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WO2009007379A2 - Procédé de chemisage d'un puits ou d'une canalisation au moyen d'une vessie gonflable - Google Patents

Procédé de chemisage d'un puits ou d'une canalisation au moyen d'une vessie gonflable Download PDF

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Publication number
WO2009007379A2
WO2009007379A2 PCT/EP2008/058873 EP2008058873W WO2009007379A2 WO 2009007379 A2 WO2009007379 A2 WO 2009007379A2 EP 2008058873 W EP2008058873 W EP 2008058873W WO 2009007379 A2 WO2009007379 A2 WO 2009007379A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tube
bladder
well
inflatable bladder
pipe
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/058873
Other languages
English (en)
Other versions
WO2009007379A3 (fr
Inventor
Frédéric Nicolas
Yoann Riou
Benjamin Saltel
Jean-Louis Saltel
Original Assignee
Saltel Industries
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saltel Industries filed Critical Saltel Industries
Priority to CN2008800241528A priority Critical patent/CN101778994B/zh
Priority to US12/668,726 priority patent/US20100193124A1/en
Priority to EA201000197A priority patent/EA016686B1/ru
Publication of WO2009007379A2 publication Critical patent/WO2009007379A2/fr
Publication of WO2009007379A3 publication Critical patent/WO2009007379A3/fr
Priority to NO20100180A priority patent/NO20100180L/no

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103—Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like
    • E21B43/105—Expanding tools specially adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B29/00—Cutting or destroying pipes, packers, plugs or wire lines, located in boreholes or wells, e.g. cutting of damaged pipes, of windows; Deforming of pipes in boreholes or wells; Reconditioning of well casings while in the ground
    • E21B29/10—Reconditioning of well casings, e.g. straightening
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
    • E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
    • E21B33/12—Packers; Plugs
    • E21B33/127—Packers; Plugs with inflatable sleeve
    • E21B33/1277—Packers; Plugs with inflatable sleeve characterised by the construction or fixation of the sleeve
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/02—Subsoil filtering
    • E21B43/10—Setting of casings, screens, liners or the like in wells
    • E21B43/103—Setting of casings, screens, liners or the like in wells of expandable casings, screens, liners, or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method of lining a well or a pipe, for example a casing, having a portion to be treated in order to make it tight, in particular to repair and / or to plug.
  • the boreholes for water collection are drilled into the ground and generally comprise a continuous jacket, or casing, made by a succession of relatively short steel cylindrical tubes (of the order of 6 m to 12 m for example) welded or screwed end to end to each other.
  • This casing once cemented against the natural wall of the well provides a seal over the entire height of the well, to prevent contamination between the various layers of land. Over time it happens that a portion or the entire wall of the casing must be sealed, especially when it has been degraded, for example by premature wear and / or corrosion, or when the perforations for the passage of the water must be clogged, especially because they produce undesirable fluids that may pass through the casing wall and penetrate inside it.
  • This expansion is usually done using a mandrel.
  • a mandrel For this purpose use is made of a rigid cylindrical mandrel, for example steel, provided with a frustoconical end portion or ogive (shell shape). The diameter of the cylindrical portion corresponds to the inside diameter that it is desired to give to the liner.
  • the mandrel is moved continuously inside the tube constituting the lining, axially, of an end thereof, by thrust or axial traction.
  • the frustoconical or ogive portion is used to gradually and radially push back the wall of the tube, so as to press against the inner surface of the casing.
  • some mandrels are rotatable, or provided with rollers or rotating rollers.
  • a disadvantage of this technique is that the mandrel has a well defined, invariable cross section, so that there is a problem when it passes through portions of the casing that do not have a cylindrical section of strictly matched diameter; these include narrowed portions and / or non-circular section, for example ovalized.
  • a mandrel of this type is for example the subject of US 6,688,397.
  • this kind of tool is relatively complex and fragile; moreover, when it is dilated, interstices are formed between the different segments which are not in contact with the wall to be expanded, so that the final section obtained has a relatively irregular shape.
  • a tube of long length, formed of sections of tube previously fixed end to end, is introduced into the well or pipe to be lined, after which the radial expansion of the tube, over its entire length, of such so that its wall comes to apply against that of the well or the pipe; this expansion is performed by a succession of successive positions of the inflatable bladder along the tube with, in each position, a crimping operation by inflating the bladder, then deflating it to bring it to a position adjacent to the previous, and so on all along the tube.
  • the maximum number of expansion operations of such an inflatable bladder tool is generally about fifty.
  • the aim of the invention is to overcome these difficulties by proposing a method that makes it possible to jack a large area of the casing quickly and economically.
  • the invention can be applied not only to a casing as described above, but also to any well dug in the ground or to any pipe, buried or not, and that is why it is stated, in the description and the claims to follow, the lining of a well or pipe, the latter may be a casing or an open well, or any other duct, vertical, horizontal or oblique, rectilinear or curved.
  • the subject of the invention is therefore a method of lining a well or channel, for example a casing by means of an inflatable bladder, all or only certain portions of the well or the pipe in front of it. be treated, especially repaired and / or clogged (s).
  • a cylindrical tube (possibly made up of sections of tube previously fixed end to end) is introduced into the well or into the channel to be lined, after which the tube is expanded radially by means of a tube. inflatable bladder, so that the wall of the tube comes to apply against that of the well or the pipe.
  • this expansion is carried out, not by proceeding step by step, but by moving the bladder previously inflated axially and continuously inside the tube, on a stroke corresponding to the length of tube to be expanded.
  • the deformability of the membrane constituting the bladder and the fluidity of the hydraulic fluid ensuring its inflation that the cross section of the bladder is not fixed, unlike that of a movable mandrel. It can permanently adapt to the effective profile of the well or pipe to be lined, so that the liner can marry parts of narrowed section, enlarged and / or imperfectly cylindrical (including oval).
