FR2691203A1 - Tube auxiliaire sans raccord pour puits de forage profond. - Google Patents
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Abstract
Ce tube est constitué: - par une âme tubulaire centrale (10) réalisée par extrusion dans une résine fluorée, rigide mais tolérant l'enroulage du tube sur un touret, - par au moins une nappe (12) de câbles métalliques enroulés en hélice autour de l'âme tubulaire et dont, au moins l'un (12a) des câbles, forme conducteur électrique et détecteur d'endommagement et de rupture, - et par une gaine extérieure (13), en résine fluorée extrudée sur l'âme (10) et sur la nappe (12) des câbles.
Description
"Tube auxiliaire sans raccord pour puits de forage profond".
L'invention concerne le domaine des puits de forage géothermique, pétrolier ou autres.
Comme le montre la figure 1 annexée, l'exploitation des forages profonds nécessite de plus en plus fréquemment l'utilisation de tube auxiliaire 2, ayant un diamètre compris entre 20 et 30 millimètres et se logeant dans les tubes 3a-3b du puits, ayant des diamètres allant de 300 à 170 millimètres, pour amener au fond de celui-ci des fluides à usage spécifique assurant la commande hydraulique d'équipement de fonds de puits, ou constituant inhibiteur de corrosion, produit de nettoyage du puits et des colonnes, produit de stimulation injecté dans le réservoir souterrain, ...
Dans le cas de forage géothermique, de tels tubes auxiliaires sont disposés dans un environnement défavorable, car souvent à une température supérieure à 50 C et dans un milieu corrosif, et sont parcourus par des fluides sous pression et également corrosifs.
Actuellement les tubes auxiliaires sont constitués:
- soit par un tube continu avec une âme en acier inoxydable prise en sandwich entre deux couches de matériaux synthétiques,
- soit par des tronçons de tubes en résine époxy, assemblés bout à bout.
- soit par un tube continu avec une âme en acier inoxydable prise en sandwich entre deux couches de matériaux synthétiques,
- soit par des tronçons de tubes en résine époxy, assemblés bout à bout.
La première technique est très coûteuse à la fabrication et à l'utilisation et engendre, par la rigidité du tube, des difficultés lors de son introduction dans le puits. De plus, ses déroulements et enroulements engendrent des microfissures qui génèrent, elles-mêmes, des pertes de charges et limitent sa réutilisation.
La seconde technique utilisant des tronçons raccordés entraîne, par les raccords, d'une part, des pertes de charge dans l'écoulement du fluide, et d'autre part, des fuites incontrôlables. Par ailleurs, en raison du vieillissement de la résine et de son altération par les conditions d'exploitation, lorsque le tube est remonté en surface, le démontage de ces tronçons entraîne la rupture de nombreux raccords et s'oppose à sa réutilisation.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des tubes auxiliaires actuels en fournissant un tube de petit diamètre, peu onéreux à réaliser et à installer, ou à désinstaller, pouvant être réalisés en très grande longueur, ne créant aucune perte de charge, insensibles aux fuites et résistant aux dures conditions d'exploitation.
A cet effet, le tube auxiliaire selon l'invention est constitué:
- par une âme tubulaire centrale réalisée par extrusion dans une résine fluorée, rigide mais tolérant l'enroulage du tube sur un touret,
- par au moins une nappe de câbles métalliques enroulée en hélice autour de l'âme tubulaire et dont, au moins l'un des câbles, forme conducteur électrique et détecteur de rupture,
- et par une gaine extérieure en résine fluorée extrudée sur l'âme et sur les câbles.
- par une âme tubulaire centrale réalisée par extrusion dans une résine fluorée, rigide mais tolérant l'enroulage du tube sur un touret,
- par au moins une nappe de câbles métalliques enroulée en hélice autour de l'âme tubulaire et dont, au moins l'un des câbles, forme conducteur électrique et détecteur de rupture,
- et par une gaine extérieure en résine fluorée extrudée sur l'âme et sur les câbles.
