Domaines d'application : Cette invention concerne les installations de cuvelage des puits de pétrole et en particulier une méthode et système pour améliorer la résistance en pression extérieure d'un tube descendu dans un puits à travers un cuvelage précédent de diamètre réduit, nécessitant une déformation plastique pour ensuite reprendre ses dimensions finales dans une cavité située en dessous du diamètre réduit du cuvelage précédent.

Etats de la technique : D'une manière habituelle, les puits pétroliers sont forés en installant un cuvelage conducteur à une première profondeur puis en forant le puits jusqu'à une deuxième profondeur. Habituellement, un cuvelage formée par l'assemblage à l'aide d'un connecteur des longueurs de tube, chacune faisant environ 12 mètres de long, est descendue à travers le cuvelage conducteur jusqu'à la deuxième profondeur. Un laitier de ciment est alors injecté dans le cuvelage pour remonter dans l'espace annulaire entre le cuvelage et les parois du puits. Le forage reprend jusqu'à une troisième profondeur et le procédé est répété avec un cuvelage de plus petit diamètre concentrique. Un cuvelage de diamètre encore plus réduit peut tre installé à une 46"profondeur.

Les cuvelages servent à supporter les parois du puits et empcher la perte des boues de forage dans les terrains, ou la production de fluides des terrains vers le puits à partir de couches autres que la zone de production projetée. La configuration concentrique de cuvelages de plus en plus petits demande un forage de grand diamètre à la partie supérieure du puits du fait de l'épaisseur des cuvelages et des connecteurs et également du minimum de jeu nécessaire à la circulation du ciment entre le cuvelage et la paroi du puits.

Il existe des méthodes comme celle décrite par le brevet US 5,794,702 de l'inventeur, qui définit un système de cuvelage en continu permettant de descendre rapidement un cuvelage continu dans un puits. Le cuvelage est enroulé par déformation plastique sur de larges bobines. Une unité d'injection redresse le cuvelage et replie sa section transversale en forme de fer à cheval à mesure qu'elle est déroulée de la bobine pour entrer dans le puits. Lorsque le cuvelage a atteint sa profondeur d'installation, il est réouvert mécaniquement ou hydrauliquement.

Les brevets US 5,979,560 et 6,253,852 de l'inventeur décrivent des appareils de fond de puits comprenant des sections de tubes qui sont pliées longitudinalement pour permettre leur descente dans le puits puis regonflées par pression interne pour reprendre leur forme cylindrique initiale.

On peut également descendre dans un cuvelage, un cuvelage de plus petit diamètre de forme cylindrique et augmenter son diamètre par dilatation de la paroi du tube qui le compose à l'aide d'un mandrin expansif. Dans ce cas on pousse ou tire un mandrin dilatateur comprenant un premier diamètre égal au diamètre intérieur du tube et un second diamètre égal au diamètre intérieur que l'on désire obtenir, ces deux diamètres étant reliés par un tronc de cône. C'est sur ce tronc de cône que se produit la dilatation plastique de la paroi du tube qui doit tre au moins de l'ordre de 15% en augmentation de diamètre extérieur, et c'est la longueur axiale de ce cône qui limite l'épaisseur du tube envisageable du fait du risque de provoquer des fissures par striction initiées sur des micro défauts dans la zone qui est très fortement allongée plastiquement.

Ces différentes méthodes permettent donc la mise en place d'un tube d'un diamètre donné à travers un tube précédent d'un diamètre réduit nécessitant une déformation plastique pour prendre ses dimensions finales dans une cavité située en dessous un cuvelage précédent de diamètre réduit et par déformation plastique en une seule passe, lui donner son diamètre final.

Mais cette opération donne soit une section irrégulière au tube, qui conserve la marque des plis réalisés lors du pliage dans le cas ou la section a été initialement pliée, soit est limitée en épaisseur dans le cas ou le tube est initialement cylindrique et est simplement dilaté. Du fait de ces irrégularités ou d'une épaisseur réduite, la résistance à la pression extérieure est grandement diminué par rapport aux cuvelages équivalents mis en place d'une façon traditionnelle, les suivants plus petits à travers les précédents plus gros.