  • the liner can marry parts of narrowed section, enlarged and / or imperfectly cylindrical (including oval).
  • the inflatable bladder is positioned in the deflated state inside the tube facing a portion of the end of the tube to be expanded, after which it is inflated so as to radial expansion of this end portion and then moving it in the inflated state, axially and continuously, towards the opposite end;
  • certain zones of the tube are expanded, which are separated by unexpanded zones in which the bladder is passed to the deflated state.
  • use is made of an inflatable bladder provided with a filamentary reinforcement with variable winding, which gives it, in the inflated state, a predetermined shape and calibrated dimensions;
  • an inflatable bladder provided with a protective shield consisting of adjacent flexible lamellae; the inflatable bladder is moved in the tube by traction by means of a rod; the inflatable bladder is moved in the tube by axial thrust, under the action of a fluid under pressure.
  • Figure 1 is an axial sectional view of a shaft or pipe to be lined.
  • Figures 2 to 6 are schematic views illustrating various steps of the method of the invention, for the lining of the well or the pipe of Figure 1.
  • FIG. 7A is an axial sectional view of a well or channel to be lined which has a zone of enlarged section.
  • Figure 7B illustrates the lining operation of the well or pipe of Figure 7A.
  • Figure 8A shows a liner having alternating expanded portions with unexpanded portions.
  • Figure 8B illustrates the operation for making the liner of Figure 8A.
  • Figures 9 and 10 are cross-sectional views of a well or pipe of non-strictly circular cross section, respectively before and after lining.
  • Figures 11 and 12 are diagrams of a hydraulic liner, inflatable bladder, degree and expansion zones calibrated respectively before and after expansion.
  • Figures 13 and 14 are perspective views of a hydraulic liner tool, inflatable bladder equipped with a protective shield, respectively before and after expansion.
  • FIG. 1 represents a borehole of water catchment, of vertical axis, dug in the ground S.
  • Its wall C of circular section, or approximately circular, is rough or consists for example of a deteriorated pipe (or casing), that it is desired to seal by lining it internally with a liner.
  • the scale in order to facilitate reading, the scale has been substantially enlarged in the radial direction of the duct (perpendicular to the axis of the borehole) with respect to the scale used in the axial direction.
  • the well or the pipe has for example a length of the order of 1000 m, and a diameter of 160 mm.
  • this tube for example steel, both ductile and able to resist corrosion of the medium to which it will be exposed; this tube, referenced 1 in Figure 2, has an outer diameter slightly smaller than that of the wall C, for example equal to 145 mm; its wall thickness is for example 4 mm. Its length corresponds to the wall length to be lined, for example about fifty meters.
  • This tube is advantageously made from the surface S by fixing end-to-end and tightly tube sections, which are assembled to each other, for example by welding, then progressive depression of the tube as and when it is manufactured at inside the well or pipe, according to a well-known technique (see for example US 2 167 338).
  • this tube 1 It is intended to hydroform this tube 1 by means of a crimping tool in the form of inflatable bladder, which bears the reference 2 in Figures 3 to 6.
  • Such a bladder, flexible and elastic membrane is adapted to be inserted inside the tube, in the deflated state, and be positioned in a given zone of the tube that is to be expanded.
  • the membrane is mounted on end caps 3a, 3b.
  • distal located on the bottom side of the well
  • proximal located on the other 3b, facing the surface
  • the bladder is fed with high pressure liquid, able to radially expand the membrane outwards, so that it is pressed against the wall of the tube and also causes the radial expansion outwardly for the apply firmly, over a certain length, against the wall C.
  • the tool is connected to the surface by a rod 4 allowing its handling, its good positioning, as well as the control members for inflating and deflating.
  • a conduit for supplying and discharging the inflation liquid can be integrated into said rod 4.
  • the invention begins by introducing axially into the well or pipe C a tube 1 of suitable length, facing the area to be lined. Means (not shown) for positioning, centering and axial immobilization of the tube, of a type known per se, are used for this purpose.
  • the bladder 2 being deflated, it is descended coaxially inside the tube 1 (arrow J, Figure 3).
  • this portion is expanded radially beyond the elastic limit of the material (in the zone of plastic deformation) so that its wall 10 is firmly and irreversibly applied against the wall internal well or pipe C, performing the anchoring of the tube at this level.
  • This provides an anchoring of the distal end portion of the tube which, in addition to the action of the aforementioned immobilizing means, ensures a satisfactory retention of the tube in the longitudinal direction.
  • the inflated bladder 2 is maintained and axially displaced over the entire length to be lined.
  • the flexible and elastic membrane of the inflated bladder can deform slightly during operation to accommodate any profile irregularities of the conduit C.
  • FIG. 7A shows a profile of duct C of variable section, comprising a zone Z whose diameter D2 is slightly greater than that D1 of the remainder of the duct.
  • the bladder is then inflated by introducing a liquid under high pressure sufficient to radially expand the wall of the tube 1 beyond its elastic limit in order to apply it intimately against the wall of the duct C.
  • the diameter external of the tool is ⁇ l.
  • This step corresponds to the dashed representation, referenced 2 ', of the bladder in FIG. 7B.
  • an anchoring zone at the base of the tube.
  • the swollen bladder is then moved from the bottom upwards by traction F on the rod 4, ensuring a progressive lining of the entire length portion of the duct C to be lined which lies below the zone Z.
  • FIG. 8A represents, by way of example, a lining made from a tube 6, of which three portions, referenced 61a, 61b and 61c (from bottom to top) were expanded radially and applied against the wall of the conduit C, while the intermediate portions 60a and 60b were not expanded.
