zone de forage, l'écoulement du fluide de forage par électroconcassage peut être orienté par une ou plusieurs fentes sur la face de l'électrode.

A l’étape 1330, de l'énergie électrique peut être fournie à une électrode et à une bague de masse du trépan de forage. Par exemple, comme il est décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2, un circuit de génération d'impulsions peut être implémenté dans l'outil électrique à impulsions 230 de la figure 2. Tel que décrit ci-dessus en référence à la figure 2, l'outil électrique à impulsions 230 peut recevoir de l'énergie électrique provenant d'une source d'alimentation en surface, d'une source d'alimentation située au fond du trou ou d'une combinaison de source d'alimentation en surface et de source d'alimentation au fond du trou. L'énergie électrique peut être fournie au circuit générateur d'impulsions dans l'outil électrique à impulsions 230. Le circuit générateur d'impulsions peut être couplé à une électrode (telle que l’électrode 208 illustrée dans la figure 2) et une bague de masse (telle que la bague de masse 250 ou 650 illustrée dans les figures 2 et 6, respectivement) du trépan de forage 114.

A l'étape 1340, un arc électrique peut être formé entre la première électrode et la seconde électrode du trépan de forage. Le circuit générateur d'impulsions peut être utilisé pour appliquer de manière répétée un potentiel électrique élevé, par ex., jusqu'à 150 kV ou plus, à travers l'électrode. Chaque application de potentiel électrique peut être appelée une impulsion. Lorsque le potentiel électrique à travers l'électrode et la bague de masse est suffisamment augmenté au cours d'une impulsion pour générer un champ électrique suffisamment élevé, un arc électrique se forme à travers une formation rocheuse au bas du puits de forage. L'arc peut s'amorcer au niveau d'une partie de l'électrode ayant un rayon de courbure prononcé et se terminer sur une partie de la bague de masse présentant un rayon de courbure prononcé, ou vice versa, de sorte que l'arc s'amorce sur une partie de la bague de masse ayant rayon de courbure prononcé et se termine sur une partie de l'électrode ayant un rayon de courbure prononcé. L'arc forme temporairement un couplage électrique entre l'électrode et la bague de masse, permettant à un courant électrique de s'écouler à travers l'arc à l'intérieur d'une partie de la formation rocheuse au bas du puits de forage.

A l'étape 1350, la formation rocheuse à une extrémité du puits de forage peut être fracturée par l'arc électrique. Par exemple, comme il est décrit ci-dessus en référence aux figures 1 et 2, l'arc augmente considérablement la température de la partie de la formation rocheuse à travers laquelle l'arc s'écoule ainsi que la formation et les matériaux environnants. La température est suffisamment élevée pour vaporiser l'eau ou d'autres fluides qui peuvent toucher ou se rapprocher de l'arc et peut également vaporiser une partie de la formation rocheuse elle-même. Le procédé de vaporisation crée un gaz à haute pression qui se dilate et, à son tour, fracture la roche environnante.

A l'étape 1360, la roche fracturée peut être retirée de l'extrémité du puits de forage. Par exemple, comme il est décrit ci-dessus en référence à la figure 1, le fluide de forage par électroconcassage 122 peut éloigner la roche fracturée de l'électrode et vers le haut du puits en s'éloignant du fond du puits de forage 116. Les étapes du procédé 1300 peuvent être répétées jusqu'au forage du puits de forage ou le remplacement du trépan de forage. Par la suite, le procédé 1300 peut prendre fin.

Des modifications, des additions ou des omissions peuvent être apportées au procédé 1300 sans s'écarter de la portée de la divulgation. Par exemple, l'ordre des étapes peut être réalisé d’une façon différente de celle décrite et certaines étapes peuvent être réalisées en même temps. En outre, chaque étape individuelle peut comprendre des étapes supplémentaires sans s'écarter de la portée de la présente divulgation.

