FR2996247A1 - Procede de fracturation hydraulique et materiel correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de fracturation, selon lequel on introduit dans un puits (A) une conduite (1) pourvue, d'une paire de chemises métalliques expansibles (2) qui présente des "premières ouvertures" pour mettre en communication l'espace interne de la conduite (1) avec l'espace délimité par celle-ci et chaque chemise (2), et une "deuxième ouverture", pour mettre en communication l'espace interne de la conduite (2) avec l'intérieur du puits (A). Il comporte les étapes : a) on injecte dans ladite conduite (2) un fluide (F) sous une pression P1 suffisante pour provoquer l'expansion desdites chemises (2) en direction de la paroi du puits (A); b) on injecte un fluide (F), sous une pression de fracturation P2, qui s'engouffre dans les ouvertures (10, 3), de sorte que la même pression règne de part et d'autre de la paroi des chemises (2).

Description

L'invention concerne un procédé de fracturation hydraulique de la roche d'un puits. Elle se rapporte également à un matériel de fracturation hydraulique susceptible d'être employé pour la mise en oeuvre de ce 5 procédé. En matière de technique de fracturation hydraulique, l'ensemble de la profession est d'accord pour considérer qu'une fracturation est efficace et maitrisée quand la zone fracturée qui supporte la pression est de faible longueur. 10 De plus, le fait de fracturer une petite zone à la fois permet de limiter l'impact en surface des équipements de fracturation (moins de pompes, etc.). Par ailleurs, il existe un besoin d'avoir une meilleure maîtrise des paramètres mis en jeu afin que la campagne de fracturation se déroule 15 au mieux. Ainsi, il est important de modifier le programme de fracturation en cours, en fonction des paramètres partiels obtenus. Par exemple, suite à une écoute sismique, il peut être décidé de stopper la fracturation en cours, de la reprendre deux zones plus loin, etc. 20 Bien entendu et pour des raisons économiques et écologiques, on cherche à réduire la consommation d'eau et d'agents de soutènement ("proppant" en anglais), et d'éviter tout risque de pollution des nappes environnantes, par propagation de fracture. On demande également que l'enchainement des différentes 25 phases de fracturation puisse ne pas se faire pas forcément linéairement du bas vers le haut (c'est-à-dire du côté aval du puits vers l'amont). En effet, il peut être avantageux de tenir compte de la nature du terrain et du succès ou de l'absence de succès des fracturations en cours. Pouvoir fracturer de nouvelles zones plusieurs années après 30 la mise en oeuvre des premières fracturations, est également demandé. Naturellement, il est aussi nécessaire que l'étanchéité en cours de fracturation soit parfaite, sans risque de fracturer la zone adjacente, et que cette technique soit de mise en oeuvre sûre et de faible coût. La présente vise à répondre à cette demande. Ainsi, selon un premier aspect, elle concerne un procédé de 5 fracturation hydraulique de la roche d'un puits, selon lequel on introduit dans ce puits une conduite pourvue, le long de sa face externe, d'au moins une paire de chemises métalliques tubulaires expansibles, reliées fixement à la conduite, cette conduite présentant, en regard de chaque chemise au moins une ouverture, dites "première(s) ouverture(s)" pour mettre en 10 communication l'espace interne de la conduite avec l'espace délimité par celle-ci et chaque chemise, et en regard de l'espace séparant les deux chemises d'une même paire, au moins une autre ouverture, dite "deuxième ouverture", pour mettre en communication l'espace interne de la conduite avec l'intérieur du puits, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes 15 suivantes : a) dans un premier temps, on injecte dans ladite conduite un fluide sous une pression Pi, cette pression étant suffisante pour provoquer l'expansion desdites chemises en direction de la paroi du puits, de manière à venir s'appliquer de manière étanche contre cette paroi ; 20 b) dans un second temps, on injecte un fluide, sous une pression de fracturation P2 différente de Pi, dans ladite conduite, ce fluide s'engouffrant dans les première et deuxième ouvertures, de sorte que la même pression P2 règne de part et d'autre de la paroi des chemises expansées, c'est à dire à l'intérieur des chemises expansées, ainsi que 25 dans le volume annulaire situé entre la surface extérieure de la conduite et la paroi du puits. Grâce à ce procédé, et comme on le verra plus loin, on peut réaliser des fracturations très ciblées et de petite longueur, en fracturant une zone à la fois, avec une étanchéité parfaite entre la zone fracturée et 30 les zones environnantes, dans un enchaînement non dicté par la technologie, tout en se laissant la liberté de mettre en oeuvre la fracturation de certaines zones ultérieurement. Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'invention, prises séparément ou selon une combinaison 35 quelconque : - à l'étape a), ladite seconde ouverture est rendue inaccessible, de sorte que ledit fluide s'engouffre seulement dans lesdites premières ouvertures, tandis qu'à l'étape b), elle est rendue accessible ; - à l'étape a), on fait usage de moyens qui empêchent ledit 5 fluide qui s'engouffre dans ladite seconde ouverture, de déboucher dans l'espace séparant les deux chemises d'une même paire, tandis qu'à l'étape b), on rend ces moyens inopérants ; - l'on rend lesdits moyens inopérants par passage de la pression P1 à la pression P2 ; 10 - l'on rend lesdits moyens inopérants par application d'une pression supérieure à P2 ; - ladite pression P2 est supérieure à Pi; - l'écartement entre les extrémités en regard des chemises d'une même paire est d'environ cinq fois le diamètre intérieur du puits. 15 Un autre aspect de l'invention se rapporte à un matériel de fracturation hydraulique de la roche d'un puits avec lequel il est possible de mettre en oeuvre le procédé précité. Ce matériel de fracturation hydraulique de la roche d'un puits, est caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part : 20 - une conduite pourvue, le long de sa face externe, d'au moins une paire de chemises métalliques tubulaires expansibles, reliées fixement à la conduite, cette conduite présentant, en regard de chaque chemise, au moins une ouverture, dite "première ouverture" pour mettre en communication l'espace interne de la conduite avec l'espace délimité par 25 celle-ci et chaque chemise, et en regard de l'espace séparant les deux chemises d'une même paire, au moins une autre ouverture, dite "deuxième ouverture", pour mettre en communication l'espace interne de la conduite avec l'intérieur du puits ; - un élément tubulaire de diamètre prévu pour lui 30 permettre d'être engagé dans ladite conduite de sorte qu'il existe un espace annulaire libre entre eux ; - la paroi