Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
,t l V
:
La presente invention concerne un dispositif propulse par pression
hydraulique permettar,t des mesures et des interventions en cours
d'injec~ion ou de production dans un puits devie.
Par l'expression "puits devie" on entend ici aussi bien les puits
faiblement devies que ceux fortement devies et qui necessitent un
pompage de l'equipement pour atteindre la zone productrice.
L'invention est notamment applicable lorsqu'il s'agit d'effectuer des
mesures, par exemple de pression et de debit, au niveau de formations
geologiques, ou toute autre intervention dans un puits et lorsqu'il
s'agit de mettre en evidence, par exemple, le profil de debit de la
partie productrice d'un puits eruptif devie. Ces techniques de mesure
sont bien connues des specialistes et ne seront donc pas decrites plus
en detail.
~L'instrument de mesure ou d'intervention peut etre, par exemple, une
sonde de diagraphie. Elle est soit reliee electriquement 3 la surface
`par un câble de diagraphie, soit non reliee a la surface, beneficiant
dans ce cas d'une alimentation autonome et d'une memoire de stockage
de l'information.
~ .
.
: ' ,
.
-- 2 --
Il est dejà connu par le brevet US 4 349 072 de descendre au bout d'un
câble dans la partie verticale et deviee d'un pui'cs , une sonde fixee
à l'extremite inferieure d'une extension qui peut atteindre une
longueur au plus egale à la longueur du drain (par exemple 500 à
1 300 m environ). Dans sa partie superieure, l'extension est reliee à
un système de propulsion genéralement appele "locomotive", constitue
de coupelles dont la garniture en caoutchouc assure une etancheite
quasi-totale avec les parois interieures du tubage. Cette locomotive
est elle-même attachee au câble.
Lorsque le poids de l'ensemble ne suffit pas à assurer la descente de
l'equipement dans le puits sous pression, le volume situe au dessus de
la locomotive est mis en pression par pompage, de façon à pousser
l'equipement (sonde et extension) dans la zone deviee qui interesse le
producteur. Les mesures sont faites durant la phase de poussee lorsque
la sonde est dans la zone de production, ou duran'c la phase de
remontee. Elles peuvent avantageusement ê'cre repetées.
En raison de l'etancheite des garnitures, il n'est pas possible au
fluide de circuler librement et de remonter en surface. Dans ces
conditions, les mesures de debit, par exer,lple, dans un puits en
production deviennent impossibles, à moins d'utiliser un deuxième
tubage réservé à la remontée du fluide, mais cette solution est
coûteuse et doit être prévue lors de l'equipement du puits, car
l'operation de descente des deux tubages doit être simultanee.
Par ailleurs, la remontee de l'ensemble de l'equipement (sonde,
extension et locomotive) s'effectue par traction sur le câble. Si le
tubage de production possède un diamètre interieur sensiblement
constant et comme les garnitures assuren'c une bonne étanchéité, il
arrive que l'on observe un phénomène de pistonage et donc d'aspiracion
du fluide, suscep-cible de creer des desequilibres de pression et des
deplacements de fluide, entraînant une mise en production non
contrôlee.
-- 3 --
Il est connu notamment par les brevets FR-A-2 473 652 et 2 500 419 de
deplacer une sonde dans un puits par l'intermediaire d'un fluide
liquide pompe du fond du puits, traversant le moyen de pompage et
circulant par au moins une ouverture situee au-dessus d'un manchon
gonflable commande automatiquement. Le fluide va exercer une pression
sur le manchon qui, de ce fait, va progresser dans le puits.
Il est egalement connu, comme decrit dans le brevet US 3 070 167, des
dispositifs comprenant des organes munis de ressorts qui s'expansent
ou se compriment de facon a ce que ces organes fassent etancheite avec
le tubage et puissent permettre de pomper l'extension dans le puits.