Les modes de réalisation de la présente invention peuvent comprendre :

A. Un trépan de forage par électroconcassage comprenant un corps de trépan ; une électrode couplée à une source d'alimentation et au corps de trépan, l'électrode ayant une partie distale destinée à coopérer avec une surface d'un puits de forage ; une bague de masse couplée au corps de trépan à proximité de l'électrode et comportant une partie distale destinée à coopérer avec la surface du puits, l'électrode et la bague de masse positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un champ électrique produit par une tension appliquée entre la bague de masse et l'électrode est renforcé au niveau d'une partie de l'électrode à proximité de la partie distale de l'électrode et au niveau d'une partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse ; et un isolant couplé au corps de trépan entre l'électrode et la bague de masse.

B. Un système de forage de fond de trou comprenant une colonne de forage ; et un trépan de forage couplé à la colonne de forage et à la source d'alimentation. Le trépan de forage comprend un corps de trépan ; une électrode couplée à une source d'alimentation et au corps de trépan, l'électrode ayant une partie distale destinée à coopérer avec une surface du puits de forage ; une bague de masse couplée au corps de trépan à proximité de l'électrode et comportant une partie distale destinée à coopérer avec la surface du puits, l'électrode et la bague de masse positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un champ électrique produit par une tension appliquée entre la bague de masse et l'électrode est renforcé au niveau d'une partie de l'électrode à proximité de la partie distale de l'électrode et au niveau d'une partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse ; et un isolant couplé au corps de trépan entre l'électrode et la bague de masse.

C. Un procédé comprenant le placement d'un trépan de forage au fond du trou dans un puits de forage ; le support du poids du trépan de forage et d'une colonne de forage avec un support de colonne de forage ; la fourniture de l'énergie électrique au trépan de forage ; la fourniture d'un fluide de forage par électroconcassage au trépan de forage ; la formation d'un arc électrique entre la partie de l'électrode proche de la partie distale de l'électrode et la partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse du trépan de forage ; la fracturation d'une formation rocheuse au niveau d'une extrémité du puits de forage avec l'arc électrique ; et l'enlèvement de la roche fracturée de l'extrémité du puits de forage avec le fluide de forage par électroconcassage. Le trépan de forage comprend un corps de trépan ; une électrode couplée à une source d'alimentation et au corps de trépan, l'électrode ayant une partie distale destinée à coopérer avec une surface d'un puits de forage ; une bague de masse couplée au corps de trépan à proximité de l'électrode et comportant une partie distale destinée à coopérer avec la surface du puits, l'électrode et la bague de masse positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un champ électrique produit par une tension appliquée entre la bague de masse et l'électrode est renforcé au niveau d'une partie de l'électrode à proximité de la partie distale de l'électrode et au niveau d'une partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse ; et un isolant couplé au corps de trépan entre l'électrode et la bague de masse.