de cet élément tubulaire comportant au moins un premier orifice traversant ; - la paroi étant également pourvue extérieurement d'au 35 moins deux anneaux déformables situés de part et d'autre dudit premier orifice, aptes à s'appliquer, de manière étanche contre la face interne de ladite conduite. Egalement selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de ce matériel, prises séparément ou selon une combinaison 5 quelconque : - la distance entre les anneaux deformable est supérieure à la distance séparant lesdites premières ouvertures de ladite conduite ; - au moins deux premiers orifices traversants sont disposés, dans le sens longitudinal de l'élément, selon deux zones dont l'écartement 10 mutuel est sensiblement égal à celui des premières ouvertures de ladite conduite ; - les moyens qui empêchent ledit fluide qui s'engouffre dans ladite seconde ouverture, de déboucher dans l'espace séparant les deux chemises, consistent en une chemise à extrémités étanches, fixées sur la 15 paroi externe de ladite conduite, chemise qui est apte à se rompre sous une pression prédéterminée dite "pression de rupture" ; - ledit élément tubulaire comporte au moins un second orifice et deux paires d'anneaux, le second orifice étant situé entre les anneaux en regard des deux paires d'anneaux ; 20 - les deux anneaux sont disposés de part et d'autre desdits premiers orifices ; - les anneaux d'une même paire sont séparés longitudinalement d'une distance supérieure à celle qui sépare la première et la seconde ouvertures de ladite conduite ; 25 - ledit élément tubulaire comporte des moyens aptes à permettre, à la demande, l'obturation de son extrémité aval ; - lesdits moyens comprennent une valve ; - ladite conduite et ledit élément tubulaire présentent des moyens d'immobilisation mutuelle ; 30 - ladite valve est couplée avec lesdits moyens d'immobilisation mutuelle, de sorte que ladite valve obture ladite extrémité seulement lorsque lesdits moyens d'immobilisation coopèrent ; - ledit élément tubulaire comporte au moins un second orifice situé entre les anneaux en regard des deux paires d'anneaux ; 35 - ledit second orifice est pourvu d'un organe de fermeture dirigé axialement, qui passe d'une position de fermeture à une position d'ouverture sous l'effet d'une augmentation de pression, sans s'opposer à la traversée longitudinale de fluide ; - ledit organe comprend un piston creux rappelé en position de fermeture par un moyen élastiquement deformable tel qu'un ressort ; - ladite conduite et ledit élément tubulaire présentent des moyens d'immobilisation mutuelle dans deux positions distinctes décalées longitudinalement ; - lesdits moyens sont agencés de manière à permettre le passage de l'une à l'autre des positions distinctes par coulissement dudit 10 élément tubulaire relativement à ladite conduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Elle sera faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle et simplifiée, en coupe 15 longitudinale et verticale, de la portion horizontale d'un puits de forage dans lequel on souhaite procéder à une fracturation hydraulique de la roche, et d'une conduite qui y est introduite ; - la figure 2 est une vue similaire à la précédente, représentée toutefois sur une plus grande longueur de puits ; 20 - la figure 3 est une vue en perspective d'une chemise qui équipe la conduite des figures précédentes ; - la figure 4 est une vue simplifiée, en coupe verticale et longitudinale, d'un élément tubulaire qui fait partie du matériel de fracturation hydraulique conforme à la présente invention ; 25 - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1, l'élément tubulaire de la figure 4 y étant également représenté ; - les figures 6 et 7 sont des vues analogues à la figure 5 montrant deux étapes successives pour la mise en oeuvre du procédé de fracturation hydraulique ; 30 - la figure 8 est sensiblement identique à la figure 1 et montre une variante de réalisation d'une conduite en place dans la portion horizontale d'un puits ; - la figure 9 est une vue similaire à la figure 2; - la figure 10 est une vue similaire à la figure 4, montrant une 35 variante de réalisation différente de l'élément tubulaire ; - les figures 11, 12 et 13 montrent les différentes étapes mises en oeuvre pour obtenir une fracturation de la roche en utilisant les conduite et élément tubulaire des figures 8 et 10; - les figures 14 et 15 montrent d'autres modes de réalisation 5 des appareils du dispositif selon l'invention ; - les figures 16 à 18 illustrent les différentes étapes mises en oeuvre pour procéder à une fracturation hydraulique de la roche d'un puits, à l'aide de la variante de réalisation des figures 14 et 15. - les figures 19 et 20 d'une part, 21 et 22 d'autre part, sont des 10 vues qui illustrent encore la mise en oeuvre du procédé de l'invention, en faisant usage d'encore deux variantes supplémentaires. - les figures 23 et 24 d'une part, 25 et 26 d'autre part, sont des vues d'encore deux variantes de mises en oeuvre du procédé selon l'invention ; 15 - la figure 27 est une vue analogue à la figure 26, mais représentant une plus grande longueur de conduite. Sur les figures annexées et dans un seul but de simplification, seule une fraction de la partie horizontale d'un puits A de fracturation hydraulique a été représentée. 20 Il est bien entendu possible que cette portion horizontale puisse s'étendre sur une grande longueur. Elle est rattachée à une portion verticale débouchant à l'air libre, via une portion intermédiaire sensiblement en arc-de-cercle (non représentée). Egalement pour des raisons de simplification, ce puits A est 25 représenté comme constituant un cylindre parfait. Il s'agit bien entendu d'une vue de l'esprit puisque sa paroi, approximativement cylindrique, peut présenter un grand nombre de déformations locales. Pour l'ensemble des figures, on considèrera que le "sommet" 30 du puits (qui débouche à l'air libre) se situe vers la gauche des figures et son fond vers la droite. Comme on le verra plus loin dans la description, un fluide de fracturation est amené à circuler dans le puits du sommet vers le fond, d'amont en aval. 35 En se reportant à la figure 1, on a donc affaire à une portion de puits dans laquelle est en place une conduite 1 en métal qui présente une 2 99624 7 7 forme sensiblement cylindrique et qui est, par exemple, maintenue en place selon l'axe X-X' du puits par des manchons d'extrémité deformable qui prennent appui contre les parois du puits. Tout autre moyen connu de l'homme du métier qui permette d'auto-centrer la conduite 1 par rapport à la taille du puits, peut être envisagé. L'homme du métier saura également déterminer le diamètre optimal de la conduite 1 pour obtenir autour de celle-ci, une fois mise en place dans le puits, un espace annulaire libre qui sépare la paroi externe de la conduite de la paroi du puits.