Ce tube, qui combine les techniques d'extrusion et de la câblerie, permet d'obtenir un ensemble très résistant, de longueur adaptée aux besoins et présentant un état de surface intérieur, et extérieur, réduisant les pertes de charges à leur valeur minimale, tant pour le fluide véhiculé dans le tube que pour le fluide transitant à l'extérieur.
Le recours à deux couches extrudées, emprisonnant au moins une nappe de câbles métalliques, permet d'adapter parfaitement aux conditions d'exploitation la nature des matériaux constituant les enveloppes internes et externes.
Un autre avantage de ce tube est qu'il peut être réalisé avec un diamètre extérieur inférieur à 20 millimètres, ce qui permet de l'utiliser dans des puits comportant un tube principal de faible diamètre, ou dans l'espace annulaire délimité entre deux tubes concentriques, ou entre un tube externe et une pompe immergée.
Dans une forme d'exécution de l'invention, au moins l'un des câbles de renfort est raccordé, d'un côté, à une source de courant électrique, et de l'autre côté, à un circuit de retour aboutissant à la même source et comportant un appareil de mesure du courant, constituant contrôleur d'endommagement et de rupture du tube.
Cet agencement simple permet, en permanence, de vérifier le comportement du tube auxiliaire, son intégrité et de détecter toute fuite éventuelle.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution du tube selon l'invention.
Figure 1 est une vue partielle, en coupe transversale, montrant un puits sans pompe immergée avec un tube auxiliaire traditionnel,
Figures 2 et 3 sont des vues en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, deux formes d'exécution du tube selon l'invention,
Figures 4 et 5 sont des vues schématiques de côté, avec coupe partielle, illustrant les procédés de fabrication des tubes des figures 2 et 3,
Figure 6 est une vue partielle de côté, en coupe longitudinale, montrant une forme de mise en oeuvre du circuit électrique de contrôle de l'intégrité du tube auxiliaire,
Figure 7 est une vue en coupe transversale schématisant une autre forme de mise en oeuvre du circuit électrique de contrôle de l'intégrité.
Figures 2 et 3 sont des vues en coupe transversale montrant, à échelle agrandie, deux formes d'exécution du tube selon l'invention,
Figures 4 et 5 sont des vues schématiques de côté, avec coupe partielle, illustrant les procédés de fabrication des tubes des figures 2 et 3,
Figure 6 est une vue partielle de côté, en coupe longitudinale, montrant une forme de mise en oeuvre du circuit électrique de contrôle de l'intégrité du tube auxiliaire,
Figure 7 est une vue en coupe transversale schématisant une autre forme de mise en oeuvre du circuit électrique de contrôle de l'intégrité.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 2 et 4, le tube, selon l'invention, désigné par la référence générale 9, est composé d'une âme tubulaire centrale 10, d'une nappe de câble métallique 12 et d'une gaine extérieure 13. Comme le montre la figure 4, l'âme centrale 10, est réalisée par extrusion d'une résine fluorée et par exemple, en polyfluorure de vinylidène. En sortie de l'extrudeuse 11, la nappe 12 de câbles métalliques est enroulée directement sur l'âme 10 et est recouverte, au moyen d'une extrudeuse 14, par la gaine extérieure 13, composée d'une résine fluorée et par exemple un copolymère d'éthylène et chlorotrifluoroéthylène. Les résines constituant l'âme 10 et la gaine 13 sont rigides mais permettent cependant d'enrouler l'ensemble du tube sur un touret et de cintrer le tube pour faciliter son introduction dans le tube principal du puits, comme montré figure 6.
Dans la forme d'exécution représentée aux figures 3 et 5, les câbles 12 de la première nappe sont noyés, par passage dans une extrudeuse 15, dans une première gaine 16 en résine fluorée, gaine recevant une autre nappe 17 de câbles métalliques. La nappe 17 est enroulée en hélice autour de la gaine 16, mais en sens inverse de la nappe 12 enroulée sur l'âme centrale 10. Cette deuxième nappe 17 est noyée dans la gaine extérieure 13 par passage dans la filière 14. La gaine 16 est réalisée dans la même matière que celle de la gaine 13. L'enroulement en sens inverse des nappes 12 et 17 de câbles assure un caractère antigiratoire au tube auxiliaire.
