EP0211725B1

EP0211725B1 - Dispositif de positionnement d'un outil dans un drain d'un puits foré

Info

Publication number: EP0211725B1
Application number: EP86401523A
Authority: EP
Inventors: Hubert Miffre
Original assignee: Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
Current assignee: Societe Nationale Elf Aquitaine Production SA
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1989-01-25
Also published as: NO177805B; FR2585761B1; AU586873B2; ES2000795A6; NO862962D0; JPS6335995A; AU6047186A; US4742871A; EP0211725A1; NO862962L; NO177805C; DE3661953D1; FR2585761A1

Description

La présente invention concerne un dispositif de positionnement d'un outil dans un drain d'un puits foré et, plus particulièrement d'un puits de pétrole en production.
De plus en plus, des puits ramifiés constitués par un puits principal vertical et des puits latéraux reliés au puits principal et faisant avec ce dernier un certain angle, sont fréquemment utilisés, de manière à notamment accroître la production du puits principal ou encore appelé puits "mère".
Les raisons d'un forage et de la mise en production d'un puits ramifié aussi bien dans le domaine pétrolier que le domaine minier, sont nombreuses et présentent soit un caractère économique, soit un caractère lié à la nature de la couche de terrain exploitée.
En effet, les ramifications latérales d'un puits de forage mère permettent outre l'accroissement de la production, de récupérer au maximum le contenu du gisement exploité. De plus, ces ramifications permettent, avec une même installation de surface, d'étendre la zone souterraine exploitée, et de réduire la haute résistance d'écoulement qui apparaît près du trou de forage dans un puits mère.
Une autre utilité de ces ramifications est de pouvoir exploiter des couches de terrain comprenant un grand nombre de fractures. Cela provient du fait que les ramifications latérales interceptent les fractures et les relient au système de drainage du puits mère.
Enfin, de tels puits ramifiés sont très utiles pour exploiter de façon efficace un gisement dont le réservoir présente un relief du toit très irrégulier et/ou une faible épaisseur.
Les ramifications étaient généralement réalisées, à partir du puits mère, au moyen d'un sifflet déviateur, dénommé whipstock en anglais. Bien évidemment, les diamètres des ramifications sont inférieurs à ceux du puits mère et l'angle de déviation de chaque ramification est choisi en fonction de la zone du gisement où la ramification doit déboucher. Dans certains cas, pour minimiser les coûts du forage, on utilise le même sifflet déviateur pour forer deux ramifications symétriques par rapport au puits mère, en tournant le sifflet déviateur à 1800 dans le puits mère. De tels puits ramifiés au moyen de déviateurs sont décrits dans les brevets US-4 396 075 et 4 415 205.
Après chaque forage d'une ramification on y introduit des éléments nécessaires à l'exploitation du gisement. Quand toutes les ramifications sont prêtes à être utilisées, on extrait du puits mère tous les appareils qui n'ont aucune utilité au cours de la production. Il en est notamment ainsi du sifflet déviateur. D'ores et déjà, il faut rappeler qu'une telle structure du puits mère avec les puits ramifiés présente l'inconvénient de ne pouvoir bénéficier d'une liaison sélective entre le fond de chaque ramification avec la surface.
Dans tout ce qui précède, on a fait référente à des ramifications latérales. Bien entendu, les ramifications peuvent être obliques, horizontales ou dans n'importe quel le direction, pour autant qu'elles sont associées à un puits mère à partir duquel elles sont réalisées.
Tant que les ramifications sont en service, c'est-à-dire en exploitation, aucune difficulté majeure ne se pose.
Par contre, lorsqu'une ou plusieurs des ramifications a été mise hors service et qu'on souhaite la réactiver ou la mettre à nouveau en service, alors se posent de graves difficultés.
La première de ces difficultés est surtout liée au fait que, pendant la période de service, elle a été comblée par les déblais et qu'il est très difficile de la localiser avec précision. Certes, on pourrait envisager, chaque fois qu'on descend un sifflet déviateur, pour le forage d'une ramification, de noter très précisément son emplacement dans le puits mère pour ensuite le replacer exactement au même endroit. Une telle opération paraît délicate à réaliser.
La seconde difficulté réside dans le fait qu'à supposer qu'on puisse relocaliser la ramification d'origine, il serait impératif d'utiliser à nouveau le sifflet déviateur pour soit dégager ladite ramification réactivée de tous les comblements, soit de recommencer un forage.
Devant ces difficultés majeures, il fut préférable de ne pas remettre en service les ramifications mais d'en forer de nouvelles ce qui est très couteux même si le forage d'une ramification n'est pas comparable à celui d'un puits vertical principal.
Afin de remédier aux inconvénients précités, il a été réalisé un dispositif qui permette une exploitation normale, lorsque les ramifications sont en service, mais également, auparavant, de pouvoir déposer un tubage perdu susceptible d'être reconnecté en surface de façon à éventuellement reactiver une ou plusieurs d'entre elles après leur mise hors service, sans nécessiter de gros investissements.
Un tel dispositif est décrit dans la demande de brevet français n° 83 1398 correspondant au EP-A-136 953. Le dispositif de forage et de mise en production pétrolière d'un puits de forage formé d'un puits mère et d'au moins un puits ramifié débouchant dans ledit puits mère comprend un tube externe disposé dans le puits mère, au moins un ensemble de dérivation fixé in situ dans ledit tube externe et comportant au moins un tube de dérivation fixe dont l'extrémité inférieure communique avec un puits ramifié, un ensemble de raccordement qui, associé à un ensemble de positionnement, permet de forer et de remettre en service après usage, n'importe quelle ramification et ce grâce à une clavette fixe de l'ensemble de positionnement sur laquelle s'appuie un profil en came de l'ensemble de raccordement.
Toutefois on s'est aperçu qu'à chaque intervention dans un drain latéral pendant la phase de production, il est nécessaire de remonter la pompe et le tubing ou tube de production, puis ensuite descendre le tube de forage ou riser. Lorsque l'intervention est terminée, le tube de production et la pompe sont remis en place. De telles opérations de remontée et de descente du tube de production et de la pompe sont non seulement coûteuses en elles- mêmes, mais surtout immobilisent le puits tout entier pendant des durées relativement longues ce qui, sur le plan de la production doit être éviter chaque fois que cela est possible pour des raisons techniques et économiques.
La présente invention résoud le problème posé en raccourcissant considérablement la durée d'immobilisation d'un puits en phase de production, en proposant un dispositif qui permette de positionner un outil d'intervention correctement dans le drain concerné, sans avoir à remonter le tube de production.
Par intervention, il faut comprendre toute opération à réaliser dans un drain latéral. Une opération peut être des mesures à effectuer dans ledit drain en phase de production, comme par exemple des mesures d'interférences, ou encore un bouchage du drain, lors d'une venue d'eau.
A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend un ensemble de dérivation fixé in situ dans ledit puits et comprenant des tubes de dérivation qui sont chacun reliés à un desdits drains,

