FR2958966A1 - Procede et dispositif d'obturation d'un puits au moyen d'un bouchon expansible, bouchon pour la mise en oeuvre du procede, et outil extracteur adapte pour le retirer - Google Patents

Abstract

Conformément à l'invention, on obture le puits au moyen d'un bouchon (1) en matériau métallique ductile, qui comporte une paroi tubulaire de diamètre plus faible que celui du puits et une paroi de fond, ce bouchon ayant une extrémité ouverte formant embouchure ; à cet effet on introduit le bouchon (1) axialement dans le puits, avec sa paroi de fond tournée vers le bas, on le positionne à la profondeur (H) voulue, et on le gonfle en y injectant un liquide à haute pression de sorte que la paroi tubulaire s'expanse radialement au-delà de sa limite élastique et vienne se sertir contre la paroi (B) du puits,la paroi de fond faisant alors office de cloison obturatrice qui sépare les parties inférieure et supérieure du puits. Applications notamment dans les domaines de production d'eau ou d'hydrocarbures.

Description

i La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'obturation d'un puits au moyen d'un bouchon expansible. Elle concerne également un bouchon expansible utilisable pour la mise en oeuvre du procédé, ainsi qu'un outil extracteur adapté pour retirer le bouchon. Par le vocable « puits » on entendra conventionnellement, dans la présente description et les revendications à suivre, un puits fournissant de l'eau ou des hydrocarbures (pétrole ou gaz notamment), qu'il soit foré et à paroi brute, ou qu'il soit chemisé par un tubage, ainsi qu'une canalisation servant au transport d'un fluide. Dans ce qui suit, le puits est vertical et rectiligne. On parlera donc conventionnellement de « profondeur » pour désigner la distance qui sépare la zone à obturer de l'entrée du puits. Cependant, il va de soi que le puits pourrait être courbe, sinueux, oblique, 15 voire horizontal. L'objectif de l'invention est d'obturer le puits en une zone de profondeur donnée, par exemple pour l'abandonner (en fin de production), ou pour en isoler la zone inférieure du reste du puits. Cette obturation doit se faire de manière étanche aux liquides. 20 La technique usuelle pour ce faire est d'utiliser un outil à membrane élastiquement déformable, par exemple gonflable, outil communément désigné par le terme anglais «packer » dans le domaine pétrolier. Une difficulté de cette technique est qu'après mise en place et expansion radiale, la membrane de l'outil doit rester appliquée fermement de manière étanche 25 contre la paroi du puits. Par exemple, s'il s'agit d'une vessie gonflable, une pression de gonflage suffisante doit être maintenue en permanence dans le puits pour empêcher que le packer ne retrouve sa forme initiale. A terme, il peut se poser un problème de fuite de pression et/ou d'avachissement de la matière élastique (dû au vieillissement, à la chaleur et/ou à la 30 corrosion). De plus, un packer est relativement coûteux. Le principe à la base de la présente invention consiste à faire usage d'un bouchon en métal, en acier inoxydable par exemple, ce bouchon comprenant une portion de paroi tubulaire (manchon de forme générale annulaire), dont le diamètre 35 est légèrement plus faible que celui du puits, et une portion de paroi de fond (transversale, ou approximativement transversal par rapport à l'axe du manchon) solidaire de cette paroi tubulaire. Le bouchon a une extrémité ouverte, qu'on appellera « embouchure ». Pour obturer un puits, on y introduit axialement le bouchon, avec sa paroi de fond tournée vers le bas, et on le positionne dans le puits à la profondeur voulue. Ensuite on gonfle le bouchon en y injectant un liquide à haute pression de sorte que la portion de paroi tubulaire du bouchon s'expanse radialement au-delà de sa limite élastique, venant s'appliquer fermement et de manière étanche contre la paroi du puits par un effet de sertissage.

La portion de paroi de fond fait alors office de cloison séparatrice entre les parties inférieure et supérieure du puits. Du fait que la déformation de la paroi tubulaire du bouchon est permanente, le bouchon reste en place après retrait du liquide à haute pression et le risque de descellement ultérieur est pratiquement éliminé.

Ce procédé est peu coûteux et facile à mettre en oeuvre. Le dispositif de l'invention comprend un appareillage qui permet la descente, le bon positionnement, et le gonflage du bouchon au moyen d'un liquide haute pression, et qui peut être retiré après que le bouchon ait été mis en place et expansé.

Il est à noter que le formage d'un manchon tubulaire métallique au-delà de sa limite élastique par mise en oeuvre d'un liquide à haute pression (hydroformage) est bien connu pour chemiser une portion de la paroi d'un puits ; cependant ledit manchon n'est pas solidaire d'une paroi de fond susceptible de faire office de cloison obturatrice.

Il convient par ailleurs de mentionner dans l'état de la technique le brevet US 2 214 226 (voir figure 4, plus particulièrement). Le système d'obturation qui y est décrit comprend un bouchon 1 la en métal ductile qui possède une paroi tubulaire apte à être expansée radialement au-delà de sa limite élastique, contre la paroi du puits, ainsi qu'une paroi de fond apte à obturer alors le puits. Cependant, selon ce procédé connu, la déformation du bouchon est réalisée au moyen d'une charge explosive 12 qui est positionnée à l'intérieur du bouchon à expanser, et non par introduction d'un liquide sous haute pression à l'intérieur de celui-ci. Si une pression hydraulique est effectivement produite à l'intérieur du bouchon, celle-ci résulte de l'explosion de la charge, laquelle génère une pression dans la colonne de liquide (de la boue en l'occurrence) présente dans le puits, comme cela est expliqué à la page 3, colonne de gauche, lignes 27-38 du document US 2 214 226. L'usage d'explosifs pose de sérieux problèmes de sécurité, que la présente invention permet d'éviter.