Chacun des modes de réalisation A, B et C peut compter un ou plusieurs des éléments supplémentaires suivants, selon une combinaison quelconque : Élément 1 : dans lequel l'électrode comprend également une tige adjacente au corps et une ouverture se prolongeant à travers la tige et le corps jusqu'à la face de l'électrode. Élément 2 : dans lequel l'électrode comprend en outre une fente dans la face de l'électrode. Élément 3 : dans lequel la fente est un canal dans la face de l'électrode. Élément 4 : dans lequel la fente se prolonge à travers le corps de l'électrode. Élément 5 : dans lequel le bord de la face de l'électrode comprend une encoche. Élément 6 : dans lequel l'électrode comprend également une tige adjacente au corps et une tige se prolongeant à travers un centre de la tige vers le corps de l'électrode. Élément 7 : dans lequel l'électrode comprend également une tige ; et une transition entre le corps et la tige de l'électrode a un rayon de courbure moins prononcé. Élément 8 : dans lequel la bague de masse comprend en outre un orifice d'écoulement de fluide. Élément 9 : dans lequel un bord de l'orifice d'écoulement de fluide sur la bague de masse a un rayon de courbure moins prononcé. Élément 10 : dans lequel l'électrode comprend également une tige ; et le fluide de forage par électroconcassage est fourni au trépan de forage via une ouverture d'écoulement de fluide se prolongeant à travers la tige jusqu'à la fàce de l'électrode de forme généralement conique. Élément 11 : dans lequel un écoulement du fluide de forage par électroconcassage est modifié par une fente dans une face de l'électrode. Élément 12 : dans lequel l'arc électrique s'amorce sur la partie distale de l'électrode et se termine sur la partie distale de la bague de masse. Élément 13 : dans lequel l'arc électrique s'amorce sur la partie distale de la bague de masse et se termine sur la partie distale de l'électrode. Élément 14 : comprenant également le maintien du contact entre la face de l'électrode et la formation rocheuse en comprimant un ressort se prolongeant à travers un centre d'une tige adjacente au corps de l'électrode. Élément 15 : dans lequel un bord de l'électrode a un premier rayon de courbure prononcé et la partie distale de la bague de masse a un second rayon de courbure prononcé, le premier rayon de courbure prononcé et le second rayon de courbure prononcé ont un rayon compris entre environ 0,05 pouce (environ 1 mm) et environ 0,15 pouce (environ 3,8 mm). Élément 16 : comprenant également un support de colonne de forage couplé au corps de trépan. Élément 17 : dans lequel la bague de masse est le support de la colonne de forage. Élément 18 : dans lequel la bague de masse comprend une saillie se prolongeant à partir de la bague de masse. Élément 19 : dans lequel la bague de masse comprend une bague de masse externe et une structure de masse transversale. Élément 20 : dans lequel la bague de masse comprend plusieurs bagues de masse. Élément 21 : dans lequel l'électrode comprend une pluralité d'électrodes. Élément 22 : dans lequel la pluralité d'électrodes est agencée selon un motif circulaire sur le corps de trépan. Élément 23 : dans lequel l'électrode a une forme choisie dans le groupe composé d'une forme conique, cylindrique, en tige, triangulaire, elliptique, en coin, conique et en profil aérodynamique. Élément 24 : dans lequel l'apport d'énergie électrique au trépan de forage comprend la fourniture d'énergie électrique à un sous-ensemble de la pluralité d'électrodes à un taux de répétition plus élevé qu'un autre sous-ensemble de la pluralité d'électrodes. Élément 25 : dans lequel l'électrode comprend également une tige adjacente au corps et un piston positionné dans un 5 centre de la tige par rapport au corps de l'électrode.

Même si la présente divulgation a été décrite avec plusieurs modes de réalisations, divers changements et modifications peuvent être suggérées à un spécialiste du domaine. Il est envisagé que la présente divulgation englobe divers changements et modifications comme faisant partie de la portée des revendications ci-jointes.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS :

   1. Trépan de forage par électroconcassage (114 ; 714 ; 814 ; 914 ; 1014 ; 1114 ; 1214), comprenant :

   un corps de trépan (255) ;

   une électrode (208; 308; 408; 508; 708; 808; 908; 1008; 1108; 1208) couplée à une source d'alimentation et au corps de trépan, l'électrode ayant une partie distale destinée à coopérer avec une surface d'un puits de forage (116) ;

   une bague de masse (250 ; 650 ; 750 ; 950 ; 1050 ; 1150 ; 1250) couplée au corps de trépan à proximité de l'électrode et ayant une partie distale destinée à coopérer avec la surface du puits, l'électrode et la bague de masse positionnées l'une par rapport à l'autre de sorte qu'un champ électrique produit par une tension appliquée entre la bague de masse et l'électrode est augmenté au niveau d'une partie de l'électrode à proximité de la partie distale de l'électrode et au niveau d'une partie de la bague de masse à proximité de la partie distale de la bague de masse ; et un isolant (210 ; 710) couplé au corps de trépan entre l'électrode et la bague de masse.
2. 2. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon la revendication 1, dans lequel la bague de masse (250 ; 650) comprend également un orifice d'écoulement de fluide (260 ; 660).
3. 3. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon la revendication 2, dans lequel un bord (608) de l'orifice d'écoulement de fluide (660) sur la bague de masse (650) a un rayon de courbure moins prononcé.
4. 4. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'électrode (308 ; 508) comprend également une fente (319 ; 519) dans la face (316 ; 516) de l’électrode.
5. 5. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon la revendication 4, dans lequel la fente (319b ; 519b) se prolonge à travers le corps (317 ; 517) de l'électrode (308 ; 508).
6. 6. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon la revendication 4, dans lequel le bord (412 ; 512) de la face (416 ; 516) de l'électrode (408 ; 508) comprend une encoche (422 ; 522).
7. 7. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon la revendication 4, l'électrode (308 ; 408 ; 508) comprend également :