Comme montré sur la figure 1, la conduite comporte le long de sa face externe, au moins une paire de chemises métalliques tubulaires expansibles référencée 2. Une seule paire de ces chemises 2 est visible sur la figure 1. L'écartement qui les sépare peut, par exemple, être de l'ordre du mètre.

Toutefois, lorsque l'on se reporte à la figure 2 où plusieurs tronçons de conduite 1 ont été assemblés et fixés bout à bout, on constate la présence de trois paires de chemises 2 référencées n, n+1 et n+2. A titre indicatif, si chaque portion de conduite mesure 12 m de long, il est possible de positionner cent paires de chemises métalliques 2 20 sur une longueur de 1200 m de conduite. Ceci permettra, comme on le verra plus loin, de réaliser 100 fracturations différentes, espacées chacune de 12 m. Toujours en se reportant aux figures 1 et 2, on constate que la conduite 1 présente, en regard de chaque chemise 2, au moins une 25 ouverture 10, dénommée "première ouverture", qui rend possible la communication entre l'espace interne de la conduite 1 et l'espace délimité par cette conduite et chaque chemise 2. Sur les figures et toujours dans un souci de simplification, une seule ouverture 10 est représentée. Dans la pratique, on peut avoir affaire à 30 un ensemble de plusieurs ouvertures 10, par exemple réparties selon une disposition circulaire et régulièrement espacées angulairement. On peut aussi envisager plusieurs ouvertures 10 placées selon une répartition en quinconce, ou autre. Ainsi que cela est bien connu, les chemises métalliques 2 sont 35 constituées d'un matériau métallique relativement ductile et sont reliées fixement à la conduite 1 au niveau de leurs extrémités 20, par exemple par sertissage, à l'aide de vis ou par tout autre moyen de fixation connu de l'homme du métier, qui permet d'obtenir une parfaite étanchéité entre ces extrémités 20 et la paroi de la conduite 1. Sensiblement à mi-distance de l'espace qui sépare deux 5 chemises d'une même paire n, n+1 ou n+2, la conduite comporte au moins une autre ouverture 3, dite "deuxième ouverture", qui permet de mettre en communication l'espace interne de la conduite 1 avec l'intérieur du puits A, et non, comme les ouvertures 10, avec l'intérieur des chemises tubulaires 2. Bien entendu, ce qui a été dit pour l'ouverture 10 vaut 10 également pour l'ouverture 3 en ce qui concerne leur nombre et leur disposition. Néanmoins, la conduite est pourvue le long de sa face externe et recouvrant la deuxième ouverture 3, d'une chemise métallique expansible 30 qui est apte à se rompre sous l'effet d'une pression interne 15 prédéterminée, comme on le verra plus loin. Il peut être prévu dans cette paroi au moins une zone d'affaiblissement mécanique, telle que celle représentée sous la référence 31, par exemple réalisée par enlèvement de matière. Cette chemise a notamment pour fonction de pouvoir se briser sous l'effet d'une pression 20 prédéterminée dans son espace interne. Elle présente avantageusement un parcours sinueux, de sorte qu'une fois brisée, l'ouverture correspondante sera la plus large possible. Dans le mode de réalisation représenté, la chemise 30 est fixée à la conduite par les mêmes moyens que ceux des chemises 2. Il 25 s'agit d'une variante avantageuse et il est clair que la chemise 30 pourrait posséder ses propres moyens de fixation. Le matériau de cette chemise peut être avantaguesement prévu pour avoir un taux d'allongement inférieur à celui des chemises 2 En référence à la figure 1, on remarquera la présence, en aval 30 de la chemise 2 disposée sur la droite (c'est à dire en aval de la conduite), d'une gorge annulaire 11 formée dans la paroi interne de la conduite 1 et qui débouche à l'intérieur de celle-ci. On reviendra plus loin dans la description sur son utilité et sa fonction. 35 On notera que l'extrémité aval de la conduite 1 est ouverte.