L'invention vise à mettre en oeuvre l'objectif indiqué plus haut, mais sans utiliser de charge explosive. L'invention concerne donc, en premier lieu, un procédé d'obturation d'un puits au moyen d'un bouchon en matériau métallique ductile, qui comprend une portion de paroi tubulaire dont le diamètre est légèrement plus faible que celui du puits, et une portion de paroi de fond solidaire de cette portion de paroi tubulaire, ledit bouchon ayant une extrémité ouverte formant embouchure. Selon ce procédé, on introduit le bouchon axialement dans le puits, avec son embouchure tournée vers le haut et sa portion de paroi de fond tournée vers le bas, et on le positionne dans le puits à la profondeur voulue, après quoi on gonfle le bouchon en y injectant via son embouchure un liquide à haute pression de sorte que sa portion de paroi tubulaire s'expanse radialement au-delà de sa limite élastique et vienne s'appliquer fermement et de manière étanche contre la paroi du puits par un effet de sertissage, tandis que sa portion de paroi de fond fait office de cloison obturatrice, formant une barrière étanche entre les parties inférieure et supérieure du puits, qu'elle sépare. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives de ce procédé : - on introduit et on positionne le bouchon dans le puits au moyen d'une tige creuse qui est pourvue d'un canal axial et est connectée de manière étanche à l'embouchure, cette tige étant manoeuvrée depuis la tête de puits, et on injecte le liquide à haute pression à l'intérieur dudit bouchon depuis la tête de puits via ledit canal, pour le gonfler et l'expanser ; - après expansion et sertissage du bouchon contre la paroi du puits, on déconnecte la tige creuse du bouchon serti et on la retire par traction axiale ; - après expansion et sertissage du bouchon contre la paroi du puits, on coule un ciment liquide et durcissable, formant seconde barrière, au-dessus du bouchon serti ; - on coule ce ciment dans le puits depuis la tête de puits via le canal de ladite tige creuse ; - après mise en place et gonflage du bouchon, on maintient le liquide à haute pression à l'intérieur du bouchon serti.