Exposé de l'invention : Par conséquent, le but de l'invention est d'offrir une méthode pour améliorer la résistance à la pression extérieure des tubes qui doivent tre déformés plastiquement pour prendre leurs formes et dimensions définitives quelque soit la technique utilisée pour les introduire dans le puits. Cette méthode améliore la résistance à la pression extérieure des tubes en améliorant d'une part la circularité de la section et d'autre part en permettant l'utilisation de tubes de forte épaisseur.

L'objet de l'invention est donc une méthode permettant d'améliorer la résistance en pression extérieure d'un tube mis en place dans un puits préalablement cuvelé, offrant un passage à travers son cuvelage de dimension réduite, la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comprend la descente du tube sous une première forme dont les dimensions sont inférieures à la section réduite, la mise en forme pour le faire passer de la section de tube dans une forme sensiblement cylindrique ayant une dimension supérieure à la section réduite et 1'expansion par déplacement d'un mandrin dilatateur cylindrique à travers le tube dont la valeur d'expansion est comprise entre 2 et 10 % de la valeur des diamètres extérieurs.

Cette méthode s'applique au système de cuvelage en diamètre unique qui consiste à descendre l'ensemble d'un cuvelage dans un puits à travers un cuvelage précédent d'un diamètre prédéterminé, et d'agrandir ce cuvelage par dépliage ou expansion au diamètre prédéterminé.

Plus généralement, cette méthode s'applique à toute section de tube qui doit momentanément passer à travers une ouverture de dimension inférieure lors de sa descente dans un puits et doit reprendre par déformation plastique un diamètre final supérieur aux dimensions de l'ouverture par laquelle elle a du momentanément passer.

Dans une caractérisation de l'invention, le mandrin dilatateur sera déplacé par l'application d'une pression en arrière, l'étanchéité du mandrin dans le cuvelage étant située en avant de la forme d'expansion du mandrin dilatateur.

Brève description des dessins : La figure 1 est une vue en coupe de la section du tube initial tel que fabriqué.

La figure 2 est une vue en coupe de la section du tube replié tel qu'il est descendu dans le puits.

La figure 3 est une vue en coupe de la section du tube regonflé par la pression du fluide d'ouverture.

La figure 4 est une vue en coupe de la section du tube final légèrement expansé donnant un passage suffisant pour l'introduction du tube suivant selon la figure 2.

La figure 5 est une vue en perspective du calibre dilatateur des deux premiers mode de mise en oeuvre de l'invention.

La figure 6 est une vue en coupe partielle en perspective du passage du calibre dilatateur des deux premiers modes de mise en oeuvre de l'invention.

La figure 7 est une vue en perspective d'un appareil replié passant à travers un cuvelage de diamètre réduit.

La figure 8 est une vue en coupe partielle en perspective du cuvelage de cuvelage final installé.

La figure 9 est une vue en perspective du calibre dilatateur double.

La figure 10 est une vue en coupe partielle en perspective du passage du calibre dilatateur double.

La figure 11 est une vue en coupe partielle en perspective d'un cuvelage replié.

La figure 12 est une vue en coupe partielle en perspective d'un cuvelage expansible.

La figure 13 est une vue en coupe partielle en perspective du cuvelage final avec la tte de cuvelage forgée dans le pied de cuvelage du cuvelage précédent et le sabot foré.

Description détaillée de l'invention : Sur la figure 1, la section du tube 1 tel qu'il est fabriqué est circulaire et régulière. Avant d'tre transporté sur le chantier de forage, ce tube est replié en forme de U 2 comme illustré sur la figure 2 pour réduire ses dimensions radiales et permettre son passage dans le précédent cuvelage constitué de tubes de dimensions identiques. Le cuvelage qui peut avoir une longueur de quelques centaines de mètres à quelques milliers de mètre est soit continu et enroulé sur une bobine en configuration replié, soit assemblé en surface à la verticale du puits à l'aide de longueur de 12 mètres de tubes replié sur la quasi totalité de la longueur à l'exception des extrémités.