Le matériel de fracturation selon l'invention comprend, en plus de la conduite 1, un élément tubulaire 4 dont un mode de réalisation possible est représenté à la figure 4. Il s'agit d'un élément tubulaire de diamètre prévu pour lui 5 permettre d'être engagé dans la conduite 1 de manière qu'il existe entre eux un espace annulaire libre. A titre purement indicatif, le diamètre de cet élément tubulaire est approximativement inférieur de moitié à celui de la conduite. La paroi de cet élément tubulaire 4 comporte au moins un 10 orifice traversant 43. Dans un mode de réalisation particulier, ces orifices traversants 43 sont disposés, dans le sens longitudinal de l'élément, sensiblement à mi-longueur, de manière à pouvoir être placés, comme on le verra plus loin, en regard des ouvertures 3 de la conduite 1. 15 Par ailleurs, la paroi externe est pourvue d'anneaux déformables 6 qui sont aptes à s'appliquer, de manière étanche, contre la face interne de la conduite, comme on le verra plus loin. Il s'agit par exemple d'anneaux déformables de type connu, par exemple sous la forme de packers aptes à se déployer à la demande, 20 pour se plaquer contre la paroi interne de la conduite 10 tout en réalisant une étanchéité à ce niveau. Ils sont positionnés et fixés à l'élément 4 par tout moyen connu de l'homme du métier, par exemple à l'intérieur d'une gorge, entre deux pièces vissées l'une à l'autre. Les anneaux déformables peuvent être des « cup packers », 25 c'est-à-dire des joints à lèvres activés par le débit de liquide provenant par exemple de l'intérieur de l'outil 4 par les orifices 43, dans la région annulaire où ils s'étendent. Une particularité ce mode de réalisation réside dans le fait qu'il existe seulement deux anneaux 6 dont l'écartement mutuel est voisin 30 de la distance l'extrémité amont 20 de la première chemise 2 de l'extrémité aval 20 de la seconde chemise. A l'extrémité aval de l'élément tubulaire 4 est préférentiellement prévu un système d'obturation 44. Il s'agit ici d'un système comportant une valve à bille 41 dont 35 on expliquera plus loin le fonctionnement dans la description.

A ce niveau, la paroi externe de l'élément tubulaire 4 est pourvue de moyens d'immobilisation 7 (représenté très schématiquement) de cet élément vis-à-vis de la conduite 1, ces moyens 7 étant pourvus d'au moins un élément saillant périphérique 70 destiné à coopérer avec la rainure 11 précitée. Il s'agit par exemple d'ergots disposés radialement par rapport à l'élément 4, qui tendent à être dirigés vers l'extérieur sous l'effet d'un ressort non représenté. Le mode de réalisation des figures 8 à 11 est très similaire au précédent.

Sauf mention contraire ci-après, les éléments communs à ces deux variantes ne seront pas décrits une seconde fois. La conduite de la figure 8 est en tous points identiques à celle de la figure 1, si ce n'est qu'elle est dépourvue de chemise 30. Dans ces conditions, l'ouverture 3 est directement en contact avec l'extérieur de la 15 conduite 1. Une particularité de l'élément 4 de la figure 10 est qu'il comporte deux anneaux 6 disposés de part et d'autre de chacun des orifices 42, soit quatre au total. Sensiblement à mi-longueur de l'élément tubulaire (et donc à 20 mi-distance des orifices 42), on a affaire, dans le mode de réalisation de la figure 10, à une ouverture 43 qui, comme représentée aux figures 10 et 11, est obturée par un organe de fermeture 5 dirigé axialement. Celui-ci est apte à passer d'une position de fermeture à une position d'ouverture sous l'effet d'une augmentation de pression dans 25 l'élément tubulaire 4, sans s'opposer à la traversée d'un fluide. En l'occurrence, dans l'exemple de représentation de la figure 10, on a affaire à un piston creux 50 rappelé en position de fermeture par un moyen élastiquement deformable tel qu'un ressort hélicoïdal 51, en appui contre une butée annulaire 52 positionnée à l'intérieur de l'élément 4. 30 Ainsi, dans la mesure où le piston est creux, le fluide qui sera amené à l'intérieur de l'élément tubulaire pourra circuler d'amont en aval, en passant à l'intérieur du piston creux. Toutefois, sous des conditions de pression prédéterminées, l'élément cylindrique évidé formant le piston creux encaissera alors, par sa 35 face avant, une pression susceptible de le déplacer vers une position d'ouverture, à l'encontre du ressort 51.