Le brevet US 2 122 697 mentionne egalement un capteur descendu par
circulation grace a un pompage et qui est ancre ensuite au fond du
puits par l'interrnediaire d'une membrane deformable et de ressorts,
tandis que le brevet US 3 104 714 concerne un outil pomp2 muni d'un
câble electrique et qui comprend des patins qui vont freiner et
empêcher la remontee de l'outil.
De noMbreux problemes apparaissent en diagraphie de production
lorsqu'on s'interesse aux puits eruptifs, c'est-a-dire aux puits
sous-pression. Il s'agit d'abord d'introduire l'ensemble des outils
.
dans un pults sous pression,
Il est egalement connu d'utiliser un sas (ayant generalement une
longueur d'une dizaine de metres), en surface, pour descendre et
remonter dans un puits devie sous pression une sonde de diagraphie et
une extension, element par element. Chaque operation necessite
notamment une serie de manipulations de vannes, de mise en pression et
de purge qui sont longues et fastidieuses, dans la mesure ou il faut
assembler une extension pour atteindre, par exemple, 300 a 500 metres.
Il est egalement connu de descendre une sonde et une extension dans un
puits sous pression par un "snubbing" ou chacun des elements du
.
.
- 4 -
tubage, après avoir été vissé, est déplacé en force à partir
de la surface par un vérin hydraulique. Elles peuvent être
introduites également par un "coil tubing" où le tubage
continu est enroulé sur un grand touret et est entrainé
dans le puits sous pression par des roulettes disposées à
la surface. Ces équipements sont lourds et coûteux, voire
assez fragiles, no-tamment le "coil tubing".
Enfin, il est tout à fait possible de rencontrer
des variations de diamètre dans le tubage de production
lors de l'avancement de l'équipement de diagraphie.
Ces inconvénients sont considérablement réduits
et ces problèmes avantageusement résolus par l'utilisation
d'un dispositif selon la présente invention.
Selon la présente invention, il est prévu un
dispositif utilisable pour effectuer au cours d'opérations
d'injection ou de production de fluide, des mesures ou
interventions dans un puits dévié traversant une formation
géologique, ce puits étant équipé d'un tubage, ce dispositif
comportant au moins un instrument de mesure ou d'intervention
fixé à une première extrémité d'une extension dont l'autre
extrémité constituant l'extrémité supérieure est munie
d'organes d'étanchéité permettant la propulsion du dispositif
dans ledit tubage sous l'effet d'une pression hydraulique, le
dispositif étant relié à la surface par une ligne flexible
telle qu'un cable et étant caractérisé en ce qu'il présente
une position de propulsion dans le tubage et une posi-tion de
mesure ou d'intervention et en ce qu'il comporte deux éléments
allongés dont l'un est fixé à l'extrémité supérieure de ladite
extension et comprend au moins une ouverture située au-dessus
des organes d'étanchéité, et dont l'autre est mobile, comporte
au moins une ouverture située au-dessus des organes d'étan-
chéité et peut etre déplacé par coulissement par rapport à
ladite extrémité supérieure depuis une position de propulsion
où les ouvertures sont obturées, jusqu'à une position de
, ~, ~
- 4a -
mesure ou d'intervention découvrant les ouvertures et
permettant au fluide de s'écouler et de traverser lesdi-ts
éléments du dispositif pendant l'injection ou la production
du fluide~.
Selon un mode préféré de réalisation, lesdits
moyens comportent deux
/
,... ..
-- 5 --
elements allonges dont l'un est fixe a la partie superieure de
l'extension et comporte au moins deux ouvertures situees de part et
d'autre des organes d'etanchei~e et dont l'autre est mobile, comporte
au moins une ouverture situee au dessus des organes d'etancheite et
S peut être deplace par coulissement, sous l'effet d'une traction
exercee sur ledit câble, ou par un organe telecommande depuis la
surface, par exemple un moteur, depuis une premiere position
correspondant a l'obturation desdites ouvertures jusqu'a une seconde
position qui decouvre lesdites ouvertures.