Quelque soit la méthode d'assemblage et de transport sur le chantier de forage, le cuvelage est descendue dans le puits puis regonflée par pompage de fluide dans le cuvelage. Le regonflage en pression donne une section 3 illustrée par la figure 3. Comme on peut le constater cette section est sensiblement circulaire mais irrégulière et présente la marque des plis réalisés lors du pliage de la section.. En effet les plis convexe 2a se retrouvent en 2b et le pli concave 3a se retrouve en 3b. En fait ce ne sont pas les plis qui reste mais les départs et arrivés de plis qui représentent des points durs.

Si ces irrégularités n'ont que peu d'effets sur la capacité du tube en pression intérieure, la présence locale de grands rayons de courbure 2c et de méplat 2d affecte considérablement les performances en pression extérieure lorsqu'on les compare aux performances du tube initial.

Sur la figure 5, le mandrin dilatateur 100 comprend une partie active 101 constituée par un cylindre au diamètre d'expansion précédé par un cône d'expansion 102. A la partie supérieure

on attache l'extrémité inférieure de la garniture de forage 103. Le mandrin dilatateur peut ainsi remplir son office en utilisant le poids de la garniture, alourdie par des tiges-masses (non représentées) pour effectuer l'opération d'expansion. Enfin une tte conique 104 est disposée à sa partie inférieure.

Dans certain cas, par exemple lorsque la section de forage est horizontale ou quasi horizontale, ou bien lorsque l'application d'un poids suffisant sur le mandrin dilatateur pose des problèmes, il peut-tre avantageux de pomper le mandrin dilatateur et dans ce cas une ou des coupelles 103 haute pression en élastomère seront disposées sur le corps du mandrin dilatateur généralement au dessus de celui-ci afin d'exercer une poussée sur ce dernier en faisant une étanchéité glissante sur la surface intérieure brut de laminage du cuvelage.

Néanmoins il peut tre avantageux de disposer les coupelles 103 en dessous du mandrin dilatateur comme illustré sur la figure 5 afin d'un part de propulser le mandrin dilatateur et d'autre part d'utiliser la pression de poussée pour mettre en pression intérieure la partie de tube à dilater. En effet ceci diminue l'effort axial d'expansion en mettant le tube sous tension circonferentielle et en diminuant les efforts de contact du tube sur la partie cylindrique 101 du mandrin dilatateur.

Sur la figure 6, le mandrin dilatateur 100 est forcé à travers le cuvelage 99 pour réaliser une légère expansion de la circonférence du tube dans le domaine plastique. La section 105 qui a le profil de la figure 3 est étirée en passant sur le cône 102 suivi du cylindre 101 et prend le profile 106 de la figure 4. Cette légère expansion permet de fortement réduire la marque des plis et de ce fait redonne une forme régulière au cuvelage qui reprend la section illustrée à la figure 4. Cette expansion accroît la longueur de la circonférence extérieure du cuvelage de 2 à 10% (figure 1 et 4) et donc en conséquence le diamètre extérieur dans le mme rapport.

Se référant à la figure 11, le cuvelage 6 de cuvelages repliés est formée de longueurs multiples de cuvelages repliés 8. Le cuvelage 6 comprend une suspension en tte 26 connectée par des longueurs de cuvelage 8 au réceptacle 28 également replié et à un sabot 34 partiellement replié. La suspension de tte 26 comprend des doigts d'accrochage 30. La suspension 26 comporte également des rainures triangulaires circonférentielles 27 sur sa surface extérieure. De préférence, un revtement de métal mou est disposé en fond de rainure triangulaire 27 pour faciliter l'étanchéité. Un profil à rainure intérieure 31 est disposé sur le diamètre intérieure de la suspension 26 pour permettre l'accrochage sur l'outil de pose 50 (non représenté). Le cuvelage 8 relié à la suspension de tte 26 peut s'étendre en cuvelage 6 sur plusieurs milliers de mètres.