La mise en oeuvre du procédé selon l'invention à l'aide de ce mode de réalisation du matériel (et des variantes ci-après) sera décrite plus loin dans la description. Le m ode de réalisation illustré aux figures 14 et 15 est 5 similaire au précédent. Toutefois, en ce qui concerne la conduite 1, on remarque que l'on a affaire non seulement à une première gorge ou rainure 11, mais également à une deuxième rainure identique 12 décalée longitudinalement (vers l'aval) de la précédente. 10 Par ailleurs, l'élément tubulaire 4 représenté à la figure 15 se distingue du précédent par l'absence d'ouverture 43 et, bien entendu, d'organe de fermeture 5 associé. Dans le mode de réalisation des figures 19 et 20, l'élément tubulaire 4 est inchangé par rapport à la variante de la figure 5. 15 En revanche, les deux rainures annulaires 11 et 12 de la conduite 1 qui vient d'être décrite sont remplacées par une large région annulaire 13 formant une réduction de l'épaisseur de la paroi de l'élément 1. Ses extrémités opposées 130 et 131 font office de butées, comme on le verra plus loin. 20 Dans la variante de réalisation des figures 21 et 22, la conduite 1 comporte, comme dans le mode de réalisation des figures 1 et 8, une seule gorge annulaire 11. Quant à l'élément tubulaire 4, il est toujours dépourvu d'ouverture "intermédiaire" 43 et les moyens 7 qui l'équipent à son extrémité 25 aval sont susceptibles de se déplacer entre deux butées annulaires distantes longitudinalement l'une de l'autre. Elles sont référencées 8 à la figure 21. Aux figures 23 et 24, on a affaire à des équipements similaires à ceux de la figure 5. Toutefois, comme on le verra plus loin, leur mode 30 d'utilisation change. Il en est de même pour les équipements visibles aux figures 25 et 26. Nous allons maintenant décrire la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 35 Bien que celui-ci puisse être mis en oeuvre préférentiellement avec l'un ou l'autre des modes de réalisation du matériel de fracturation qui a été décrit plus haut, ce procédé peut éventuellement s'employer avec un autre type de matériel. Ce procédé requiert toutefois, pour sa mise en oeuvre, la présence d'une conduite 1 telle que décrite plus haut.

Dans une première étape, ce procédé consiste à injecter dans la conduite 1, un fluide F de fracturation sous une pression prédéterminée Pi, ce fluide s'engouffrant seulement dans les premières ouvertures 10 communiquant avec les chemises 2. Cette pression est choisie de telle manière qu'elle suffisante 10 pour provoquer l'expansion des chemises 2 en direction de la paroi du puits A, pour qu'elle s'applique de manière étanche contre cette paroi. C'est par exemple l'état correspondant à la figure 6. Ce faisant, à l'intérieur des chemises 2 règne la pression P1 tandis que, dans l'espace qui sépare les deux chemises d'une même paire 15 qui est délimité par la conduite 1 et la paroi du puits, règne seulement une pression d'origine PO. Dans une seconde étape, on injecte un fluide sous une pression de fracturation P2 différente de la première pression P1 à l'intérieur de la conduite. Ce fluide s'engouffre alors dans les premières ouvertures 10 20 et deuxièmes ouvertures 3, de sorte que la même pression P2 règne de part et d'autre de la paroi des chemises 2. Ceci correspond à la situation par exemple de la figure 7. Du fait qu'il n'existe pas de différentiel de pression entre l'intérieur des chemises 2 et la zone annulaire en regard de la paroi à fracturer, la 25 fracturation est véritablement localisée au niveau de cette paroi annulaire et ne présente pas de risque de propagation en regard desdites chemises. Tel est le principe de mise en oeuvre dudit procédé. Il est toutefois utile d'y revenir plus en détails, en tenant compte des différentes variantes de réalisation du matériel qui ont été 30 décrites plus haut. Ainsi, en référence aux figures 1, 4 et 5, alors que la chemise 1 a été mise en place dans le puits, on positionne alors l'élément tubulaire 4 avec son extrémité aval ouverte, c'est-à-dire sans que celle-ci soit obturée, pour permettre la libre circulation de liquide présent dans le 35 puits.

Une fois la mise en place réalisée (dont la bonne mise en oeuvre peut être vérifiée à l'aide d'appareils de contrôle adaptés), on envoie sous une première pression de référence un liquide contenant une bille qui, une fois en place, obture la valve 41 des moyens d'obturation 44.