- un ensemble de raccordement disposé et solidaire de l'ensemble de dérivation, ledit ensemble de raccordement comprenant d'une part un profil en came qui s'appuie sur une clavette fixe et, d'autre part, des tubes de raccordement qui sont introduits dans lesdits tubes de l'ensemble de dérivation de manière que lesdits tubes de raccordement soient reliés aux drains du puits foré, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un ensemble intermédiaire dans lequel sont logés des tubes intermédiaires, dont les extrémités superieures convergent pour former une entrée unique disposée dans la tête dudit ensemble intermédiaires, les extrémités inférieues desdits tubes intermédiaires débouchant dans lesdits tubes de raccordement; un organe d'orientation et de guidage interposé entre l'ensemble intermédiaire et un tube de production dans une partie élargie duquel est logée une pompe suspendue à un train de tiges de pompage, ledit organe d'orientation étant disposé dans le tube de production et muni d'une fente qui est orientée par rapport au profil en came de l'ensemble de raccordement.

Grâce à la présente invention, l'outil d'intervention est pré-orienté en surface par le positionnement correct du manchon d'orientation par rapport au drain latéral dans lequel l'outil doit être descendu.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description donnée ci-dessous à titre indicatif, mais non limitatif d'un mode de réalisation préféré de l'invention, ainsi que du dessin annexé sur lequel:

- la figure 1 est une vue partielle en coupe très schématique d'un puits ramifie;
- la figure 2 est une vue en perspective de l'organe d'orientation et de guidage du dispositif selon l'invention;
- la figure 3 est une vue en coupe d'un outil d'intervention muni d'une partie du dispositif selon l'invention;
- la figure 4 est une vue en coupe agrandie des moyens de libération de la tête de l'outil d'intervention.

Un puits ramifié tel que représenté très schématiquement sur la figure 1 comprend par exemple un drain vertical 1 et un ou plusieurs autres drains latéraux dont un seul 2 est représenté. De manière habituelle le puits comprend un tubage externe 3 qui descend jusqu'au fond du puits mère, un tube de production 4, disposé dans le tubage externe 3, une pompe 5 descendue dans une partie élargie 4a du tube de production jusqu'à une certaine hauteur, ladite pompe 5 étant suspendue à un train de tiges de pompage. Un réceptacle ou pièce de base 7 est maintenue à demeure dans le puits, par exemple par cimentation ou tout autre moyen-de fixation et comprend plusieurs tubes de dérivation communiquant chacun, par leur extrémité inférieure avec un drain du puits. La pièce de base 7 comprend autant d'orifices qu'il y a de drains dans le puits. Dans un puits a trois drains disposés à 120° les uns des autres, la pièce de base comprendra trois orifices a 120°, chacun des orifices correspondant et relié à un des drains. Une telle pièce de base est décrite par exemple dans la demande de brevet français, rappelée ci-dessus, sous la dénomination d'un ensemble de dérivation.
Un ensemble de raccordement 8 est solidaire de la pièce de base 7 et comprend un profil en came qui s'appuie sur une clavette fixe 9. L'ensemble 8 comprend également des logements 10 pour des bouchons et des tubes de raccordement 11 qui sont introduits dans des alésages 60 ménagés dans la pièce de base 7, de façon que les tubes 11 communiquent à travers ladite pièce de base 7, avec les drains 1, 2 du puits.
Un ensemble intermédiaire 12 est fixé sur l'ensemble de raccordement 8 et comprend trois tubes intermédiaires dont seulement deux 13, 14 sont représentés, et qui convergent vers la tête 15 de façon à former, dans ladite tête, un orifice unique d'entrée 61, alors que chacun desdits tubes débouchent à l'extrémité inférieure dudit élément dans un des tubes de l'ensemble de raccordement 8.