Des essais ont été réalisés avec un tube du type représenté à la figure 2 et comportant une âme centrale 10, ayant un diamètre intérieur de 8 millimètres, et un diamètre extérieur de 12 millimètres, une nappe de câbles 12 composée de 24 câbles en acier galvanisé ayant 1 millimètre de diamètre, et d'une gaine extérieure 13 ayant un diamètre extérieur de l'ordre de 18 millimètres. Ces essais, destinés à mesurer les pressions d'éclatement à long terme, c'est à dire pour une contrainte interne maintenue plus de 1000 heures, ont montré que la pression théorique d'éclatement était, respectivement, à 25 C, de l'ordre de 128 bars et, à 80 " C, de l'ordre de 80 bars.
Le poids de ce tube est de l'ordre de 445kg/km et la longueur produite en continue peut être de l'ordre de 2kilomètres, sa limitation ne dépendant que des capacités de stockage des tourets standards.
Les mêmes essais ont été effectués avec le tube de figure 3 comportant:
- une âme 10, ayant un diamètre intérieur de 8 millimètres et un diamètre extérieur de 1 1 millimètres,
- une première nappe 12 composée de 18 câbles en acier galvanisé de 1 millimètre de diamètre,
- une gaine 16 ayant un diamètre externe de 14,5 millimètres,
- une deuxième nappe de renfort 17, composée de 18 câbles en acier galvanisé ayant 1 millimètre de diamètre,
- et une gaine extérieure, 13 ayant un diamètre extérieur de 19 millimètres.
- une âme 10, ayant un diamètre intérieur de 8 millimètres et un diamètre extérieur de 1 1 millimètres,
- une première nappe 12 composée de 18 câbles en acier galvanisé de 1 millimètre de diamètre,
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- une deuxième nappe de renfort 17, composée de 18 câbles en acier galvanisé ayant 1 millimètre de diamètre,
- et une gaine extérieure, 13 ayant un diamètre extérieur de 19 millimètres.
Les essais ont montré que la pression théorique d'éclatement était, respectivement, à 25 C, de 101 bars, et 80 0 C, de 55 bars. Le poids d'un tel tube est de l'ordre de 540 kg/km.
Par rapport aux solutions actuelles, le tube selon l'invention peut être produit en très grande longueur sans raccord, ce qui supprime tous risques de fuite, cassure ou mauvais emboîtage, tout en procurant, grâce à la continuité du conduit interne, à des pertes de charge réduites au minimum. Par ailleurs, le recours à l'extrusion et à l'utilisation de résines fluorées permet d'obtenir aussi bien sur la paroi interne de l'âme 10, que sur la face externe périphérique de la gaine 13, des états de surface très lisses limitant, au minimum, les pertes de charge. Enfin, le recours à des résines fluorées, possédant d'excellentes caractéristiques mécaniques, permet de réduire l'épaisseur de la paroi composant l'âme centrale 10 et de celle composant les gaines 13 et 16, et, par leurs caractéristiques chimiques, de réduire les risques d'attaque du tube, notamment lorsqu'il y a incertitude sur l'agressivité du sol ou de l'environnement.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins l'un des câbles métalliques composant la nappe 12 ou celle 17, constitue conducteur électrique pour un circuit comportant un appareil de mesure du courant, formant contrôleur d'endommagement et voire même de rupture du tube. Cette fonction s'effectue d'autant plus aisément que les résines fluorées ont un excellent coefficient d'isolation électrique.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 6, montrant un puits 3a-3b dans lequel le tube 9 selon l'invention est fixé dans la partie supérieure du puits, contre le conduit 20 allant une pompe immergée 22, est relié par l'un des câbles 17a composant sa nappe 17 à un circuit électrique 23.