L'immobilisation de l'élément tubulaire 4 relativement à la conduite 1 est assurée par les moyens 70 à élément(s) saillant(s) qui ont la capacité de se rétracter pour glisser le long de la paroi interne de la conduite 1 et venir en prise et s'immobiliser à l'intérieur de la rainure annulaire 11 de la conduite 1.

On se situe alors dans la position de la figure 5 dans laquelle les secondes ouvertures 10 de la conduite sont en regard des ouvertures 43 de l'élément tubulaire, tandis que les deux anneaux 6 sont en regard, respectivement des extrémités amont et aval 20 des deux chemises 2. Comme indiqué plus haut, et alors que les anneaux 6 ont été 15 déformés de manière à étanchéifier la conduite 1, un fluide sous une première pression de référence P1 est envoyé à l'intérieur de l'élément 4. Ce liquide circule à travers les ouvertures 43 et 10, ce qui permet de déformer les chemises métalliques 2, de manière à ce que leur paroi vienne s'appliquer contre celle du puits A en formant un joint étanche. 20 Toutefois, lorsque l'on envoie le fluide F sous une seconde pression P2, la paroi des chemises 30 se rompt, avant même qu'elle n'arrive en contact avec la paroi du puits A. Ce faisant, la pression P2 de fracturation s'équilibre de part et d'autre de la paroi déformée des chemises 2, ce qui permet de mettre en 25 oeuvre une fracturation de manière particulièrement étanche ciblée, sans risque de transmission de la fracturation à une zone qui ne serait pas en regard de celle visée. La mise en oeuvre de la variante des figures 8 et 10 est relativement similaire à ce qui vient d'être décrit. 30 L'immobilisation de l'élément 4 est réalisée alors que les premières ouvertures 10 de la conduite 1sont en regard des ouvertures 42 de l'élément tubulaire, tandis que les secondes ouvertures 3 de la conduite 1 sont en regard de l'ouverture 43 de l'élément 4. Lorsqu'un fluide sous pression P1 est envoyé dans l'élément 35 4, du fait que l'organe de fermeture 5 est un piston creux, le liquide circule au travers de ce piston et autorise la mise sous la même pression P1 de la deuxième chemise métallique 2. En tout état de cause, cette première pression P1 est insuffisante pour déplacer le piston creux de l'organe 5, de sorte que les 5 ouvertures 43 sont obturées. Dans l'étape suivante qui est représentée à la figure 13, on opère cette fois-ci sous une pression P2 qui est plus importante que la pression P1 et qui est en mesure de déplacer le piston creux 5 pour rendre accessibles les ouvertures 43. Le liquide s'y engouffre, de même qu'au 10 travers des orifices 42 et 10. Comme dans le cas présent, la pression P2 de fracturation s'équilibre de part et d'autre de la paroi déformée des chemises 2, ce qui permet de mettre en oeuvre une fracturation de manière particulièrement étanche ciblée, sans risque de transmission de la fracturation à une zone 15 qui ne serait pas en regard de celle visée. Dans le mode de réalisation des figures 16 à 18, on rappelle que l'élément tubulaire 4 est dépourvu d'ouvertures 43. Aussi, pour mettre en oeuvre le procédé de fracturation, on positionne cet élément tubulaire 4 de manière à ce que les moyens 20 d'immobilisation mutuelle 7 viennent se caler en regard de la première rainure périphérique 11. Il s'agit d'une première position d'immobilisation dans laquelle les anneaux 6 de l'élément 4 se trouvent sensiblement en regard des extrémités 20 de chacune des chemises 2, de sorte que lorsque l'on envoie 25 le fluide F sous la première pression Pi, seules les chemises 2 sont accessibles et se déforment pour assurer une étanchéité vis-à-vis de la paroi du puits A. Dans une étape ultérieure, et avant d'envoyer une pression P2 dans l'élément tubulaire 4, on le déplace de manière à ce que les moyens 30 d'immobilisation 7 coopèrent cette fois-ci avec la seconde rainure annulaire 12, qui est décalée longitudinalement de la première rainure 11. Dans cette position, et comme représentés à la figure 18, les anneaux 6 de l'élément 4 se trouvent alors positionnés de telle manière qu'ils permettent une communication de l'intérieur de cet élément, avec les 35 ouvertures 10 et 3 de la conduite 1.

Dans ces conditions et comme dans le mode de réalisation précédent, la pression P2 peut circuler au travers des ouvertures précitées de manière à exercer une fracturation sous une pression P2 qui est équilibrée de part et d'autre de la paroi des chemises 2.

Le mode de réalisation des figures 19 et 20 est relativement similaire au précédent, si ce n'est que le passage de l'élément 4 de la première à la deuxième position longitudinale se fait non plus à l'aide des deux rainures annulaires 11 et 12, mais de la région de faible épaisseur 13 dont les extrémités 130 et 131 constituent des butées pour les moyens 7.