En deuxième lieu, l'invention concerne un dispositif d'obturation d'un puits au moyen d'un bouchon en matériau métallique ductile, pour la mise en oeuvre du procédé tel qu'exposé ci-dessus. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comprend une tige tubulaire pourvue d'un canal axial, et apte à être connectée coaxialement et de manière étanche à l'embouchure dudit bouchon, au moyen d'un système de liaison, de manière à permettre la descente et le positionnement du bouchon dans le puits à la profondeur souhaitée, puis le gonflage de ce bouchon par injection le liquide à haute pression à l'intérieur du bouchon depuis la tête de puits via ledit canal, ce système de liaison étant frangible par application d'une traction sur la tige et/ou d'une surpression à l'issue du sertissage. Ce système de liaison frangible peut consister par exemple en un jeu de petites tiges, ou pions, disposés radialement et dont une première partie est insérée dans la paroi de la portion d'extrémité basse de ladite tige, tandis qu'une seconde partie est insérée dans la portion d'extrémité supérieure du bouchon, ces pions étant adaptés pour se rompre par cisaillement lorsque, après sertissage du bouchon, on exerce une traction vers le haut sur la tige ou on y applique une surpression. Avantageusement, la tige est munie d'une vanne de circulation de liquide, dont la fonction est de permettre une communication entre ledit canal et l'intérieur du puits afin de contrôler le puits durant la descente. En troisième lieu, l'invention concerne un bouchon métallique expansible pour l'obturation d'un puits conformément au procédé ci-dessus exposé. Selon des modes de réalisation possible du bouchon : - il affecte la forme générale d'une bouteille dont l'embouchure correspond 25 au goulot ; - son embouchure est munie d'un clapet anti-retour apte à empêcher l'échappement du liquide à haute pression hors du bouchon à l'issue du sertissage ; - il est pourvu intérieurement d'un mandrin axial qui relie son extrémité ouverte formant embouchure à sa paroi de fond, ce mandrin étant percé de canaux 30 qui autorisent l'injection du liquide à haute pression à l'intérieur du bouchon via l'embouchure et via ces canaux ; - le mandrin axial est fixé à la paroi du bouchon à ses extrémités haute et basse, de sorte qu'il joue le rôle d'une entretoise apte à empêcher le raccourcissement du bouchon suivant la direction axiale au cours de son expansion 35 en direction radiale ; - le mandrin axial est fixé à la paroi du bouchon par son extrémités haute uniquement, tandis que son extrémité basse présente un renflement cylindrique faisant office de paroi de fond pour le bouchon, la portion inférieure de celui-ci pouvant coulisser librement et de manière étanche sur ledit renflement cylindrique, ), ou ledit mandrin axial est fixé à la paroi du bouchon par son extrémité basse uniquement, celle-ci présentant un renflement cylindrique faisant office de paroi de fond pour le bouchon, la portion supérieure du bouchon pouvant coulisser librement et de manière étanche le long dudit mandrin, de manière à pouvoir se raccourcir naturellement suivant la direction 10 axiale au cours de son expansion en direction radiale ; - la portion tubulaire du bouchon est garnie extérieurement d'au moins un joint d'étanchéité annulaire en matériau souple et élastique, peu ou pas compressible, (et de préférence d'une série de joints), apte(s) à s'écraser pour s'appliquer intimement contre la paroi du puits à l'issue du sertissage, et/ou de 15 picots métalliques aptes à venir s'enfoncer au moins partiellement dans la paroi du puits ; - sa portion supérieure formant embouchure possède une embase à profil d'accrochage apte à permettre l'extraction du bouchon serti au moyen d'un outil pourvu de crochets adaptés (de profil complémentaire) ; 20 - cette embase à profil d'accrochage est constituée par la portion supérieure du mandrin ; - la paroi du bouchon est en acier inoxydable. En quatrième lieu, l'invention concerne un outil pour l'extraction d'un bouchon expansible, après que celui-ci ait été serti dans un puits, la portion 25 supérieure formant embouchure de se bouchon possédant une embase à profil d'accrochage comme indiqué ci-dessus. Cet outil comporte une tige de manoeuvre axiale dont la portion d'extrémité inférieure est munie d'un jeu de crochets articulés aptes à venir agripper automatiquement ladite embase lorsque l'outil est descendu axialement dans le 30 puits, de sorte que bouchon serti peut ensuite être extrait du puits par traction axiale vers le haut. Cet outil peut être conçu pour permettre l'extraction d'un bouchon dont l'embouchure est munie d'un clapet anti-retour destiné à empêcher l'échappement du liquide à haute pression hors du bouchon à l'issue du sertissage. 35 Dans ce cas, la portion d'extrémité inférieure de sa tige de manoeuvre est munie d'une petite tige de poussée axiale apte à provoquer l'ouverture du clapet anti-retour lorsque l'outil est descendu axialement dans le puits et que sa portion d'extrémité inférieure vient porter contre ladite embase, de sorte que le liquide à haute pression peut ainsi s'échapper hors du bouchon serti. Un tel outil est avantageusement pourvu d'un système d'aspiration à piston 5 et cylindre adapté pour générer automatiquement une dépression à l'intérieur du bouchon serti sous l'effet de la traction axiale exercée vers le haut sur la tige, en vue d'extraire ce bouchon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré de l'invention. 10 Cette description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 à 5 sont des vues axiales schématiques illustrant différentes étapes de mise en oeuvre du procédé ; - la figure 6 représente un bouchon expansible garni de joints d'étanchéité annulaires ; 15 - les figures 7 et 8 représente deux variantes du bouchon pourvus d'un mandrin central ; - la figure 9 montre le procédé appliqué à un bouchon pourvu d'un clapet anti-retour, apte à le maintenir gonflé après expansion ; - les figures 10 et 11 représentent la structure et illustrent le 20 fonctionnement d'un outil de «repêchage » servant à l'extraction d'un tel bouchon. Il convient de noter que sur les figures 6, 7, 8 et 9, les demi vues de gauche et de droite représentent la situation, respectivement, avant et après gonflage du bouchon obturateur. En référence aux figures 1 et 2, le bouchon obturateur est désigné 1 ; on 25 souhaite le mettre en place dans un puits à paroi « brute » B, d'axe vertical Z-Z', à une profondeur H par rapport au niveau du sol A (où se trouve la tête de puits). Le bouchon 1 a approximativement la forme d'une bouteille, comprenant un goulot cylindrique, ou embouchure, 10, un corps cylindrique de plus grand diamètre 12, et un fond plat 14. Le goulot 10 se raccorde au corps 12 par une 30 portion tronconique 1l, tandis que le corps 12 se raccorde au fond 14 par une zone arrondie 13. Le diamètre extérieur du corps 12 est légèrement inférieur au diamètre de la paroi B du puits. Dans l'exemple illustré, le bouchon 1 est monobloc, en acier inoxydable, 35 avec une épaisseur de paroi notablement plus faible que son diamètre.

Le dispositif de mise en place du bouchon 1 comprend une tige cylindrique creuse 2, percée d'un canal central coaxial 20. Le diamètre de cette tige est notablement plus faible que le diamètre de la paroi de puits B.