Ce circuit, alimenté par une source de courant électrique, non représentée, est connecté à un appareil 24 de mesure du courant, lui-même connecté par un circuit 25 au circuit de retour composé parle tube métallique 3a-3b.
Dans ces conditions, toute rupture de la gaine extérieure 13, mettant en contact le câble de la nappe 17 avec le fluide circulant dans le puits principal, permet au courant circulant dans le câble 17a d'emprunter le circuit de retour constitué par le fluide véhiculé dans le tube principal 3a-3b et de revenir par le circuit 25 à l'appareil 24 agissant comme détecteur d'endommagement et de rupture. Bien entendu, avant mise en place du tube auxiliaire 9 dans le puits principal, il est procédé à la mesure de la résistance du câble 17a sur toute la longueur du tube 9.
Dans la forme d'exécution représentée à la figure 7, l'un des câbles 17b, de la nappe 17 de câbles métalliques, est raccordé à l'un des câbles 12a, de la nappe 12, au moyen d'un circuit électrique 26-27 comportant un appareil 24 de mesure du courant et une source d'alimentation en courant électrique, non représentée. L'excellente qualité isolante des matières fluorées employées assure une mesure très précise, et par là même, un contrôle très fin de l'intégrité du système et son utilisation en continu.
Bien entendu, avant introduction du tube 9 dans le puits, les extrémités des câbles conducteurs 17b-12a venant au fond du puits sont raccordées électriquement l'une à l'autre pour former un circuit s'étendant sur toute la longueur du tube.
Cette disposition permet de détecter les fuites se produisant à l'intérieur du tube auxiliaire 9 ou en direction du tube principal, mais aussi de vérifier l'intégrité des câbles assurant la tenue et la traction de l'ensemble.
Quelle que soit la forme de mise en oeuvre du dispositif de contrôle, celui-ci peut fonctionner indépendamment de la longueur du tube.
Cet agencement simple améliore considérablement les conditions de fonctionnement du tube auxiliaire.
Claims (6)
1. Tube auxiliaire sans raccord pour puits de forage profond, caractérisé en ce qu'il est constitué:
- par une âme tubulaire centrale (10) réalisée par extrusion dans une résine fluorée, rigide mais tolérant l'enroulage du tube (9) sur un touret,
- par au moins une nappe (12) de câbles métalliques enroulés en hélice autour de l'âme tubulaire et dont, au moins l'un (12a) des câbles, forme conducteur électrique et détecteur d'endommagement et de rupture,
- et par une gaine extérieure (13), en résine fluorée extrudée sur l'âme (10) et sur la nappe (12) des câbles.
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme tubulaire (10) est renforcée par une première nappe (12) de câbles métalliques, enroulée sur elle et incluse dans une gaine (16) de résine fluorée, extrudée sur l'âme (10) et la nappe (12), et par une deuxième nappe (17) de câbles métalliques, enroulée sur la première nappe (12), avec un sens d'enroulement inverse d'elle et noyée dans la gaine extérieure (13).
3. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'âme tubulaire (10) est réalisée en polyfluorure de vinylidène, tandis que chacune des gaines (13-16) est réalisée en co-polymère d'éthylène et chlorotrifluoro éthylène.
4. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, au moins l'un (12a-17a-17b) de ses câbles de renfort est raccordé, d'un côté, et par un circuit (23-26) à une source de courant électrique et, de l'autre, à un circuit de retour (25-27) comportant un appareil (24) de mesure du courant, constituant contrôleur d'endommagement et de rupture du tube.
5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de retour (27) est constitué par un autre (12a) des câbles de renfort auquel le premier câble (17b) est connecté, par son extrémité venant au fond du puits et avant son introduction dans le puits.
6. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de retour est constitué par le fluide, alors conducteur de l'électricité, parcourant le tube principal (3a-3b) du puits et assurant la liaison électrique avec ce tube principal (3a-3b), lui-même raccordé à l'appareil de mesure (24) par un circuit (25).
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