  • the distal lower portion 61a is first expanded by operating as indicated above, after which the bladder 2 is deflated to cross, moving from bottom to top, the portion 60a which is desired to keep the original diameter, then the bladder is inflated to expand the portion 61b, and so on.
  • Figure 8B illustrates the expansion of the lower portion of the portion
  • portion 61b as a result of this reinflation. Further expansion of this portion is by moving up and down the inflated bladder until it reaches the entrance to portion 60b, after which it is deflated.
  • Figure 9 shows a conduit C whose section is not strictly cylindrical; it has a slightly oval shape in certain areas, which deviates from the cylindrical envelope shown in broken lines.
  • this bladder automatically adapts to the possibly variable section of the latter, this of course within certain limits compatible with the deformability of the tool and with the value of the internal pressure applied to it.
  • FIGS. 11 and 12 This possibility is illustrated in FIGS. 11 and 12 on which the filamentary tool has the reference 5.
  • the network comprises for example two crossed plies of filaments helically wound in the opposite direction.
  • Each sheet is composed of a plurality of adjacent juxtaposed filaments 7, which connect the two end pieces 3a and 3b of the tool.
  • the angle ⁇ that forms a tangent to the filament with respect to the axial direction increases progressively as a result of the increase in the diameter of the winding and the relative approximation of the end pieces 3a and 3b (at the a coil spring whose turns become narrower).
  • Figure 12 shows the inflated bladder, in the shape that it is desired to give it when inflated to a maximum pressure.
  • the filaments of the armature are helically wound with a variable pitch.
  • the deflated tool which is substantially cylindrical over its entire length.
  • the angle ⁇ formed by a left-hand pitch filament section 7a or a right-hand pitch segment 7b with respect to the longitudinal axis of the tool 5 is relatively small in the central part, part which corresponds to the cylindrical portion 50 of the inflated membrane.
  • the angle formed by these filament sections 7 "a and 7" b is higher, for example between 25 and 45 °.
  • connection zones which correspond to the frustoconical portions 51 and 52 of the inflated membrane, the angle formed by the filament sections 7'a and 7'b is intermediate.
  • This angle decreases gradually from each tip to the central area. This makes it possible to obtain an inflated bladder having a shape similar to that shown in FIG. 12.
  • the angle ⁇ of winding of the filaments is naturally chosen so that the diameter of the inflated bladder is equal, and preferably slightly greater than the inside diameter of the finished liner that must be put in place.
  • the taper of the portion 51 is useful for assisting the progressive expulsion of the tube during operation, as is done with a conventional rigid mandrel. This taper is maintained at a constant value when the tool is inflated to a sufficient pressure.
  • the taper of the portion 52 allows a progressive connection of the cylindrical portion 50 with the tip 3a.
  • the portion 51 being able for example to be in the shape of an ogive instead of a frustoconical one, and the portion 50 curved (in the form of a barrel) instead of to be cylindrical.
  • the material constituting the elastic membrane is naturally chosen to withstand the high mechanical stresses during operation, in particular at its proximal zone (portion 51 in FIG. 12), which forces the wall of the tube outwards.
  • this material advantageously has a low coefficient of friction allowing it to slide easily against the inner face of the tube; this sliding ability can advantageously be improved by coating the outer surface of the membrane with a lubricant, and in particular at this proximal zone. This zone, or even the entire membrane, could also be coated with an outer layer of suitable anti-friction material.
  • the tool referenced 8 is provided with a shield 9 whose function is precisely to promote its sliding while protecting the surface of the inflatable membrane from mechanical aggression, in particular abrasion related to friction.
  • the proximal endpiece 3b is provided at its base (tool side) with a ring 80 supporting this shield 9.
  • This is composed of a set of flexible strips (semi-rigid) and flexible 90 which are fixed to the ring 80 by their upper edge. They are arranged side by side while overlapping slightly at their edges in the manner of roof tiles.
  • the lamellae 90 cover the proximal zone of the tool, in which the high stresses required to dilate the tube will be exerted.
  • These strips are made of a flexible material, mechanically resistant, high hardness and low coefficient of friction, metal or plastic. Their outer face is smooth.
  • the tube that is expanded to make the liner is not necessarily solid wall. It may be a perforated tube, totally or partially, in certain areas, for example for the establishment of a liner acting as a filter.
  • a liner of this type the implementation of which is carried out using a rigid mandrel, is known for example from US 5,366,012.
  • the well or the pipe to be lined is obviously not necessarily vertical.
  • the invention applies equally well to oblique, horizontal and / or non-rectilinear wells, in particular curves in whole or in part.

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Abstract

Selon ce procédé, on introduit un tube cylindrique (1) dans le puits ou la canalisation (C) à chemiser, après quoi on procède à l'expansion radiale partielle du tube au moyen d'une vessie gonflable (2), de telle sorte que la paroi du tube vienne s'appliquer contre celle du puits ou de la canalisation (C). Conformément à l'invention, on procède à cette expansion en déplaçant la vessie préalablement gonflée axialement et de façon continue à l'intérieur du tube (1), sur une course correspondant à la longueur du tube ou de la zone de tube à expanser. Domaines de la production d'eau ou de pétrole.

Description

PROCEDE DE CHEMISAGE D'UN PUITS OU D'UNE CANALISATION AU MOYEN D'UNE VESSIE GONFLABLE.
La présente invention concerne un procédé de chemisage d'un puits ou d'une canalisation, par exemple d'un cuvelage, présentant une portion à traiter afin de la rendre étanche, notamment à réparer et/ou à boucher.
Elle s'applique plus particulièrement, mais non obligatoirement, au domaine de la production d'eau ou de la production pétrolière.
Dans la suite de la présente description, l'invention sera mise en œuvre, à titre d'exemple, dans le domaine de la production d'eau.