La tige tubulaire 2 est par exemple de type « CT » (De l'anglais Coil Tubing, désignant une tige de très grande longueur dévidée d'un rouleau) ou de type « DP » (De l'anglais Drill Pipe, désignant une longue tige formée d'une série de tronçons de tige vissés bout à bout). Sa fonction est double, à savoir retenir le bouchon au cours de sa mise en 10 place, et servir de conduit pour l'introduction d'un liquide à haute pression (H.P.) dans le bouchon pour le gonfler et le sertir à l'intérieur du puits. La tige 2 comporte en outre une vanne 3 de circulation de liquide, vanne pouvant être ouverte au besoin pour permettre une communication entre le canal 20 et l'intérieur du puits ; ce type de vanne, qui permet de contrôler le puits durant la 15 descente, ainsi que les moyens pour en commander l'ouverture ou la fermeture, sont bien connus en soi. Sur la figure 1, la vanne 3 est ouverte, et les flèches i symbolisent l'injection d'une boue de densité appropriée dans le puits via le canal 20 au cours de la descente F de la tige 2. 20 L'extrémité inférieure de cette tige 2 est connectée de manière étanche au goulot 10 au moyen d'un système de liaison frangible 4. Le système 4 peut être conçu pour provoquer la rupture de la liaison par application d'un effort de traction dépassant un seuil donné et/ou par application d'une surpression. 25 Ce système n'empêche pas la communication (étanche) du canal 20 avec l'espace interne E du bouchon 1. Sur la figure 2, la tige 2 a été descendue à la profondeur voulue H, de sorte que le bouchon 1 se trouve positionné en vis-à-vis de la zone à obturer. La vanne 3 est fermée. 30 On introduit alors depuis la tête de puits A un liquide à haute pression via le canal 20 dans l'espace E, comme symbolisé par la flèche j. Cette pression P est choisie suffisamment élevée pour provoquer le gonflage du bouchon 1 et l'expansion radiale de sa partie principale cylindrique, dont la paroi vient s'appliquer fermement contre la paroi du puits B (Figure 3). 35 Cette déformation est faite au-delà de la limite élastique de la matière.

En référence à la figure 4, on cesse l'application de la haute pression, et on tire axialement sur la tige 2 vers le haut (Flèche G). Le bouchon expansé, référencé 1', se trouvant serti de façon permanente à l'intérieur du puits, cette traction provoque la rupture du système de liaison 4, dont une partie 4a reste attachée à l'extrémité de la tige et l'autre 4b au col du bouchon. Comme indiqué plus haut, la rupture de la liaison pourrait également être prévue par un système sensible à une surpression (de type connu en soi). Le fond 14' du bouchon 1' ainsi serti fait alors office de cloison obturatrice du puits, conformément à l'objectif recherché, jouant une fonction de barrière entre les portions du puits situées au-dessus et en dessous du bouchon. En référence à la figure 5, il peut être intéressant dans certaines situations de consolider cette obturation au moyen d'une seconde barrière constituée par un ciment C que l'on injecte au-dessus du bouchon. Il s'agit d'un ciment liquide, mais durcissable avec le temps (au bout de 15 quelques heures ou de quelques jours en général), du type couramment utilisé dans le domaine des puits forés. Avantageusement, on utilise pour injecter ce ciment la même tige 2 que celle qui a été utilisée pour mettre en place le bouchon, le passage du ciment liquide se faisant via le canal 20. 20 L'injection peut se faire directement, aussitôt après le sertissage du bouchon et la déconnexion de la tige, sans devoir retirer celle-ci hors du puits. On comprend que ce mode opératoire est plus rapide et moins coûteux que si l'on procédait au moyen d'un dispositif d'injection de ciment séparé. Le métal constitutif du bouchon est évidemment choisi suffisamment 25 ductile pour pouvoir être déformé sans se rompre au-delà de sa limite élastique dans les conditions d'utilisation, tout en étant suffisamment résistant aux contraintes mécaniques et physico-chimiques qu'il devra subir après sa mise en place. L'épaisseur de son fond et/ou de son goulot peut/peuvent être différente(s), notamment plus grande(s), que celle de son corps cylindrique, car leur déformation 30 n'est pas requise pour réaliser l'obturation du puits. Avantageusement le métal en question est facilement usinable, de sorte qu'il soit possible au besoin de forer ultérieurement le bouchon 1' (ainsi que le ciment C, le cas échéant) afin de rétablir la communication entre les portions du puits situées au-dessus et en dessous du bouchon. 35 En référence à la figure 6, la paroi 12 du bouchon est revêtue extérieurement d'un ensemble de joints d'étanchéité 5 en matériau élastomère souple et incompressible (ou peu compressible). Dans l'exemple illustré, ces joints ont une section trapézoïdale et sont collés à la périphérie de la paroi 12. Lorsque le bouchon est expansé (partie droite de la figure), ces joints - référencés 5'- se trouvent écrasés et ce sont eux qui prennent appui contre la paroi du puits B. La présence de tels joints est bénéfique pour s'accommoder aux inégalités de surface de cette paroi, et aussi pour compenser le léger retrait (une diminution de diamètre de l'ordre de 0,1 mm en général) de la paroi 12 du bouchon, retrait qui est inévitable lorsque cesse l'application de la haute pression.