Selon un mode de realisation particulierement avantageux, lesdits
moyens comprennent a la partie superieure de ladite extension une
membrane delimitant une chambre annulaire de volume variable, cette
chambre pouvant être reliee a une source de fluide auxiliaire sous
pression pour donner audit volume une valeur assurant sensiblement
l'etancheite et permettant la propulsion par injection de fluide
depuis la surface, ladite chambre pouvant egalement etre mise en
depression pour permettre l'ecoulement du fluide d'injection ou de
production dans ledit tubage, autour de ladite membrane et des moyens
de reglage de la pression dans ladite chambre.
L'invention est plus particulierement applicable lorsque les puits
traversant la formation geologique sont devies d'un angle tel que la
sonde ne puisse pas descendre par gravite et, par exemple, d'un angle
de plus de 40 par rapport a la verticale.
.
Lorsque le dispositif est utilise dans des puits non eruptifs, on peut
effectuer-des mesures en injection. Dans ces conditions, une traction
sur le -câble permet de liberer les ouvertures du dispositif selon
l'invention et le fluide injecte peut circuler. On effectue les
mesures lors de la phase d'injection, de preference en remontant
l'ensemble de l'equipement (l'ouverture etant de ce fait maintenue).
Par contre, dans le cas des puits eruptifs a pressions faibles ou
elevees , les mesures de debit, par exemple, sont faites pendant que
l'on produit le fluide qui sera ensuite récupére a la surface.
On peut aussi déplacer la par-tie supérieure mobile de l'extension
comportant l'ouverture, grâce a des moyens télécommandés depuis la
surface, tels qu'une commande électrique actionnant un moteur.
L'ouverture découverte présente une section sensiblement égale a la
section comprise entre le -tubage et l'extension de facon a minimiser
les pertes de charges.
Les moyens supportant les organes d'étanchéité comportent un ancrage
sur la ligne flexible en un point tel que la longueur de ladite ligne
flexible dans l'extension permette de découvrir l'ouverture. Elle est,
par exemple, au moins égale a la longueur de l'extension a laquelle
est ajoutée la longueur de l'ouverture selon l'axe du puits.
L'element supérieur coulissant par rapport a l'élément inférieur peut
comporter des systemes de verrouillage, par exemple electromecaniques,
telecommandes depuis la surface, afin d'assurer le maintien de
l'ouverture en position fermee lors du pompage, au cours de la
descente de l'equipement, ou le maintien de l'ouverture en position
ouverte, lors de la remon-tee de l'equipement et lors de la phase de
production et de mesure.
Les moyens de reglage de la pression dans la chambre de volume
variable pourront comprendre une chambre de compensation en
communication, d'une part, avec l'interieur du tubage et, d'autre
part, avec la source de fluide auxiliaire.
L'invention concerne egalement un equipement utilisable pour effectuer
au cours d'operations d'injection ou de production de fluide, des
mesures ou interventions dans un puits traversant une formation
geologique, cet equipement comportant en combinaison un dispositif tel
que defini ci-dessus et une vanne de subsurface télecommandee, a
travers laquelle ledit dispositif peut coulisser dans la position
d'ouverture de cette vanne.
Ladite vanne pourra delimiter avec la surface un sas d'une longueur
egale à la longueur du dispositif.
L'invention sera mieux comprise au vu de la description suivante,
illustree par les dessins annexes parmi lesquels :
- la figure 1 represen-te l'environnement du dispositif selon
l'invention,
- les figures 2 et 3 illustrent une vue détaillée du dispositif
durant la phase de pompage et celle de mesure,
- les figures 3A et 3B montrent une variante de l'appareillage
selon l'invention,
- les figures 4A et 4B illustrent une vue d'ensemble de l'extension
et du dispositif selon l'invention dans le cas de tubages de
production de diametres différents et,
- l-es figures 5 et ~ représentent une vue détaillée d'un autre mode
de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente un puits 1 equipé d'un premier tubage la de
diàmètre intérieur par exemple égal a 40 cm, vertical a partir de la
surface 3 et qui est dévié dans sa partie terminale.