Les forages de captage d'eau sont forés dans le sol et comportent généralement une chemise continue, ou cuvelage, réalisée par une succession de tubes cylindriques en acier de relativement faible longueur (de l'ordre de 6 m à 12 m par exemple) soudés ou vissés bout à bout les uns aux autres.
Ce cuvelage, une fois cimenté contre la paroi naturelle du puits permet d'obtenir une étanchéité sur toute la hauteur du puits, afin d'éviter toute contamination entre les diverses couches de terrain. Au fil du temps il arrive qu'une portion ou la totalité de la paroi du cuvelage doive être étanchéifïée, notamment lorsqu'elle a été dégradée, par exemple par usure prématurée et/ou corrosion, ou lorsque les perforations destinées au passage de l'eau doivent être bouchées, en particulier parce qu'elles produisent des fluides indésirables qui risquent de traverser la paroi du cuvelage et pénétrer à l'intérieur de celui-ci.
Pour réparer la paroi du cuvelage, il est connu de doubler la paroi existante par la mise en place d'un chemisage de diamètre inférieur au cuvelage existant et de cimenter par injection l'espace annulaire formé par le cuvelage ancien et le nouveau tube. Ce procédé a pour inconvénient de réduire fortement le diamètre du forage car l'espace annulaire nécessaire à une bonne cimentation est relativement important, généralement supérieur à 30 mm sur le diamètre. De plus une bonne co-axialité des deux tubes est difficile à assurer en particulier dans les parties courbes du puits, ce qui peut occasionner une mauvaise cimentation, et entraîner une contamination entre les différentes couches du terrain. D'autres procédés consistent à positionner dans le cuvelage existant un chemisage de diamètre légèrement inférieur et de procéder à l'expansion radiale de la nouvelle chemise pour qu'elle vienne se plaquer contre la paroi à traiter.
Cette expansion est généralement réalisée à l'aide d'un mandrin. A cet effet on fait usage d'un mandrin cylindrique rigide, par exemple en acier, pourvu d'une portion d'extrémité tronconique ou en ogive (forme d'obus). Le diamètre de la partie cylindrique correspond au diamètre intérieur que l'on souhaite donner à la chemise. Au cours de l'opération, le mandrin est déplacé de façon continue à l'intérieur du tube constituant le chemisage, axialement, d'une extrémité de celui- ci, par poussée ou traction axiale.
La partie tronconique ou en ogive sert à refouler progressivement et radialement la paroi du tube, de manière à la plaquer contre la surface interne du cuvelage.
Pour réduire la friction importante engendrée par l'opération, certains mandrins sont rotatifs, ou munis de rouleaux ou de galets rotatifs.
Un inconvénient de cette technique est que le mandrin possède une section droite bien définie, invariable, si bien qu'il se pose un problème lors de son passage dans des portions du cuvelage qui n'ont pas une section cylindrique de diamètre strictement adapté ; il s'agit notamment de portions rétrécies et/ou de section non circulaire, par exemple ovalisée.
Pour résoudre cette difficulté, il a été proposé des mandrins dont la périphérie est pourvue d'un ensemble de segments adjacents qui s'inscrivent normalement dans une enveloppe cylindrique mais sont mobiles individuellement les uns par rapport aux autres afin de suivre au plus près le profil réel du cuvelage au cours de la progression du mandrin.
Un mandrin de ce type fait par exemple l'objet du document US 6 688 397. Cependant, ce genre d'outil est relativement complexe et fragile ; de plus, lorsqu'il est dilaté, il se forme entre les différents segments des interstices qui ne sont pas en contact avec la paroi à expanser, de sorte la section finale obtenue a une forme relativement irrégulière.
Il a également été proposé des procédés d'expansion par hydro formage, utilisant une vessie gonflable, à membrane souple et élastique, en caoutchouc ou en matière élastomère, dont l'expansion radiale est réalisée par introduction dans la vessie d'un fluide sous pression, notamment d'un liquide à haute pression.
L'état de la technique en la matière peut être illustré par le document technique en langue anglaise daté du 30 juin 2000, de la Société australienne IPI (Inflatable Packers International Pty Ltd) intitulé « Slim-line Re-lining », ainsi que par le document EP- A 1 657 365.
Selon ces techniques, on introduit dans le puits ou la canalisation à chemiser un tube de grande longueur, formé de tronçons de tube préalablement fixés bout à bout, après quoi on procède à l'expansion radiale du tube, sur toute sa longueur, de telle sorte que sa paroi vienne s'appliquer contre celle du puits ou de la canalisation ; cette expansion est réalisée par une succession de positionnements successifs de la vessie gonflable le long du tube avec, dans chaque position, une opération de sertissage par gonflage de la vessie, puis dégonflage de celle-ci pour l'amener à une position adjacente à la précédente, et ainsi de suite tout le long du tube.
Un tel procédé est très onéreux quand il s'agit d'expanser des longueurs importantes car sa mise en œuvre requiert beaucoup de temps, à cause du temps important de chaque phase successive de gonflage / dégonflage. De plus, il se produit une usure importante de l'outil de sertissage, en raison des fortes contraintes mécaniques auxquelles il est soumis à chaque étape.
Il est par conséquent nécessaire de changer cet outil périodiquement, car sa durée de vie est relativement limitée,
A titre indicatif, le nombre maximal d'opérations d'expansion d'un tel outil, à vessie gonflable, est généralement d'une cinquantaine.
