Stabilisateur pour garniture de forage

Abstract

 Stabilisateur pour garniture de forage comprenant un élément tubulaire central (10) à l'intérieur duquel le fluide de forage descend et se caractérisant en ce que cet élément tubulaire central (10) est entouré à distance par un manchon cylindrique (11) coaxial, à surface extérieure lisse, relié à l'élément tubulaire central (10) par un ensemble de pales (17), de sorte que le fluide de forage remonte dans l'espace annulaire entre élément tubulaire central (10) et manchon cylindrique (11) en étant entraîné par ces pales (17), tandis que la surface extérieure lisse du manchon cylindrique (11) détermine la portance exercée sur le stabilisateur.

Description

[0001] L'invention concerne les stabilisateurs montés dans les garnitures de forage pour supporter celles-ci dans un trou de forage et éventuellement en déterminer la position par rapport à l'axe de ce trou dans le cas des forages déviés pour lesquels l'invention trouve une application particulièrement intéressante sans être limitée à celle-ci.

[0002] Une garniture de forage est constituée par une succession d'éléments tubulaires dont l'élément inférieur porte l'outil de forage et qui forment intérieurement un passage longitudinal pour l'amenée d'un fluide de forage sur l'outil de forage, ce fluide remontant en surface dans l'espace annulaire compris entre la garniture de forage et la paroi du trou.

[0003] Pour le passage du fluide de forage dans cet espace annulaire au droit d'un stabilisateur, on forme dans la paroi extérieure du stabilisateur des rainures hélicoïdales.

[0004] Ces rainures déterminent aussi, par la largeur et la configuration des lames en saillie qui les séparent les unes des autres, la portance hydrodynamique exercée latéralement sur le stabilisateur. Il en résulte qu'il n'est généralement pas possible d'optimiser la réalisation de la paroi extérieure d'un stabilisateur à la fois au point du vue de la portance et au point de vue de l'écoulement du fluide de forage. Cette optimisation est d'autant moins accessible lors de la conception du stabilisateur que l'existence de rainures hélicoïdales ne permet pas de calculer avec précision la portance hydrodynamique.

[0005] La présente invention a pour objectif de permettre cette optimisation en séparant les portions de stabilisateur intervenant dans la portance des portions de stabilisateur servant à la remontée du fluide de forage et en outre de faciliter la remontée de ce fluide.

[0006] A cette fin, l'invention prévoit un stabilisateur comprenant un élément tubulaire muni à ses extrémités longitudinales de moyens de raccordement pour l'insertion dans une garniture de forage et formant un passage interne longitudinal pour un mouvement descendant d'un fluide de forage, caractérisé en ce que cet élément tubulaire est entouré par un manchon cylindrique coaxial et écarté dont la paroi extérieure est lisse tandis que des pales sont montées entre ledit élément tubulaire et ledit manchon cylindrique pour maintenir ce dernier et pour entraîner le fluide de forage dans un mouvement ascendant à l'intérieur de l'espace compris entre ledit élément tubulaire et ledit manchon cylindrique.

[0007] Ainsi, le stabilisateur présente d'une part une paroi extérieure lisse sur laquelle on peut calculer exactement la portance exercée et d'autre part un passage entre élément tubulaire et manchon cylindrique, dans lequel le fluide de forage remonte en étant entraîné par l'effet de pompe dû aux pales.

[0008] Selon une autre particularité de l'invention, le manchon cylindrique du stabilisateur est muni à chacune de ses deux extrémités longitudinales, respectivement supérieure et inférieure, d'un bord tronconique convergent qui évite la présence d'angles vifs sur le parcours du fluide de forage et qui canalise du fluide de forage vers l'espace compris entre paroi extérieure du manchon cylindrique et paroi du trou de forage, espace où il joue le rôle de fluide porteur dans le palier qui constitue le trou de forage pour le stabilisateur.

[0009] Le bord tronconique convergent de l'extrémité longitudinale supérieure du manchon cylindrique est avantageusement renforcé par une recharge en carbure de tungstène qui protège ce bord tronconique lors de la remontée du stabilisateur dans le trou de forage et lui permet dans ce mouvement ascendant de se dégager éventuellement par abrasion du trou de forage.

[0010] On facilite encore l'introduction du fluide de forage dans l'espace entre paroi extérieure du manchon cylindrique et paroi du trou de forage en prévoyant des encoches dans les portions de l'une au moins des deux extrémités longitudinales du manchon cylindrique comprises entre les pales.

[0011] On va décrire, à titre non limitatif, un exemple de réalisation de l'invention en se référant au dessin joint dans lequel:

- la Fig. 1 est une vue en coupe axiale de la portion inférieure d'une garniture de forage dans un trou de forage;

- la Fig. 2 est une vue à plus grande échelle, en élévation et coupe partielle, d'un stabilisateur de cette garniture de forage, dont la Fig. 3 est une vue de dessus; et

- la Fig. 4 est une vue en élévation à échelle encore agrandie du stabilisateur.