Un organe d'orientation de guidage 16 est constitué par une chemise creuse 17 comprenant une fente longitudinale 18 qui est orientée par rapport au profil en came de l'ensemble de raccordement 8 qui est lui-même orienté convenablement grâce à la clavette fixe 9.
L'organe d'orientation 16 est interposé entre le tube de production 4 et l'ensemble intermédiaire 12, ledit tube de production 4 comportant une extension 4b qui est introduite dans 1 orifice d'entrée 61 de la tête 15.
Les bords d'entrée 19 de ladite fente sont évasés et leurs arêtes vives sont meulées de façon à permettre un glissement aisé sur lesdites arêtes.
Dans un exemple de réalisation figure 3, un outil d'intervention 20 comprend un corps 21 à l'extrémité inférieure duquel émerge une tête 22 à laquelle est raccordé un prolongateur, non représenté, de longueur variable, et devant être introduit dans le drain sélectionné où doit avoir lieu l'intervention. La tête 22 est en majeure partie logée dans le corps 21 et pivote autour d'un axe 23 maintenu en position par une vis de blocage 24. L'extrémité supérieure 25 de la tête 22 vers la droite sur la figure 3, coopère avec un ensemble de biellettes 26 comportant un levier 27 articulé sur deux axes 28, 29 et une biellette 30 qui est articulée à une extrémité sur l'axe 29 et à l'autre extrémité sur un axe 31. Une tige 32 solidaire de l'ensemble de biellettes 26 est logée dans le corps 21 et comprend une partie filetée 33 s'engageant dans un écrou 34 servant d'élément d'appui pour une extrémité d'un ressort en compression 35, disposé autour de ladite tige 32, et dont l'autre extrémité est en appui sur une rondelle 36 fixée au corps 21. L'écrou 34 est également utilisé pour le réglage de la tension du ressort 35.
Le corps 21 est constitué principalement en deux parties basse 37 et haute 38. L'extrémité libre supérieure 39 de la partie basse 37 est filetée et est munie de trois logements 40 disposés a 120° les uns des autres, ou plus généralement distribués de la même façon que les drains du puits. L'extrémité libre inférieure 41 de la partie haute 38, également filetée, se termine par un doigt de blocage 42. Un manchon de raccordement taraudé gauche-droite, relie les extrémités 39 et 41. Lorsque le manchon 43 est tourné dans un sens, droite par exemple, les extrémités 39 et 41 s'éloignent l'une de l'autre jusqu'à ce que le doigt 42 se trouve dégagé du logement dans lequel il était engagé. Une fois que le doigt 42 est au-dessus d'un autre logement 40, le manchon 43 est tourné vers la gauche et les deux extrémités 39 et 41 sont rapprochées de manière à introduire le doigt 42 dans le logement 40 correspondant et bloquer ainsi, dans la nouvelle position, les parties haute et basse du corps de l'outil. Bien évidemment, la tige 32 traverse les parois haute et basse de l'outil 20 et se termine par une extrémité 43 dont la fonction est explicitée ci-après.
La partie haute 38 comprend une clavette d'orientation 44. Une clavette guidage 45 est également prévue pour assurer un bon coulissage.
Le diamètre des clavettes d'orientation et de guidage 44 et 45 est légèrement supérieur au diamètre du corps 21 de manière à ce que les clavettes d'orientation 44 et 45 puissent s'engager dans la fente 18 de la chemise 17.
Un système de déclenchement d'avance 46 de la tête d'outil 22 est logé dans une fenêtre 47 ménagée dans la partie haute 38. Le système 46 est constitué par une pince 48 qui est montée sur une partie 49 de diamètre réduit de la tige 32 (figure 4). Les branches 50 sont maintenues en position adéquate par un fil de rupture 51 et sont articulées chacune sur un axe 52. En cette position, l'espacement des branches de la pince est supérieure à la largeur de la rainure 18.
Le dispositif suivant l'invention fonctionne de la manière suivante:

Après avoir remonté la pompe 5 au moyen d'une grue par exemple, on pré-oriente en surface l'outil d'intervention au moyen d'une plaque, non représentée, qui comprend des orifices disposés à la verticale de ceux de la pièce de base 7, et on descend ledit outil dans cette position. Grâce à cette pré- orientation et au fait que la chemise 17 est également orientée par rapport aux drains du puits, l'outil a sa clavette d'orientation 44 qui s'engage dans la rainure 18 de ladite chemise, la tête 22 de l'outil se trouvant alors positionnée par rapport au drain sélectionné dans lequel doit avoir lieu l'intervention.

Au moment où les branches 50 de la pince 48 viennent buter sur les bords d'entrée 19 de la fente 18, lesdits bords jouent alors le rôle d'une came pour lesdites branches qui, au fur et à mesure qu'elles se rapprochent l'une de l'autre exercent une traction sur le fil de rupture 51. Lorsque ce dernier casse, l'extrémité de la partie 49 de la tige 32 qui était en appui sur les branches 50 est libérée. De ce fait, la tige 32 ne se trouve plus bloquée et grâce au ressort 35 dont la force est de l'ordre de 150 a 200 Kg, elle est déplacée vers la droite sur la figure 3. Le mouvement de la tige 32 entraîne celui de la biellette 30 et le levier 27 qui est en appui sur l'extrémité 25 de la tête de l'outil fait basculer ladite tête 22 d'un angle d'environ 3° de façon à être certain que le prolongateur qui lui est associé soit bien dans le drain approprié sélectionné et ne puisse être coincé sur la paroi dudit drain.
Lorsqu'on veut accéder à un autre drain, on procède comme indiqué ci-dessus, en amenant le doigt 42 dans un autre logement 40 de la partie basse de l'outil. Dans ces conditions l'outil est orienté suivant un autre azimuth correspondant à un autre drain, disposé à 120° du précédent.
On peut également envisager l'utilisation de l'outil selon l'invention dans le domaine minier et notamment en coopération avec les dispositifs décrits dans les brevets U.S.