Ces joints pourraient consister en des bagues toriques logées dans des gorges réceptrices ménagées dans la paroi 12. Un « panachage » de joints collés et de bagues toriques est également envisageable. Dans la partie inférieure de cette figure 6 est représentée une variante de 15 réalisation. On note en effet qu'entre deux joints s'étendent des picots T métalliques, préférentiellement de forme conique, fixés à la paroi 12. Ils s'étendent circonférentiellement autour de la paroi et sont avantageusement équidistants angulairement les uns des autres. Il sont fixés à la paroi, par exemple par soudage. 20 On peut envisager une forme de réalisation dans laquelle on a affaire à une alternance de joints et de "couronnes" de picots. La partie droite et inférieure de la figure 6 montrent qu'une fois la paroi déformée, les picots T' s'enfoncent au moins partiellement dans le matériau qui constitue la paroi du puits, ce qui contribue à un meilleur accrochage du bouchon. 25 Il est à noter que dans le mode de réalisation du bouchon qui vient d'être décrit, la pression interne P qui est mise en oeuvre pour provoquer l'expansion du bouchon développe non seulement une composante radiale (souhaitée) qui permet l'expansion de la portion annulaire 12, mais également une composante axiale (non souhaitée) qui agit vers le bas sur la paroi de fond 14. 30 Ce phénomène -que l'on peut appeler « effet de fond »- génère dans la paroi 12, en plus des contraintes de traction circonférentielles, des contraintes de traction axiales, ce qui limite sensiblement la capacité d'expansion radiale du bouchon avant rupture. En pratique le taux d'expansion mesuré sur le diamètre du bouchon ne 35 dépasse pas 10 à 20 % environ. 2958966 io Les modes de réalisation illustrés sur les figures 7 et 8 ont pour but de réduire, voire d'annihiler ce problème lié à l'effet de fond. Sur la figure 7, on voit que le bouchon -référencé lA- est pourvu d'une tige cylindrique interne, ou mandrin, 6A, qui le traverse axialement de part en part. 5 La portion d'extrémité supérieure -ou embase- 60 du mandrin fait office du « goulot » pour le bouchon, par analogie avec le mode de réalisation de bouchon, en forme de bouteille monobloc, précédemment décrit. Les références 11A, 12A, 13A, et 14A correspondent respectivement aux références 11 à 14 du mode de réalisation de la figure 1. 10 En partie haute, le mandrin 6A est fixé par un cordon de soudure annulaire 100 à l'embouchure de la partie 1 lA de la paroi. En partie basse, le mandrin 6A s'inscrit dans une ouverture centrale formée dans le fond 14A et est fixé au bord de cette ouverture par un cordon de soudure annulaire 101.

Un canal 61 percé axialement dans le mandrin débouche via des perçages radiaux 62 dans l'espace intérieur E du bouchon, ce qui permet l'introduction du liquide H.P. en vue de son gonflage. Dans ce mode de réalisation, le mandrin -qui fait office d'entretoise-absorbe la poussée axiale se développant sur la paroi du bouchon, ce qui limite l'effet de fond, et permet d'obtenir un taux d'expansion de l'ordre de 20 à 25 % environ. La référence l'A sur la demi vue de droite désigne le bouchon après expansion. Sur la figure 8, on voit que le bouchon -référencé lB- est également pourvu d'une tige cylindrique interne, ou mandrin, 6B, qui le traverse axialement de part en part. L'embase 60 du mandrin fait ici aussi office du « goulot » pour le bouchon. Les références 11B, 12B et 13B, correspondent respectivement aux références 11 à 13 du mode de réalisation précédent.

Le fond du bouchon est matérialisé ici par la portion d'extrémité inférieure 63, sous forme de renflement cylindrique (de diamètre plus grand), du mandrin 6B. La portion d'extrémité inférieure du bouchon lB affecte la forme d'un manchon tubulaire 15 dont la paroi est garnie intérieurement d'un joint d'étanchéité annulaire 150 ; ce manchon 15 est ainsi adapté pour coulisser axialement de manière étanche sur la portion de mandrin 63.

En partie haute, le mandrin 6B est fixé par un cordon de soudure annulaire 100 à l'embouchure de la partie 11B de la paroi du bouchon lB. Un canal 61 percé axialement dans ce mandrin débouche via des perçages radiaux 62 dans l'espace intérieur E du bouchon, ce qui permet l'introduction du 5 liquide H.P. en vue de son gonflage. Dans ce mode de réalisation, l'expansion radiale du bouchon n'est pas contrariée par les contraintes axiales, reprises par le mandrin, sa partie inférieure pouvant coulisser librement sur le renflement de mandrin 63. L'expansion radiale peut donc se faire dans des conditions optimales, avec 10 un raccourcissement axial naturel régi par le coefficient de Poisson, ce qui permet d'obtenir un taux d'expansion de l'ordre de 35 à 45 % environ. La référence l'B sur la demi vue de droite désigne le bouchon après expansion. Il va de soi que dans les deux modes de réalisation des figures 7 et 8, les 15 parties cylindriques 12A, respectivement 12B, des bouchons sont également avantageusement garnis de joints d'étanchéité périphériques (comme sur la figure 6). Pour parfaire la retenue du bouchon à l'intérieur du puits après son sertissage, il peut être intéressant d'y conserver définitivement la pression interne 20 qui a été mise en oeuvre pour l'expanser. Ceci réduit le risque de rétreint ultérieur et de descellement intempestif, et peut faciliter l'enlèvement ultérieur du bouchon, par «repêchage », Si cela s'avère nécessaire. A cet effet, comme illustré sur la figure 9, la tête de mandrin 60 est munie 25 d'un clapet anti-retour qui est ici constitué simplement par une bille 7 axialement mobile, normalement appliquée contre son siège par un ressort 70. Ce clapet a pour fonction de maintenir le liquide H.P. emprisonné dans l'espace intérieur E du bouchon, tant que la pression de ce liquide est supérieure à la pression externe. La paroi cylindrique du bouchon 1 est garnie d'une série de joints 30 d'étanchéité annulaires tels que décrits en référence à la figure 6. L'embase 60 du mandrin a une forme particulière, adaptée pour faciliter le «repêchage » du bouchon à l'aide d'un outil extracteur désigné 8 sur la figure 10. Cette embase a une forme générale cylindrique, présentant un bord supérieur chanfreiné 600 et une face inférieure tronconique 601 (de concavité 35 tournée vers le bas).