La mise en oeuvre de la fracturation peut se faire de la même manière que dans le mode de réalisation précédent. Comme dit plus haut et en référence à la figure 23, on a affaire ici à une conduite analogue à celle représentée à la figure 5. Dans ce mode de réalisation toutefois, la chemise 30 présente 15 la particularité d'être prévue pour se rompre sous une pression supérieure à la pression d'expansion P1 des chemises 2. Toutefois, elle peut être inférieure à la pression de fracturation P2. Dans l'étape présentée à la figure 23 et avant mise en place de l'élément 4, on soumet l'intérieur de la conduite 1 à ladite pression P1, 20 de sorte que le fluide s'engouffre dans les ouvertures 10. Ceci permet de déformer et plaquer les chemises 2 contre la paroi A, sans affecter la tenue de la chemise 30. Après arrêt de la pression P1, on met en place l'élément 4, de manière à ce que les anneaux 6 viennent en regard des extrémités amont 25 de la chemise 2 située sur la gauche de la figure, et aval de la chemise 2 située sur la droite de la figure. On soumet alors l'intérieur de l'élément 4 à une pression P2 (supérieure à P1) apte non seulement à provoquer "l'éclatement" de la chemise 30, mais également la fracturation de la roche. C'est la situation 30 représenté à la figure 24. Dans le mode de réalisation de figures 25 et 26, on met préalablement une étape identique à celle de la figure 23. On se situe toutefois dans une situation dans laquelle la pression P3 nécessaire à la rupture/à l'éclatement de la conduite 3, est 35 supérieure non seulement à la pression P1 de déformation des chemises 2, mais également à la pression P2 de fracturation.

Cette étape préalable permet donc, sous une pression P1, de déformer les chemises 2 sans affecter la chemise 3. Après relâchement de la pression et mise en place de l'élément 4 dans la même position que celle de la figure 24, on génère à l'intérieur de l'élément 4, une pression P3 qui est suffisante pour provoquer l'éclatement de la chemise 3. C'est la situation de la figure 25. Cette pression est abaissée aussitôt après. On fait alors coulisser l'élément 4 d'amont en aval, de manière à ce que les anneaux 6 ne se trouvent plus, ni l'un, ni l'autre en regard des 10 chemises 2. On injecte alors le fluide sous la pression de fracturation P2 dans l'élément 4 de manière à fracturer la roche. Simultanément, la même pression est envoyée dans l'espace annulaire qui sépare la conduite 1 de l'élément 4, de manière à obtenir un équilibre de pression de part et d'autre, 15 apte à éviter tout phénomène d'effondrement de la paroi 4. On notera que l'anneau 6 situé en aval des ouvertures 42 de l'élément 4 est "activé" de manière à créer une étanchéité entre l'amont et l'aval de la conduite. Ceci n'est toutefois pas nécessaire pour l'anneau situé en amont.

20 La représentation de la figure 27 montre l'intérêt d'avoir une pression P3 d'éclatement (rupture) de la chemise 3 supérieure à la pression de la fracturation. En effet, du fait que l'on travaille d'aval en amont le long de la complétion (de droite à gauche de la figure 27), il est nécessaire, quand on se propose de fracturer la roche au niveau A1n+1/A2n+1, que la 25 pression de fracturation P2 ne provoque pas la rupture de la chemise 3 située en aval, au niveau A1n/A2n (situé sur la gauche de la figure). C'est bien le cas ici, puisque la pression P2 n'est pas suffisante pour ce faire.

Claims (22)