[0012] Sur la Fig. 1, une garniture de forage 1 porte à son extrémité inférieure un outil de forage 2 surmonté d'un assemblage de fond de puits 3 comprenant des masses-­tiges. Au-dessus de l'assemblage de fond de puits 3, la garniture de forage comporte un stabilisateur 4 qui va être décrit en détail à l'aide des figures suivantes. La garniture de forage 1 a été représentée dans un trou 5 en cours de forage dans une formation 6.

[0013] Comme on le voit sur la Fig. 2, le stabilisateur 4 comprend un raccord femelle supérieur 7 avec un nez de repêchage 8, un raccord mâle inférieur 9, un élément tubulaire central 10 joignant ces deux raccords et un manchon cylindrique 11 entourant l'élément tubulaire 10 et coaxial à celui-ci. L'extrémité annulaire supérieure 12 du manchon 11 se prolonge par un bord tronconnique supérieur convergent 13 muni d'un revêtement en carbure de tungstène 14. L'extrémité annulaire inférieure 15 se prolonge par un bord tronconique inférieur convergent 16.

[0014] Des pales 17, que l'on voit mieux sur la Fig. 4, ont été soudées d'une part à la paroi extérieure de l'élément tubulaire 10 et d'autre part à la paroi intérieure du manchon cylindrique 11. Tout autre mode de réalisation de l'ensemble de l'élément de l'élément tubulaire 10, du manchon cylindrique 11 et des pales 17 peut également être envisagé.

[0015] Dans les extrémités annulaires 12 et 15 du manchon 11 et entre les zones où les pales 17 sont fixées sur le manchon, on a ménagé des encoches 18 qui pénètrent dans une portion de l'épaisseur du manchon 11 ou peuvent éventuellement traverser toute l'épaisseur du manchon.

[0016] Le stabilisateur décrit précédemment présente une grande robustesse du fait que l'on peut donner à l'élément tubulaire 10 et au manchon 11 une épaisseur importante et que les pales 17 forment des nervures de renforcement.

[0017] L'écoulement du fluide de forage s'effectue à l'intérieur de l'élément tubulaire 10 lors de la descente de ce fluide vers l'outil de forage et dans l'espace compris entre l'élément tubulaire 10 et le manchon 11 lors de la remontée du fluide de forage vers la surface. Les deux passages du fluide de forage au droit du stabilisateur 4 sont donc internes à ce stabilisateur, tandis que la portance s'exerce sur la paroi extérieure lisse du manchon 11 de ce stabilisateur. Ce stabilisateur remplit ainsi deux fonctions distinctes : une fonction de palier et une fonction de pompe.

[0018] On constate qu'en laissant un jeu faible entre ce stabilisateur et le trou, un phénomène de palier fluide se produit avec la création d'un film de fluide de forage entre le stabilisateur et le trou dont l'effet de portance est tel qu'il n'y a pas de contact entre le stabilisateur et le trou. L'absence de frottement solide entre le stabilisateur et le trou réduit les déviations en azimut de la garniture de forage et améliore la transmission du couple d'entraînement à l'outil de forage.

[0019] En forage rotary, la différence des pertes de charge lors de la remontée du fluide de forage entre un stabilisateur classique et le présent stabilisateur est supérieure à 1 bar. Avec une garniture de forage à quatre stabilisateurs, le gain obtenu grâce au présent stabilisateur est d'environ 5 bars. On peut ainsi réduire l'écart entre la pression de fond lors de la circulation du fluide de forage et la pression de fond en l'absence de circulation et améliorer la remontée des déblais. En turboforage, le stabilisateur tournant aux alentours de 800 tr/mn, la fonction de pompe de ce stabilisateur est particulièrement importante et un gain sensible d'avancement de l'outil de forage peut être obtenu.

Revendications

1 - Stabilisateur pour garniture de forage, comprenant un élément tubulaire (10) muni à ses extrémités longitudinales de moyens de raccordement (7, 9) pour l'insertion dans une garniture de forage et formant un passage interne longitudinal pour un mouvement descendant d'un fluide de forage, caractérisé en ce que cet élément tubulaire (10) est entouré par un manchon cylindrique (11) coaxial et écarté dont la paroi extérieure est lisse tandis que des pales (17) sont montées entre ledit élément tubulaire (10) et ledit manchon cylindrique (11) pour maintenir ce dernier et pour entraîner le fluide de forage dans un mouvement ascendant.

2 - Stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit manchon cylindrique (11) est muni à chacune de ses deux extrémités longitudinales, respectivement supérieure (12) et inférieure (15) d'un bord tronconique convergent (13, 16).

3 - Stabilisateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bord tronconique convergent (13) de l'extrémité longitudinale supérieure (12) est renforcé par une recharge en carbure de tungstène (14).

4 - Stabilisateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que des encoches (18) sont ménagées dans les portions de l'une au moins des deux extrémités longitudinales (12, 15) du manchon cylindrique (11) comprises entre les pales (17).

Dessins