Un autre tubage lb, par exemple de 24 cm, contenu dans le premier
tubage, est descendu dans la partie deviee du puits, l'espace entre
les deux tubages etant cimente. Ce tubage lb est prolonge par un
troisieme tubage 5 de 18 cm environ de diametre qui comporte des trous
5a pour-récupérer la production d'un drain horizontal 4. Un support de
~ubage lc assure le lien avec le tubage lb et le tubage 5, tandis
qu'une étanchéité ld est faite entre le tubage 5 et le tubage de
production 2 de 8 cm environ, a l'extrémité duquel se présente une
restriction ou "nogo" 40.
-- 8 --
L'extension 15 et la sonde 8, par exemple~ ont été pompés,
c'est-à-dire poussés par un fluide (gazole par exemple) dans 1e tubage
2, grâce a une locomotive 16 depuis la surface.
En surface, une cabine de contrôle commande les operations de
manutention, de levage et de pompage des fluides. Un câble de traction
6 (diametre par exemple de 8 mm), mû par un treuil 7, est relié a un
support de sonde et a une sonde de diagraphie 8 de type standard
(diametre 4,3 cm par exemple) qui peut être autonome ou reliée par un
câble electrique a la surface, ce dernier pouvant être aussi cable
tracteur. Le cable de traction supporte aussi les elements d'extension
L'equipement de surface comporte :
- un obturateur anti-eruption 9 (ou BOP en anglais), constitue
d'obturateurs equipes de mâchoires faisant etanchéité sur le
corps des tubes d'obturateurs equipés de coins de retenue et un
obturateur équipé de mâchoires faisant étanchéite sur le cable 6,
- un equipement de pression de type "snubbing", non represente sur
la figure; on entend par "snubbing" des moyens de descente de
matériel tubulaire sous pression,
- un sas 11 limite par l'équipement de l'obturateur anti-éruption 9
en surface et une vanne de subsurface 33 disposee dans le tubage
2, a une profondeur telle que la longueur du sas est sensiblement
superieure a celle de l'extension que l'on veut introduire dans
les portions deviees 5 du puits,
- un systeme de pompes assurant par des connexions en tete de puits
14 le pompage d'un fluide pour la descente de la sonde et le
pompage du fluide produit.
9 ~
La sonde de diagraphie 8 et son support sont fixés, soit aux éléments
vissés du ~snubbing~ ou au ~coil tubing~ (tube flexible enroulé sur
une bobine) qui constituent l'extension 15, d'un diametre voisin de
celui de la sonde et de longueur comprise, par exemple, entre 100 et
500 mètres et reliés éventuellement a la surface par une liaison
electrique sonde-surface assuree soit par l'intermediaire d'un seul
connecteur au niveau de la sonde, ou par une multiplicite de
connecteurs, chacun étant disposé sensiblement au voisinage de chaque
element.
Les moyens,de~.p~ropulsion, .l'~e~nsemble des elements vissés, le support
de sonde et la sonde de diagraphie ont de pré~érence un diametre
inférieur au diametre d'ouverture de la vanne.
A l'extrémité supérieure de l'extension se trouve le dispositifsuivant l'invention illustré dans la figure 2, avec le systeme de
propulsion 16 ou locomotive comportant un ou plusieurs éléments
d'étanchéite 17 (ou coupelles) assurant l'etanchéité avec le tubage de
production 2, ce dispositif etant solidaire du cable ~.
Les figures 2 et 3 representent un mode de realisation avantageux du
dispositif selon l'invention.