Dans ces conditions, à titre d'exemple, si on doit chemiser une longueur de 1000 m avec un pas de 0,5 m, on doit procéder successivement à 2000 opérations de gonflage/dégonflage, ce qui nécessite d'utiliser une quarantaine d'outils différents. L'invention vise à pallier ces difficultés en proposant un procédé qui permette de chemiser une grande zone du cuvelage de façon rapide et économique. L'invention peut s'appliquer non seulement à un cuvelage tel que décrit plus haut, mais aussi à tout puits creusé dans le sol ou à toute canalisation, enterrée ou non, et c'est pourquoi il est fait état, dans la description et les revendications à suivre, du chemisage d'un puits ou d'une canalisation, cette dernière pouvant être un cuvelage ou un puits ouvert, ou tout autre conduit, vertical, horizontal ou oblique, rectiligne ou courbe.
L'invention a donc pour objet un procédé de chemisage d'un puits ou d'une canalisation, par exemple d'un cuvelage au moyen d'une vessie gonflable, la totalité, ou certaines portions seulement, du puits ou de la canalisation devant être traitée(s), notamment réparée(s) et/ou à bouchée(s). Comme cela est connu, on introduit dans le puits ou dans la canalisation à chemiser un tube cylindrique (éventuellement, formé de tronçons de tube préalablement fixés bout à bout), après quoi on procède à l'expansion radiale du tube au moyen d'une vessie gonflable, de telle sorte que la paroi du tube vienne s'appliquer contre celle du puits ou de la canalisation.
Conformément à l'invention, on procède à cette expansion, non pas en procédant pas à pas, mais en déplaçant la vessie préalablement gonflée axialement et de façon continue à l'intérieur du tube, sur une course correspondant à la longueur de tube à expanser. On comprend que grâce à cette technique, le temps nécessaire au chemisage, et l'usure à laquelle est soumise la vessie, sont considérablement réduits puisqu'il n'y a pas de phases répétées de gonflage / dégonflage de la vessie ; on peut donc utiliser un seul outil, ou un nombre limité d'outils.
En outre, la déformabilité de la membrane constitutive de la vessie et la fluidité du liquide hydraulique assurant son gonflage font que la section droite de la vessie n'est pas figée, contrairement à celle d'un mandrin mobile. Elle peut s'adapter en permanence au profil effectif du puits ou de la canalisation à chemiser, de sorte que le chemisage peut épouser des parties de section rétrécie, élargie et/ou imparfaitement cylindrique (notamment ovalisée). Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives de l'invention :
- avant de procéder à son expansion, on positionne la vessie gonflable à l'état dégonflé à l'intérieur du tube en vis-à-vis d'une portion d'extrémité de tube à expanser, après quoi on la gonfle de manière à assurer l'expansion radiale de cette portion d'extrémité, puis on la déplace à l'état gonflé, axialement et de façon continue, en direction de l'extrémité opposée ;
- on procède à l'expansion de certaines zones seulement du tube, qui sont séparées par des zones non expansées dans lesquelles on fait passer la vessie à l'état dégonflé. - on fait usage d'une vessie gonflable pourvue d'une armature fïlamentaire à enroulement variable, qui lui confère à l'état gonflé une forme et des dimensions calibrées, prédéterminées ;
- on fait usage d'une vessie gonflable pourvue d'un bouclier protecteur composé de lamelles souples adjacentes ; - on déplace la vessie gonflable dans le tube par traction au moyen d'une tige ; - on déplace la vessie gonflable dans le tube par poussée axiale, sous l'action d'un fluide sous pression.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels:
La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un puits ou d'une canalisation à chemiser.
Les figures 2 à 6 sont des vues schématiques illustrant différentes étapes du procédé de l'invention, pour le chemisage du puits ou de la canalisation de la figure 1.
La figure 7 A, similaire à la figure 1, est une vue en coupe axiale d'un puits ou d'une canalisation à chemiser qui présente une zone de section élargie.
La figure 7B illustre l'opération de chemisage du puits ou de la canalisation de la figure 7A. La figure 8 A montre un chemisage comportant des portions expansées alternées avec des portions non expansées.
La figure 8B illustre l'opération permettant de réaliser le chemisage de la figure 8A.
Les figures 9 et 10 sont des vues en coupe transversale d'un puits ou d'une canalisation de section droite non strictement circulaire, respectivement avant et après chemisage.
Les figures 11 et 12 sont des schémas d'un outil de chemisage hydraulique, à vessie gonflable, à degré et zones d'expansion calibrées, respectivement avant et après son expansion. Les figures 13 et 14 sont des vues en perspective d'un outil de chemisage hydraulique, à vessie gonflable équipée d'un bouclier protecteur, respectivement avant et après son expansion.
La figure 1 représente un forage de captage d'eau, d'axe vertical, creusé dans le sol S. Sa paroi C, de section circulaire, ou approximativement circulaire, est brute ou consiste par exemple en une canalisation (ou cuvelage) détériorée, que l'on souhaite étanchéifîer en la garnissant intérieurement d'un chemisage.
Sur les dessins, afin d'en faciliter la lecture, l'échelle a été sensiblement agrandie suivant la direction radiale du conduit (perpendiculairement à l'axe du forage) par rapport à l'échelle utilisée suivant la direction axiale. A titre purement indicatif, le puits ou la canalisation a par exemple une longueur de l'ordre de 1000 m, et un diamètre de 160 mm.
Pour en chemiser la paroi C, on utilise un tube métallique, par exemple en acier, à la fois ductile et apte à résister à la corrosion du milieu auquel il sera exposé ; ce tube, référencé 1 sur la figure 2, présente un diamètre externe un peu inférieur à celui de la paroi C, par exemple égal à 145 mm ; son épaisseur de paroi est par exemple de 4 mm. Sa longueur correspond à la longueur de paroi à chemiser, par exemple une cinquantaine de mètres.
Ce tube est avantageusement confectionné depuis la surface S par fixation bout à bout et de manière étanche de tronçons de tube, qui sont assemblés les uns aux autres, par exemple par soudage, puis enfoncement progressif du tube au fur et à mesure de sa fabrication à l'intérieur du puits ou de la canalisation, selon une technique bien connue (voir par exemple le document US 2 167 338).