Le dispositif de mise en place du bouchon comprend -comme déjà exposé en référence aux figures 1 à 4- une tige cylindrique creuse 2, percée d'un canal coaxial 20. Ici, son extrémité inférieure possède une portion élargie 21 en forme de douille, ouverte vers le bas, et apte à s'emmancher axialement sur l'embase 60. Ces deux éléments sont solidarisés l'un avec l'autre par des pions radiaux frangibles 40 (aptes à se rompre sous l'effet d'une contrainte au cisaillement élevée). De plus, la paroi cylindrique interne 210 de la portion 21 est garnie d'une bague d'étanchéité 22 qui vient en appui contre la paroi cylindrique de la tête de mandrin 60. La partie gauche de la figure 9 permet de comprendre comment se fait la descente conjointe de la tige 2 et du bouchon dans le puits B (Flèche F). Durant cette phase, le fond plat 211 de la partie 21 en forme de douille porte contre la face supérieure de l'embase 60 si bien que les pions frangibles 40 ne sont pas sollicités au cisaillement. Lorsque la profondeur souhaitée est atteinte, on introduit un liquide H.P. dans le canal 20, ce qui a pour effet de repousser la bille 7 hors de son siège ; le liquide H.P. pénètre donc dans l'espace interne E du bouchon, provoquant son expansion radiale au-delà de la limite élastique de sa paroi, et, corrélativement, son sertissage contre la paroi du puits (voir demi vue de droite). Durant ce processus, la présence du joint 22 empêche les fuites de liquide H.P. entre la douille 21 et la tête de mandrin 60. Après l'opération, on cesse d'appliquer la pression dans le canal 20 de sorte que le clapet à bille 7 se ferme naturellement sous l'action du ressort de rappel 70, ce qui a pour effet d'empêcher l'échappement du liquide H.P. et de maintenir une surpression très élevée à l'intérieur du bouchon. Le retrait de la tige 2, par traction axiale G vers le haut, provoque la rupture des pions 40, dont une moitié 40a reste solidaire de la tige, et l'autre 40b du mandrin.

Le bouchon obturateur serti 1', avec ses joints comprimés 5', reste alors en place dans le puits tout en étant soumis à une pression interne élevée, ce qui garantit une retenue optimale. Les figures 10 et 11 montrent comment on peut ultérieurement « repêcher » Si nécessaire un bouchon obturateur ainsi posé, dont seule la partie 35 haute du mandrin 6 est représentée dans un simple souci de clarté.

Pour cela on fait usage d'un outil 8 comprenant une tige axiale 80 dont l'extrémité inférieure porte une extension cylindrique creuse 81. Cet outil comprend également un organe extracteur 9. Celui-ci comporte une tige cylindrique 91 qui porte, en partie haute une 5 tête cylindrique élargie 90, et en partie basse une partie creuse 92 en forme de douille. La partie basse 92, comme la douille 21 précédemment décrite, peut s'emmancher axialement sur la tête 60. La tête 90 est munie d'un joint d'étanchéité annulaire 95 et est adaptée 10 pour coulisser axialement dans l'extension creuse 81, à la manière d'un piston dans un corps de vérin hydraulique. L'organe extracteur 9 est percé d'un canal central et axial 900. Cependant, à sa base, il porte une petite tige 93 (dite de poussée), coaxiale au canal 900, et qui s'étend vers le bas sur une certaine longueur à l'intérieur de la partie creuse 92 en 15 forme de douille. Cette petite tige 93 est entourée de quelques perçages axiaux 901 (par exemple de quatre perçages répartis à 90°) qui assurent une communication entre le canal 900 et l'intérieur de la douille 92. A sa base, la douille 92 est pourvue d'un jeu de crochets 94 en forme 20 d'hameçons, par exemple de quatre crochets répartis à 90°. Chacun d'eux est articulé autour d'un axe horizontal 940 de manière à pouvoir pivoter vers l'extérieur sur une course angulaire déterminée, comme symbolisé par les flèches a. Cependant, chaque crochet est sollicité par un organe de rappel élastique -ressort ou autre- (non représenté) tendant à le ramener vers 25 l'intérieur, dans sa position de repos illustrée sur la figure 10. Ces crochets sont adaptés pour venir saisir la tête de mandrin 60 par le dessous, en prenant appui contre sa face inférieure tronconique 601. Pour repêcher le bouchon, on fait d'abord descendre l'outil 8 (Flèche F), le piston 90 se trouvant normalement en appui contre la face supérieure 801 de la 30 cavité de l'extension creuse 81. Lorsque les crochets 94 rencontrent le chanfrein 600, ils sont forcés de pivoter vers l'extérieur (flèche a) et ainsi de s'escamoter provisoirement ; ensuite, lorsqu'ils sont descendus plus bas que l'embase de mandrin 60, ils pivotent en sens contraire sous l'action de leur organe de rappel (flèches b et contour en traits 35 interrompus en bas de Figure 10), et s'accrochent ainsi automatiquement à la base 601 de la tête de mandrin.