   une tige (318 ; 518) adjacente au corps (317 ; 517) ;

   une ouverture (309) se prolongeant à travers la tige et le corps jusqu'à la face (316 ; 416 ; 516) de l'électrode, un ressort (524) se prolongeant à travers un centre de la tige vers le corps de l’électrode ou un piston (525) positionné à l'intérieur d'un centre de la tige vers le corps de l'électrode ; et éventuellement une transition (314; 414; 514) entre le corps et la tige de l'électrode a un rayon de courbure moins prononcé.
8. 8. Trépan de forage par électroconcassage (114) selon la revendication 4, dans lequel un bord (312 ; 412 ; 512) de l'électrode (308 ; 408 ; 508) a un premier rayon de courbure prononcé et la partie distale de la bague de masse (250) a un second rayon de courbure prononcé, le premier rayon de courbure prononcé et le second rayon de courbure prononcé ont un rayon compris entre 0,05 pouce (environ 1,3 mm) et 0,15 pouce (environ 3,8 mm).
9. 9. Trépan de forage par électroconcassage (114 ; 714 ; 814 ; 914 ; 1014 ; 1114 ; 1214) selon la revendication 4, comprenant également un support de colonne de forage couplé au corps de trépan (255).
10. 10. Trépan de forage par électroconcassage (1214) selon la revendication 4, dans lequel la bague de masse (1250) comprend une saillie (1252) se prolongeant à partir de la bague de masse.
11. 11. Trépan de forage par électroconcassage (914 ; 1014) selon la revendication 4, dans lequel la bague de masse (1050) comprend une bague de masse externe (950a ; 1050a) et une structure de masse transversale (950b ; 1050b).
12. 12. Trépan de forage par électroconcassage (714 ; 814 ; 1114 ; 1214) selon la revendication 4, dans lequel l'électrode (708 ; 808 ; 1108 ; 1208) comprend une pluralité d'électrodes (708b ; 808b, 808c ; 1108b ; 1208b) agencée selon un motif circulaire sur le corps de trépan (255).
13. 13. Trépan de forage par électroconcassage (114 ; 714 ; 814 ; 914 ; 1014 ; 1114; 1214) selon la revendication 4, dans lequel l'électrode (208 ; 308 ; 408 ; 508 ; 708 ; 808 ; 908 ; 1008 ; 1108 ; 1208) a une forme choisie dans le groupe composé d'une forme conique, cylindrique, en tige, triangulaire, elliptique, en coin, conique et en profil aérodynamique.
14. 14. Système de forage (100) de fond de puits, comprenant :

    une colonne de forage (108) ;

    une source d'alimentation ; et un trépan de forage (114; 714; 814; 914; 1014; 1114; 1214) couplé à la colonne de forage et à la source d'alimentation, le trépan de forage conçu selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
15. 15. Procédé (300) pour creuser un puits de forage, comprenant :

    le placement d'un trépan de forage (114 ; 714 ; 814 ; 914 ; 1014 ; 1114 ; 1214) au fond du puits (1310) dans un puits de forage (116), le trépan de forage conçu selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 :

    supporter le poids du trépan de forage et une colonne de forage (108) avec un support de colonne de forage ;

    fournir de l'énergie électrique au trépan de forage (1330) ;

    fournir un fluide de forage par électroconcassage (122) au trépan de forage (1320);

    la formation d'un arc électrique (1340) entre la partie de l'électrode (208 ; 308 ; 408 ; 508 ; 708 ; 808 ; 908 ; 1008 ; 1108 ; 1208) proche de la partie distale de l'électrode et la partie de la bague de masse (250 ; 650 ; 750 ; 950 ; 1050 ; 1150 ; 1250) proche de la partie distale de la bague de masse du trépan de forage ;

    la fracturation d'une formation rocheuse au niveau d'une extrémité du puits de forage avec l’arc électrique (1350) ; et l'enlèvement de la roche fracturée de l'extrémité du puits de forage avec le fluide de forage par électroconcassage (1360).

    1/14

    2/14

    3/14

    308

    4/14

    408