Le réceptacle de pied 28 comprend un profil à rainure intérieure 32 destiné à recevoir les doigts d'accrochage 30 de la suspension de tte 26 du cuvelage suivante (non visible) qui sera suspendue en dessous. Le réceptacle de pied 28 a une surface de rainure triangulaire 29 qui d'une manière similaire coopère avec les rainures triangulaires 27 de la suspension de tte 26 de la prochaine cuvelage (non visible) qui sera suspendue en dessous.

Le sabot de cimentation 34 est décalé par rapport à l'axe du cuvelage 6 et comprend un clapet anti-retour 35 avec un siège supérieur d'étanchéité 38, un siège inférieur 36 maintenu en place par des goupilles de cisaillement 37, étanche dans le sabot de cimentation 34 par des joints, une bille flottante 39 et un passage de fluide 40 reliant le clapet anti-retour 35 à la sortie inférieure. La figure 11 montre le cuvelage 6 et la suspension de tte 28 dans une configuration repliée. La suspension de tte 26 et le sabot 34 ne sont pas repliés. La suspension de tte 26 sera dans un premier temps expansée cylindriquement pour permettre la descente de l'outil de pose et du mandrin dilatateur, puis sera finalement dilatée en sertissage dans le réceptacle de pied 28 de la précédente cuvelage installée.

La figure 12 montre la mme configuration de cuvelage que la figure lia l'exception près que le corps du cuvelage est constitué de tubes dilatables 8'et non replié 8'mais on retrouve les mmes ttes de cuvelage 26 dilatables et pied de cuvelage 28 replié décrit sur la figure 11.

Se référant à la figure 13, la suspension de tte 26 est suspendue à la précédente cuvelage dépliée 5 par l'intermédiaire des doigts d'accrochage 30. Les rainures triangulaires 27 ont été déformées pour interpénétrer les rainures triangulaires 28 du précédent cuvelage 5. Le cuvelage 8 a été regonflé.

Comme on peut le constater, un système de cuvelage peut tre construit autour d'un cuvelage replié. La réduction de diamètre pour sa descente à travers du cuvelage précédent de mme dimension peut tre obtenu à partir de la technique de pliage de tube ou de la technique connue de forte expansion d'un tube. Comme nous venons de le voir, il est avantageux de combiner les techniques de pliage et d'expansion en repliant un cuvelage de 6-5/8'pour obtenir un diamètre extérieur de 6'et ensuite à la place de mandrin dilatateur au mme diamètre de le dilater légèrement pour obtenir un diamètre de 7' (5,7% d'expansion) et en conséquence tre capable de combiner la capacité d'utiliser des tubes épais et l'écrouissage réduit de la technique repliée avec la bonne géométrie de la technique expansée. Si l'on avait voulu prendre un cuvelage de 6"qui passe à travers un cuvelage de 7", et le dilater pour obtenir un cuvelage de 7", c'est une expansion de 16,7% qu'il faudrait réaliser avec les limitations que nous avons évoquées précédemment. On pourra obtenir un résultat similaire

en complémentant une première expansion de mise en place avec une deuxième et ainsi limiter la valeur de 1'expansion qui doit tre réalisé en une fois.

En dépit du fait que les cuvelages sont considérées comme assemblées à partir de longueurs droites dans la description précédente, des cuvelages continus sur bobines tel que décrit dans le brevet US 5,794,702 peuvent tre également utilisés pour construire un système de cuvelage plié-regonflé profitant de performances en pression extérieure améliorées par l'opération gonflage suivie d'une légère expansion décrite ci-dessus.

Dans un deuxième mode d'utilisation du dispositif de l'invention, un appareil de fond de puits 110 (figure 7) comportant des sections de tube 11 la et 112a est écrasé avec ses sections de tube repliés pour permettre sa descente dans le passage réduit d'un cuvelage 115 de puits.

Un exemple de type d'appareil est décrit dans les brevets US 5, 979,560 et 6,253,852.