Il est prévu d'hydroformer ce tube 1 au moyen d'un outil de sertissage sous forme de vessie gonflable, qui porte la référence 2 sur les figures 3 à 6.
Une telle vessie, à membrane souple et élastique, est adaptée pour être insérée à l'intérieur du tube, à l'état dégonflé, et être positionnée en une zone donnée du tube que l'on souhaite expanser. La membrane est montée sur des embouts d'extrémité 3a, 3b.
L'un d'eux 3a, situé du côté du fond du puits, sera appelé « distal » et l'autre 3b, tourné vers la surface, sera appelé « proximal ».
La vessie est alimentée en liquide à haute pression, apte à dilater radialement la membrane vers l'extérieur, de sorte que celle-ci s'applique contre la paroi du tube et en provoque également l'expansion radiale vers l'extérieur pour l'appliquer fermement, sur une certaine longueur, contre la paroi C.
Ce type d'outil est usuellement désigné par l'expression anglaise « inflatable packer ».
L'outil est relié à la surface par une tige 4 permettant sa manipulation, son bon positionnement, ainsi que les organes de commande permettant de la gonfler et de la dégonfler. A cet effet, un conduit d'amenée et d'évacuation du liquide de gonflage peut être intégré à ladite tige 4.
Conformément à l'invention, on commence par introduire axialement dans le puits ou la canalisation C un tube 1 de longueur adaptée, en regard de la zone à chemiser. Des moyens (non représentés) de mise en place, de centrage et d'immobilisation axiale du tube, de type connu en soi, sont utilisés à cet effet. Comme illustré sur la figure 3, la vessie 2 étant dégonflée, on la fait descendre coaxialement à l'intérieur du tube 1 (flèche J, figure 3).
Lorsqu'elle se trouve positionnée en regard de la portion d'extrémité distale (inférieure) du tube 1, dans la position représentée en traits interrompus et référencée 2' sur la figure 3, on la gonfle.
Ainsi, comme illustré sur la figure 4, cette portion est dilatée radialement, au-delà de la limite d'élasticité de la matière (dans la zone de déformation plastique) de sorte que sa paroi 10 s'applique fermement et irréversiblement contre la paroi interne du puits ou de la canalisation C, réalisant l'ancrage du tube à ce niveau.
Ceci réalise un ancrage de la portion d'extrémité distale du tube qui, en complément de l'action des moyens d'immobilisation susmentionnés, assure une retenue satisfaisante du tube suivant la direction longitudinale.
Une fois qu'on a procédé à cette expansion localisée, conformément à l'invention, on maintient la vessie 2 gonflée, et on la déplace axialement sur toute la longueur à chemiser.
Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 6, on procède à l'expansion de l'ensemble du tube 1.
Pour cela, on exerce (depuis le sol S) sur la tige 4 une traction, symbolisée par la flèche F sur la figure 5, de manière à translater l'outil 2 continûment du bas vers le haut. Ce mouvement de l'outil a pour effet de refouler progressivement, radialement, la paroi 11 du tube vers l'extérieur afin de l'appliquer intimement (comme la portion d'extrémité 10), contre la surface interne du puits ou de la canalisation C. La vessie gonflable assure cette expansion comme le ferait un mandrin rigide, dès lors que la pression du liquide hydraulique qui remplit la vessie est suffisante pour assurer le fluage de la matière constituant le tube 1, et sa déformation au-delà de la limite d'élasticité.
Cependant, contrairement à un mandrin rigide, la membrane souple et élastique de la vessie gonflée peut se déformer légèrement en cours d'opération pour s'accommoder aux irrégularités de profil éventuels du conduit C.
Lorsque l'outil 2 a parcouru la totalité de la longueur à chemiser, comme illustré à la figure 2, il peut être retiré (éventuellement après dégonflage).
L'opération est terminée, sans que l'on ait été obligé de procéder à des phases successives de gonflage / dégonflage de la vessie, conformément à l' obj ectif recherché . La figure 7A montre un profil de conduit C de section variable, comprenant une zone Z dont le diamètre D2 est légèrement supérieur à celui Dl du reste du conduit.
On souhaite chemiser ce conduit sur une longueur L incluant cette zone élargie Z.
Grâce au procédé de l'invention, comme on le comprend aisément à la simple observation de la figure 7B, il est aisé de réaliser un tel chemisage.
A cet effet, on commence -comme précédemment- par positionner le tube 1 en vis-à-vis de la partie à chemiser et on fait descendre la vessie 2 (dégonflée) axialement à l'intérieur du tube 1 pour qu'elle vienne en regard de la portion d'extrémité inférieure (ou distale) du tube.
On gonfle ensuite la vessie en y introduisant un liquide sous pression élevée, suffisante pour expanser radialement la paroi du tube 1 au-delà de sa limite élastique afin de l'appliquer intimement contre la paroi du conduit C. Dans cet état gonflé, le diamètre externe de l'outil est Φl.
Cette étape correspond à la représentation en traits interrompus, référencée 2', de la vessie sur la figure 7B. Ainsi est formée une zone d'ancrage à la base du tube. Comme précédemment, on déplace ensuite la vessie gonflée du bas vers le haut par traction F sur la tige 4, assurant un chemisage progressif de toute la portion de longueur du conduit C à chemiser qui se trouve en dessous de la zone Z.
Lorsque l'outil 2 arrive au niveau de cette zone, il se dilate naturellement et automatiquement sous l'effet de la pression interne du liquide de gonflage, à un diamètre Φ2 > Φl qui réalise le chemisage de la zone élargie Z.