Dans le même temps la tige de poussée 93 a repoussé la bille de clapet anti-retour 7, établissant ainsi une communication entre le canal 900 et le canal 61, lequel communique lui-même avec l'espace intérieur E du bouchon gonflé. On remonte alors l'outil 8 (Flèche G, figure 11).

Dans un premier temps on observe un coulissement vertical vers le haut de l'extension creuse 81 seulement, par rapport à la tête 90, car l'extracteur 9 reste fixe, étant retenu par ses crochets agrippés au mandrin 6 (et donc au bouchon). Par suite de ce mouvement relatif, la tête 90 de l'extracteur se trouve progressivement écartée de la face supérieure 801 de la cavité de l'extension creuse 81, ce qui provoque une dépression (succion) dans l'espace 800 ainsi formé, à la manière du piston d'une seringue aspirant un liquide. Cette dépression est transmise à l'intérieur du bouchon, aspirant le liquide qui s'y trouve, ce qui tend à déformer la paroi du bouchon dans le sens d'une rétraction radiale vers l'intérieur. En fin de course de la tête 90 dans la cavité de l'extension creuse 81, le mouvement ascendant de la tige 80 est transmise à l'extracteur 9 de sorte que les crochets 94 tirent alors positivement le mandrin 6 vers le haut. Cette traction, conjuguée à la dépression interne générée dans le bouchon, permet l'extraction relativement aisée de ce dernier.

A noter qu'il est possible de doter d'un tel clapet anti-retour aussi bien un bouchon « simple » tel que celui de la figure 1 (le clapet étant alors logé dans le goulot, et celui-ci ayant un profil d'accrochage approprié pour coopérer avec un outil extracteur) qu'un bouchon à mandrin central du type représenté aux figures 7 ou 8.

Quelques valeurs dimensionnelles possibles sont données ci-après, à simple titre indicatif : Longueur axiale du bouchon : Entre 1 m et 2 m ; Diamètre du puits : Entre 15 cm et 50 cm ; Diamètre extérieur du bouchon : Entre 12 cm et 45 cm ; Epaisseur de paroi du bouchon (partie cylindrique) : Entre 0,5 cm et 2,5 cm ; Pression du liquide H.P. mis en oeuvre pour le gonflage du bouchon : 400 bars, soit 400 x 105 Pa.