Lorsque celui-ci atteint la bonne profondeur qui présente une cavité élargie (non représentée), l'appareil est regonflé (figure 8) par pompage d'un fluide, ce qui lui donne une forme générale cylindrique 120. Mais comme précédemment cette forme regonflée présente sur les parties droite des tubes 11 lb et 112b constituant l'appareil, des variations de rayons de courbure localisées au droit des précédents pliages (voir figure 3) et il est nécessaire de les éliminer pour améliorer la résistance à la pression extérieure de ces sections. Ceci est réalisé par une action mécanique d'un mandrin légèrement dilatateur (figure 5) tel que précédemment décrit pour le premier mode d'utilisation qui est introduit sur une garniture de forage à travers l'appareil et qui s'engage successivement dans les deux branches 11 lb et 112b pour réaliser une légère expansion des tubes constituant celles-ci.

Dans le cas d'appareil de fond de puits 110, qui comporte deux branches 111 et 112, il est avantageux de les plier avec un pli sur chaque tube 116 et 117 faisant face l'un à 1'autre ce qui donne des sections 121 et 122 en forme de U face à face. Les marques des plis 116 et 117, qui persiste après regonflage (figure 3) sont totalement effacées par l'opération d'expansion légère et les sections redeviennent parfaitement circulaire 123 et 124 avec une augmentation de diamètre de 2 à 10 %.

Sur la figure 9, le mandrin dilatateur 200 comprend une partie active 201 constituée par deux cylindres expansifs, l'un étant au diamètre final d'expansion 211 et 1'autre approximativement au diamètre intermédiaire 212 entre le diamètre final et le diamètre du cuvelage expansif initial. Ces diamètres sont précédés par deux cône d'expansion 213 et 214 respectivement. A la partie supérieure on attache l'extrémité inférieure de la garniture de forage 103. Le mandrin dilatateur peut ainsi remplir son office en utilisant le poids de la

garniture, alourdie par des tiges-masses (non représentées) pour effectuer l'opération d'expansion. Enfin une tte conique 104 est disposée à sa partie inférieure.

Dans certains cas, par exemple lorsque la section de forage est horizontale ou quasi horizontale, ou bien lorsque l'application d'un poids suffisant sur le mandrin dilatateur pose des problèmes, il peut-tre avantageux de pomper le mandrin dilatateur et dans ce cas une ou des coupelles haute pression 103 en élastomère seront disposées sur le corps du mandrin dilatateur généralement au dessus de celui-ci afin de propulser ce dernier en faisant une étanchéité glissante sur la surface intérieure brut de laminage du cuvelage.

Néanmoins il peut tre avantageux de disposer les coupelles 103 en dessous du mandrin dilatateur comme illustrée sur la figure 9 afin d'utiliser la pression de poussée pour mettre en pression intérieur la partie de tube à dilater (206,208). En effet ceci diminue l'effort axial d'expansion en mettant le tube sous tension circonferentielle et en diminuant les efforts de contact du tube sur les parties cylindrique 211 et 212 du mandrin dilatateur 200.

Sur la figure 10, le mandrin dilatateur 200 est forcé à travers le cuvelage expansible 199 pour réaliser successivement deux expansions distinctes de la circonférence du tube dans le domaine plastique. La section 205 initiale qui est circulaire est étirée en forme de cône 206 en passant sur le cône 214 suivi du cylindre 212 et prend le diamètre circulaire 207 puis est de nouveau étirée en forme de cône 208 en passant sur le cône 213 suivi du cylindre 211 et prend le diamètre circulaire 209. Cette expansion en deux étapes 206 et 208 permet de traiter des fortes épaisseurs alors qu'une expansion en une seule étape demanderait une zone plastique du double de la longueur ce qui augmenterait grandement la possibilité de strictionner longitudinalement la zone étirée en présence d'un défaut de longueur donnée. On comprend bien que la zone étirée doit tre maintenue circonférentiellement pour éviter la formation de striction en présence de défauts, or dès que l'on augmente le rapport d'expansion au delà de 10% on diminue sensiblement la tolérance au défaut En dépit du fait que les cuvelages sont assemblées à partir de longueurs droites dans la description, des cuvelages continus sur bobines peuvent tre utilisés pour construire un système de cuvelage à diamètre unique.