Inversement, lorsque cette zone a été chemisée, par suite du rétrécissement de la section du canal dans lequel il est tracté, l'outil reprend son diamètre Φl, avec lequel il assure le chemisage de la portion à chemiser qui se trouve au-dessus de la zone Z.
Comme cela va maintenant être expliqué en référence aux figures 8A et 8B, il est possible de chemiser le conduit C en dilatant uniquement certaines portions du tube.
Dans certains cas il peut être intéressant, en effet, de maintenir des portions déterminées du tube à leur diamètre initial, quitte éventuellement à les expanser ultérieurement, en fonction des besoins et des contraintes liées à l'exploitation du puits ou de la canalisation. C'est ainsi que la figure 8A représente, à titre d'exemple, un chemisage réalisé à partir d'un tube 6 dont trois portions, référencées 61a, 61b et 61c (du bas vers le haut) ont été expansées radialement et appliquées contre la paroi du conduit C, tandis que les portions intermédiaires 60a et 60b n'ont pas été expansées.
Pour ce faire, comme on le comprend aisément à la simple observation de la figure 8B, on commence par dilater la portion inférieure distale 61a, en opérant de la façon indiquée plus haut, après quoi on dégonfle la vessie 2 pour qu'elle franchisse, en se déplaçant de bas en haut, la portion 60a dont on souhaite conserver le diamètre initial, puis on regonfle la vessie pour expanser la portion 61b, et ainsi de suite. La figure 8B illustre l'expansion de la partie inférieure de la portion
61b par suite de ce regonflage. La poursuite de l'expansion de cette portion se fait par déplacement de bas en haut de la vessie gonflée jusqu'à ce qu'elle arrive à l'entrée de la portion 60b, après quoi on la dégonfle.
La figure 9 montre un conduit C dont la section n'est pas strictement cylindrique ; elle présente une forme légèrement ovalisée en certaines zones, qui s'écarte de l'enveloppe cylindrique représentée en traits interrompus.
Cependant, nonobstant cette circonstance, du fait que la vessie exerce sur la totalité de la paroi du tube 1 une pression interne, qui est symbolisé par les flèches radiales sur la figure 10, cette paroi est forcée de s'appliquer contre la paroi du conduit sur toute sa section, formant un chemisage 12 épousant parfaitement cette section.
Ainsi, au fur et à mesure de la progression axiale de la vessie gonflée dans le tube à dilater, cette vessie s'adapte automatiquement à la section éventuellement variable de cette dernière, ceci bien sûr dans certaines limites compatibles avec la déformabilité de l'outil et avec la valeur de la pression interne qui lui est appliquée.
Il peut être avantageux de calibrer le degré d'expansion de l'outil et de lui conférer une forme prédéterminée à l'état gonflé.
Ce résultat peut être obtenu de façon relativement simple en dotant la membrane gonflable d'une armature sous forme d'un réseau de filaments (fils ou fibres de carbone par exemple) avantageusement noyé dans l'épaisseur de sa paroi.
Cette possibilité est illustrée aux figures 11 et 12 sur lesquelles l'outil à armature fïlamentaire porte la référence 5.
Le réseau comprend par exemple deux nappes croisées de filaments enroulées en hélice en sens contraire. Chaque nappe est composée d'une pluralité de filaments adjacents juxtaposés 7, qui relient les deux embouts 3a et 3b de l'outil.
Au cours du gonflage, l'angle α que forme une tangente au filament par rapport à la direction axiale augmente progressivement par suite de l'augmentation de diamètre de l'enroulement et du rapprochement relatif des embouts d'extrémité 3a et 3b (à la manière d'un ressort hélicoïdal dont les spires se resserrent).
Il est connu qu'en l'absence de traction axiale, lorsque ledit angle α atteint une valeur de 54,7 °, on observe un autoblocage du réseau de filaments, et l'expansion radiale ne peut se poursuivre.
La figure 12 représente la vessie gonflée, dans la forme que l'on souhaite lui donner lorsqu'elle est gonflée à une pression maximale.
Dans cet état, elle possède une partie principale 50 de forme cylindrique, de longueur axiale H, se raccordant à l'embout distal 3a par une portion tronconique 52 de longueur H2 et à l'embout proximal 3b par une portion tronconique 51 de longueur Hl, les valeurs de ces longueurs axiales étant telles que H > H 1 > H2.
Pour cela, les filaments de l'armature sont enroulés en hélice avec un pas variable. Sur la figure 11 est représenté l'outil dégonflé, qui est sensiblement cylindrique sur toute sa longueur.
Comme on le voit sur la figure 11, l'angle α que forme un tronçon de filament de pas à gauche 7a ou de pas à droite 7b par rapport à l'axe longitudinal de l'outil 5 est relativement faible dans la partie centrale, partie qui correspond à la portion cylindrique 50 de la membrane gonflée.
Au niveau des embouts 3a et 3b l'angle que forment ces tronçons de filament 7"a et 7"b est plus élevé, par exemple compris entre 25 et 45° environ.
Dans les zones de raccordement, qui correspondent aux portions tronconiques 51 et 52 de la membrane gonflée, l'angle que forment les tronçons de filament 7'a et 7'b est intermédiaire.
Cet angle décroît progressivement depuis chaque embout jusqu'à la zone centrale. Ceci permet d'obtenir une vessie gonflée ayant une forme similaire à celle représentée sur la figure 12.
L'angle α d'enroulement des filaments est naturellement choisi de telle sorte que le diamètre de la vessie gonflée soit égal, et de préférence légèrement supérieur, au diamètre intérieur du chemisage fini que l'on doit mettre en place.
Du fait que le degré d'expansion de l'outil est limité, on réduit le risque d'appliquer à la paroi du tube à chemiser une pression excessive qui serait susceptible d'en faire fluer la paroi en réduisant son épaisseur.