1. REVENDICATIONS1.Procédé de fracturation hydraulique de la roche d'un puits (A), selon lequel on introduit dans ce puits (A) une conduite (1) pourvue, le long de sa face externe, d'au moins une paire de chemises métalliques tubulaires expansibles (2), reliées fixement à la conduite (1), cette conduite (1) présentant, en regard de chaque chemise au moins une ouverture (10), dites "première(s) ouverture(s)" pour mettre en communication l'espace interne de la conduite (1) avec l'espace délimité par celle-ci et chaque chemise (2), et en regard de l'espace séparant les deux chemises (2) d'une même paire, au moins une autre ouverture (3), dite "deuxième ouverture", pour mettre en communication l'espace interne de la conduite (2) avec l'intérieur du puits (A), caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes suivantes : a) dans un premier temps, on injecte dans ladite conduite (2) un fluide (F) sous une pression Pi, cette pression étant suffisante pour provoquer l'expansion desdites chemises (2) en direction de la paroi du puits (A), de manière à venir s'appliquer de manière étanche contre cette paroi ; b) dans un second temps, on injecte un fluide (F), sous une pression de fracturation P2 différente de Pi, dans ladite conduite (1), ce fluide s'engouffrant dans les première (10) et deuxième ouvertures (3), de sorte que la même pression P2 règne de part et d'autre de la paroi des chemises expansées (2), c'est à dire à l'intérieur des chemises expansées, ainsi que dans le volume annulaire situé entre la surface extérieure de la conduite et la paroi du puits (A).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, à l'étape a), ladite seconde ouverture (3) est rendue inaccessible, de sorte que ledit fluide (F) s'engouffre seulement dans lesdites premières ouvertures (10), tandis qu'à l'étape b), elle est rendue accessible.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, à l'étape a), qu'on fait usage de moyens (30 ; 5) qui empêchent ledit fluide qui s'engouffre dans ladite seconde ouverture, de déboucher dans l'espace séparant les deux chemises (2) d'une même paire, tandis qu'à l'étape b), on rend ces moyens inopérants.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on rend lesdits moyens inopérants par passage de la pression P1 à la pression P2.
5. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que 5 l'on rend lesdits moyens inopérants par application d'une pression supérieure à P2.
6. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite pression P2 est supérieure à P1.
7. 7.Procédé selon l'une des revendications précédentes, 10 caractérisé par le fait que l'écartement entre les extrémités (20) en regard des chemises (2) d'une même paire est d'environ cinq fois le diamètre intérieur du puits (A).
8. 8.Matériel de fracturation hydraulique de la roche d'un puits (A), caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part : 15 - une conduite (1) pourvue, le long de sa face externe, d'au moins une paire de chemises métalliques tubulaires expansibles (2), reliées fixement à la conduite (1), cette conduite présentant, en regard de chaque chemise (2), au moins une ouverture (10), dite "première ouverture" pour mettre en communication l'espace interne de la conduite (1) avec 20 l'espace délimité par celle-ci et chaque chemise (2), et en regard de l'espace séparant les deux chemises (2) d'une même paire, au moins une autre ouverture (3), dite "deuxième ouverture", pour mettre en communication l'espace interne de la conduite (1) avec l'intérieur du puits (A) ; 25 - un élément tubulaire (4) de diamètre prévu pour lui permettre d'être engagé dans ladite conduite (1), de sorte qu'il existe un espace annulaire libre entre eux ; - la paroi de cet élément tubulaire (4) comportant au moins un premier orifice traversant (42) ; 30 - la paroi étant également pourvue extérieurement d'au moins deux anneaux déformables (6) situés de part et d'autre dudit premier orifice (42), aptes à s'appliquer, de manière étanche contre la face interne de ladite conduite (1).
9. 9. Matériel selon la revendication 8 caractérisé par le fait que 35 la distance entre les anneaux déformables (6) est supérieure à la distance séparant lesdites premières ouvertures (10) de ladite conduite (1).
10. 10. Matériel selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins deux premiers orifices (42) traversants qui sont disposés dans le sens longitudinal de l'élément (4), selon deux zones dont l'écartement mutuel est sensiblement égal à celui des premières ouvertures 5 (10) de ladite conduite (1).
11. 11. Matériel selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens qui empêchent ledit fluide (F) qui s'engouffre dans ladite seconde ouverture, de déboucher dans l'espace séparant les deux chemises (2), qui consistent en une chemise (30) à extrémités étanches, 10 fixées sur la paroi externe de ladite conduite (1), chemise (30) qui est apte à se rompre sous une pression prédéterminée dite "pression de rupture".
12. 12. Matériel selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit élément tubulaire (4) comporte au moins un second orifice (43) et deux paires d'anneaux (6), le second orifice étant situé entre les anneaux (6) en 15 regard des deux paires d'anneaux (6).
13. 13. Matériel selon la revendication 12, caractérisé par le fait que deux anneaux (6) sont disposés de part et d'autre desdits premiers orifices (42).
14. 14. Matériel selon la revendication 13, caractérisé par le fait 20 que les anneaux (6) d'une même paire sont séparés longitudinalement d'une distance supérieure à celle qui sépare la première et la seconde ouvertures (10; 3) de ladite conduite (1).
15. 15. Matériel selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé par le fait que ledit élément tubulaire (4) comporte des moyens (44) aptes à 25 permettre, à la demande, l'obturation de son extrémité aval (41).
16. 16. Matériel selon la revendication 15, caractérisé par le fait que lesdits moyens (44) comprennent une valve.
17. 17. Matériel selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé par le fait que ladite conduite (1) et ledit élément tubulaire (4) présentent 30 des moyens d'immobilisation mutuelle.
18. 18. Matériel selon les revendications 15 et 17 prises en combinaison, caractérisé par le fait que ladite valve est couplée avec lesdits moyens d'immobilisation mutuelle (11, 12 ; 7, 70), de sorte que ladite valve obture ladite extrémité (41) seulement lorsque lesdits moyens 35 d'immobilisation coopèrent.
19. 19. Matériel selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit premier orifice (42) est pourvu d'un organe de fermeture (5) dirigé axialement, qui passe d'une position de fermeture à une position d'ouverture sous l'effet d'une augmentation de pression, sans s'opposer à la traversée longitudinale de fluide (F).
20. 20. Matériel selon la revendication 19, caractérisé par le fait que ledit organe (5) comprend un piston creux (50) rappelé en position de fermeture par un moyen élastiquement déformable tel qu'un ressort (51).
21. 21. Matériel selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé 10 par le fait que ladite conduite (1) et ledit élément tubulaire (4) présentent des moyens d'immobilisation mutuelle (11, 12) dans deux positions distinctes décalées longitudinalement.
22. 22. Matériel selon la revendication 21, caractérisé par le fait que lesdits moyens (11, 12) sont agencés de manière à permettre le 15 passage de l'une à l'autre des positions distinctes par coulissement dudit élément tubulaire (4) relativement à ladite conduite (1).