Claims (21)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'obturation d'un puits au moyen d'un bouchon (1) en matériau métallique ductile, qui comprend une portion de paroi tubulaire (12) dont le diamètre est légèrement plus faible que celui du puits, et une portion de paroi de fond (14) solidaire de cette portion de paroi tubulaire (12), ledit bouchon (1) ayant une extrémité ouverte formant embouchure (10), procédé selon lequel on introduit le bouchon (1) axialement dans le puits, avec son embouchure (10) tournée vers le haut et sa portion de paroi de fond (14) tournée vers le bas, et on le positionne dans le puits à la profondeur (H) voulue, après quoi on gonfle le bouchon (1) en y injectant via son embouchure (10) un liquide à haute pression de sorte que sa portion de paroi tubulaire (12) s'expanse radialement au-delà de sa limite élastique et vienne s'appliquer fermement et de manière étanche contre la paroi (B) du puits par un effet de sertissage, tandis que sa portion de paroi de fond (14) fait office de cloison obturatrice, formant une barrière étanche entre les parties inférieure et supérieure du puits, qu'elle sépare.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit et qu'on positionne le bouchon (1) dans le puits au moyen d'une tige creuse (2) qui est pourvue d'un canal axial (20) et est connectée de manière étanche à l'embouchure (10), cette tige (2) étant manoeuvrée depuis la tête de puits (A), et qu'on injecte le liquide à haute pression à l'intérieur dudit bouchon (1) depuis la tête de puits (A) via ledit canal (20), pour le gonfler et l'expanser.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après expansion et sertissage du bouchon (1) contre la paroi (B) du puits, on déconnecte la tige creuse (2) du bouchon serti (1') et qu'on la retire par traction axiale (G).
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'après expansion et sertissage du bouchon (1) contre la paroi (B) du puits, on coule un ciment liquide et durcissable (C), formant seconde barrière, au-dessus du bouchon serti (1').
5. 5. Procédé selon les revendications 3 et 4 prises en combinaison, caractérisé en ce qu'on coule le ciment (C) dans le puits depuis la tête de puits (A) 30 via le canal (20) de ladite tige creuse (2).
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'après mise en place et gonflage du bouchon (1), on maintient le liquide à haute pression à l'intérieur du bouchon serti (1').
7. 7. Dispositif d'obturation d'un puits au moyen d'un bouchon (1) en matériau ductile, pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une au moins des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comprend une tige tubulaire (2) pourvue d'un canal axial (20), apte à être connectée coaxialement et de manière étanche à l'embouchure (10) dudit bouchon (1) au moyen d'un système de liaison (4) de manière à permettre la descente (F) et le positionnement du bouchon (1) dans le puits à la profondeur (H) souhaitée, puis le gonflage de ce bouchon par injection de liquide à haute pression à l'intérieur dudit bouchon (1) depuis la tête de puits (A) via ledit canal (20), ce système de liaison (4) étant frangible par application d'une traction sur la tige (2) et/ou d'une surpression à l'issue du sertissage.
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit système de liaison frangible (4) consiste en un jeu de petites tiges, ou pions (40), disposés radialement et dont une première partie (40a) est insérée la paroi de la portion d'extrémité basse (21) de la tige (2), tandis qu'une seconde partie (40b) est insérée dans la portion d'extrémité supérieure du bouchon, ces pions étant adaptés pour se rompre par cisaillement lorsque, après sertissage du bouchon, on exerce une traction (G) vers le haut sur la tige (2), ou on y applique une surpression.
9. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite tige (2) est munie d'une vanne (3) de circulation de liquide, dont la fonction est de permettre une communication entre ledit canal (20) et l'intérieur du puits afin de contrôler le puits durant la descente (F).
10. 10. Bouchon métallique expansible pour l'obturation d'un puits conformément au procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il affecte la forme générale d'une bouteille dont l'embouchure correspond au goulot.
11. 11. Bouchon métallique expansible pour l'obturation d'un puits conformément au procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que son embouchure (10) est munie d'un clapet anti-retour (7-70) apte à empêcher l'échappement du liquide à haute pression hors du bouchon à l'issue du sertissage.
12. 12. Bouchon métallique expansible pour l'obturation d'un puits conformément au procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est pourvu intérieurement d'un mandrin axial (6) qui relie son extrémité ouverte formant embouchure (10) à sa paroi de fond (14 ; 63), ce mandrin (6A) étant percé de canaux (61- 62) qui autorisent l'injection du liquide à haute pression à l'intérieur du bouchon via l'embouchure (10) et via ces canaux (61- 62) .
13. 13. Bouchon métallique expansible selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit mandrin axial (6A) est fixé à la paroi du bouchon à ses extrémités haute et basse, de sorte qu'il joue le rôle d'une entretoise apte à empêcher le raccourcissement du bouchon (1A) suivant la direction axiale au cours de son expansion en direction radiale.
14. 14. Bouchon métallique expansible selon la revendication 12, caractérisé par le fait que ledit mandrin axial (6B) est fixé à la paroi du bouchon par son extrémité haute uniquement, tandis que son extrémité basse présente un renflement cylindrique (63) faisant office de paroi de fond pour le bouchon (lB), la portion inférieure (15) de celui-ci pouvant coulisser librement et de manière étanche sur ledit renflement cylindrique (63), ou que ledit mandrin axial (6B) est fixé à la paroi du bouchon par son extrémité basse uniquement, celle-ci présentant un renflement cylindrique (63) faisant office de paroi de fond pour le bouchon (lB), la portion supérieure du bouchon pouvant coulisser librement et de manière étanche le long dudit mandrin, de manière à pouvoir se raccourcir naturellement suivant la direction axiale au cours de son expansion en direction radiale.
15. 15. Bouchon métallique expansible selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé par le fait que sa portion de paroi tubulaire (12) est garnie extérieurement d'au moins un joint d'étanchéité annulaire en matériau souple et élastique, apte à s'écraser pour s'appliquer intimement contre la paroi (B) du puits à l'issue du sertissage, et/ou de picots métalliques (T) aptes à venir s'enfoncer au moins partiellement dans la paroi du puits ;
16. 16. Bouchon métallique expansible selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisé par le fait que sa portion supérieure formant embouchure possède une embase (60) à profil d'accrochage apte à permettre l'extraction du bouchon serti (1') au moyen d'un outil pourvu de crochets adaptés.
17. 17. Bouchon métallique expansible selon les revendications 12 et 16 prises en combinaison, caractérisé par le fait que ladite embase (60) à profil d'accrochage est constituée par la portion supérieure du mandrin (6).
18. 18. Bouchon métallique expansible selon l'une quelconque des revendications 10 à 17, caractérisé par le fait que sa paroi est en acier inoxydable.
19. 19. Outil pour l'extraction d'un bouchon expansible conforme à la revendication 16 ou à la revendication 17, et qui a été serti dans un puits, caractérisé par le fait qu'il comporte une tige de manoeuvre axiale (80) dont la portion d'extrémité inférieure (9) est munie d'un jeu de crochets articulés (94) aptes à veniragripper automatiquement ladite embase (60) lorsque l'outil (8) est descendu axialement dans le puits, de sorte que bouchon serti (1') peut ensuite être extrait du puits par traction axiale (G) vers le haut.
20. 20. Outil selon la revendication 19, pour l'extraction d'un bouchon dont l'embouchure (10) est munie d'un clapet anti-retour (7-70) destiné à empêcher l'échappement du liquide à haute pression hors du bouchon à l'issue du sertissage, caractérisé par le fait que ladite portion d'extrémité inférieure (9) est munie d'une petite tige de poussée axiale (93) apte à provoquer l'ouverture du clapet anti-retour (7-70) lorsque l'outil (8) est descendu axialement dans le puits et que sa portion d'extrémité inférieure (9) vient porter contre ladite embase (60), de sorte que le liquide à haute pression peut ainsi s'échapper hors du bouchon serti (1').
21. 21. Outil selon la revendication 20, caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'un système d'aspiration à piston (90) et cylindre (81) adapté pour générer automatiquement une dépression à l'intérieur du bouchon serti (l'), sous l'effet de la traction axiale (G) exercée vers le haut sur la tige (80) en vue d'extraire ce bouchon.