La conicité de la partie 51 est utile pour aider au refoulement progressif du tube en cours d'opération, comme on le fait avec un mandrin rigide classique. Cette conicité est maintenue à une valeur constante dès lors que l'outil est gonflé à une pression suffisante. La conicité de la partie 52 permet un raccordement progressif de la partie cylindrique 50 avec l'embout 3a.
En jouant sur la variation des angles d'enroulement, on peut obtenir les formes de vessie gonflée souhaitée, la partie 51 pouvant par exemple être en ogive au lieu de tronconique, et la partie 50 bombée (en forme de tonneau) au lieu d'être cylindrique.
Il convient de mentionner que cette technique de calibrage du degré d'expansion d'un tuyau gonflable par mise en œuvre d'une armature fïlamentaire à pas variable est déjà connue en soi (voir par exemple le DE 1 086 500).
Le matériau constitutif de la membrane élastique est naturellement choisi pour résister convenablement aux contraintes mécaniques élevées en cours d'opération, notamment au niveau de sa zone proximale (portion 51 sur la figure 12) qui refoule la paroi du tube vers l'extérieur.
A défaut, la membrane risque de se détériorer et/ou de s'user prématurément. De plus ce matériau possède avantageusement un coefficient de frottement faible lui permettant de glisser aisément contre la face interne du tube ; cette aptitude au glissement peut avantageusement être améliorée en enduisant d'un lubrifiant la surface externe de la membrane, et en particulier au niveau de cette zone proximale. Cette zone, voire la totalité de la membrane, pourrait également être revêtue d'une couche externe en matériau anti frottement approprié.
Sur la variante représentée sur les figures 13 et 14, l'outil, référencé 8, est pourvu d'un bouclier 9 dont la fonction est justement de favoriser son glissement tout en protégeant la surface de la membrane gonflable des agressions mécaniques, en particulier de l'abrasion liée aux frottements. L'embout proximal 3b est pourvu à sa base (côté outil) d'une bague 80 supportant ce bouclier 9.
Celui-ci est composé d'un ensemble de lamelles souples (semi- rigides) et flexibles 90 qui sont fixées à la bague 80 par leur bord supérieur. Elles sont disposées côte à côte tout en se superposant légèrement au niveau de leurs bords à la manière de tuiles de toit.
Les lamelles 90 recouvrent la zone proximale de l'outil, dans laquelle vont s'exercer les contraintes élevées requises pour dilater le tube.
Grâce à leur élasticité, lorsque l'outil est dégonflé, les lamelles s'appliquent contre la membrane, leur degré de recouvrement de bordure étant maximal.
Lorsqu'on gonfle la vessie, elles se déploient à la manière des pétales d'une fleur qui éclot, et dont la zone centrale correspond à la bague 80, tout en restant appliquées contre la membrane, leur degré de recouvrement de bordure étant minimal, voire nul.
Ces lamelles sont réalisées dans un matériau souple, mécaniquement résistant, à dureté élevée et à faible coefficient de frottement, en métal ou en matière synthétique. Leur face externe est lisse.
Il va de soi qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en déplaçant l'outil gonflé par poussée axiale et non par traction. Cette poussée peut être obtenue par mise en œuvre d'une pression de fluide, notamment hydraulique, d'un côté de la vessie préalablement gonflée.
Le tube qui est expansé pour réaliser le chemisage n'est pas forcément à paroi pleine. Il peut s'agir d'un tube ajouré, en totalité ou partiellement, en certaines zones, par exemple pour la mise en place d'un chemisage faisant office de filtre. Un chemisage de ce genre, dont la mise en place est réalisée en utilisant un mandrin rigide, est connu par exemple du document US 5 366 012.
Le puits ou la canalisation à chemiser n'est bien évidemment pas nécessairement vertical. L'invention s'applique tout aussi bien à des puits obliques, horizontaux et/ou à configuration non rectiligne, notamment courbe en totalité ou en partie.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de chemisage d'un puits ou d'une canalisation au moyen d'une vessie gonflable (2), selon lequel on introduit un tube cylindrique (1 ; 6) dans le puits ou la canalisation à chemiser, après quoi on procède à l'expansion radiale partielle ou totale du tube au moyen d'une vessie gonflable (2 ; 5 ; 8), de telle sorte que la paroi du tube vienne s'appliquer contre celle du puits ou de la canalisation (C), caractérisé par le fait qu'on procède à cette expansion en déplaçant la vessie préalablement gonflée axialement et de façon continue à l'intérieur du tube (1), sur une course correspondant à la longueur du tube ou de la zone de tube à expanser.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avant de procéder à son expansion, on positionne la vessie gonflable (2 ; 5 ; 8) à l'état dégonflé à l'intérieur du tube (1 ; 6), en vis-à-vis d'une portion d'extrémité de tube à expanser, après quoi on la gonfle de manière à assurer l'expansion radiale de cette portion d'extrémité, puis on la déplace à l'état gonflé, axialement et de façon continue, en direction de l'extrémité opposée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on procède à l'expansion de certaines zones (61a, 61b, 61c) seulement du tube (6), qui sont séparées par des zones non expansées (60a, 60b) dans lesquelles on fait passer la vessie (1) à l'état dégonflé.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on fait usage d'une vessie gonflable (5) pourvue d'une armature fïlamentaire (7) à enroulement variable, qui lui confère à l'état gonflé une forme et des dimensions calibrées, prédéterminées.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on fait usage d'une vessie gonflable (8) pourvue d'un bouclier protecteur (9) composé de lamelles souples adjacentes (90).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on déplace la vessie gonflable (2 ; 5 ; 8) dans le tube (1 ; 6) par traction au moyen d'une tige (4).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on déplace la vessie gonflable dans le tube (1 ; 6) par poussée axiale, sous l'action d'un fluide sous pression.
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