Claims

1. Dispositif de positionnement d'un outil d'intervention (20) dans un des drains (1, 2) d'un puits foré, du type comprenant

- un ensemble de dérivation (7) fixé in situ dans ledit puits et comprenant des tubes de dérivation qui sont chacun reliés à un desdits drains,

- un ensemble de raccordement (8) disposé et solidaire de l'ensemble de dérivation (7), ledit ensemble de raccordement comprenant d'une part un profil en came qui s'appuie sur une clavette fixe (9) et, d'autre part, des tubes de raccordement (11) qui sont introduits dans lesdits tubes de l'ensemble de dérivation (7) de manière que lesdits tubes de raccordement soient reliés aux drains (1, 2) du puits foré, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un ensemble intermédiaire (12) dans lequel sont logés des tubes intermédiaires (13, 14), dont les extrémités supérieures convergent pour former une entrée unique (61) disposée dans la tête (15) dudit ensemble intermédiaire, les extrémités inférieures desdits tubes intermédiaires débouchant dans lesdits tubes de raccordement; un organe d'orientation et de guidage (16) interposé entre l'ensemble intermédiaire et un tube de production dans une partie élargie (4a) duquel est logée une pompe (5) suspendue à un train de tiges de pompage (6), ledit organe d'orientation étant dispose dans le tube de production et muni d'une fente (18) qui est orientée par rapport au profil en came de l'ensemble de raccordement.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de production (4) est prolongé au-delà de l'organe d'orientation (16) et est introduit dans l'entrée unique (61) de l'ensemble intermédiaire (8).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil d'intervention (20) comprend deux parties (37, 38) dont l'une (37) comporte des logements (40) susceptibles de recevoir un téton de positionnement (42) porté par l'autre partie (38), de façon qu'à chaque positionnement du têton (42) dans un logement (40) corresponde a une position de la partie 38 de l'outil par rapport à un drain du puits.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux parties (37, 38) de l'outil (20) sont réunies au moyen d'un manchon (43).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon (43) coopère avec les extrémités (39, 41 ) des deux parties de l'outil de façon que la rotation du manchon provoque un déplacement relatif entre lesdites parties (37, 38).

6. Dispositif selon l'une des revendications 1, 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que l'outil est pré-orienté, en surface, par rapport au drain sélectionné.

7. Dispositif selon l'une des revendications 1, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé en te que la partie haute (38) de l'outil 20 comprend une clavette d'orientation (44).

8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de libération (46) de la tête (22) dudit outil (20).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce les moyens de libération (46) de la tête (22) de l'outil sont constitués par une pince (48) dont les branches (50) s'engagent dans la fente (18) de l'organe d'orientation fixe (16), le mouvement des dites branches dans ladite fente libérant une tige (32) solidaire de ladite tête de l'outil.

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige (32) est soumise à l'action d'un ressort précontraint (35) vers la position de libération.

11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (26) pour déplacer angulairement la tête (22) de l'outil lors de son introduction dans le drain sélectionné.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le déplacement angulaire est de l'ordre de quelques degrés et, de préférence, égal à trois degrés.

13. Dispositif selon les revendications 11 et 9, caractérisé en ce que les moyens de déplacement angulaire sont constitués par un ensemble de biellettes (27, 30) interposé entre la tête (22) de l'outil et la tige (32).

14. Dispositif selon l'une des revendications précédéntes, caractérisé en ce que la tête de l'outil (22) est montée pivotante sur un axe de pivotement (23).

15. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pince (48) est logée dans une fenêtre (50) ménagée dans la partie haute (38) de l'outil.