,
L'element superieur de l'extension 15 comporte un prolongement 19 qui
peut etre visse et de diametre interieur sensiblement egal a celui de
l'extension. La parcie inferieure de ce prolongement est percée d'au
moins une premiere ouverture latérale 20 permettant éventuellement le
passage.du fluide a ~ravers le prolongement ; sa partie superieure est
egalement percée d'au moins.-une seconde ouverture latérale 21 par ou
s'evacue le fluide vers la surface. Chacune de ces ouvertures est
situee de part et d'autre de la position de la locomotive 1~. Le role
de ces ouvertures 20 et 21 peut etre interverti, si l'on ~ravaille en
injection.
10 -
L'element mobile ou chemise coulissante 22 vient coiffer le
prolongement 19. Cette chemise comporte deux ouvertures 20a et 21a
situées de part et d'autre de la locomotive. Elle est solidaire du
câble 6 dans sa partie supêrieure et un pion 23 loge dans une rainure
de calage en rotation 24 ne permet qu'un deplacement axial de la
chemise coulissante 22 lorsque le câble 6 subit une traction de bas en
haut. Le câble 6 a ete solidarise en surface à la chemise coulissante
22 en un point d'arrimage 27, apres qu'on ait pris la precaution de
laisser un peu de mou pour permettre le deplacement de la chemise
coulissante.
Cette derniere comporte effectivement les coupelles d'étancheite 17 de
la locomotive 16. En position de pompage, elle repose en 26 sur la
butee basse 25 du prolongement 19 de l'extension et obstrue de ce fait
les ouvertures 2Q, 20a , 21 et 21a empêchant ainsi toute circulation
de fluide. Lors de la production du fluide (Fig.3) une traction du
câble fait remonter la chemise jusqu'a une butee assuree par le pion
23 et les ouvertures sont libérees. Le fluide peut alors s'ecouler.
La figure 3A illustre un autre mode de réalisation particulierement
avantageux dans lequel l'ouverture 20 a travers l'element 19 reste
ouverte en permanence, la chemise coulissante 22 ne recouvrant que les
ouvertures 21.
La section des ouvertures d'entrée ou de sortie du fluide est de
préfërence sensiblement egale a la section de l'espace annulaire
compris entre le tubage 2 et l'extension 15, de façon a minimiser la
perte de charge.
Selon un mode particulierement avantageux de realisation (Fig.4A),
lorsque le tube de production comporte des élements de diametre
decroissant, par exemple trois elements A, B, C (30. 31, 32)
de diametres respectifs 0 A~ 0B et 0 C tels que
~A ~ 0B S ~C, on peut effectuer l'operation de pompage sur
'11
plusieurs etages de coupelles 17A, 17B, 17C de diametres différents,
chaque étage s'arrêtant au niveau de la restriction considérée. Seul
l'étage 17c de diametre le plus faible 0 C comprend une chemise
coulissante 22 qui permet la production du fluide et les mesures de
production correspondantes (Fig. 4B). ~ c-,
La figure 1 illustre le sas artificiel 11 et plus particulierement la
vanne de subsurface 33 disposée sur la ligne de production 2. Cette
vanne assure 1a sécurité et la mise en équipression sas-surface lors
de la phase d'assemblage et de démontage de la sonde et de l'extension
et du dispositif selon l'invention, et la mise en equipression
sas-puits, lors de la phase de descente et de remontee de l'ensemble
de l'équipement.
Une télécommande manuelle transmet de la surface une énergie sur la
vanne 33, par l'intermédiaire soit d'une centrale hydraulique 34 ou a
gaz et d'une conduite 35, de façon a l'ouvrir ou a la fermer a volonté
lors des différentes phases de manoeuvre et surtout de façon a
prévenir toute fermeture non controlée consecutive a une surpression,
ce qui entrainerait la rupture du câble si la sonde et l'extension
étaient déja engages sous la vanne. Bien en-tendu, la vanne est aussi a
fermeture automatique, de façon a respecter les normes de sécurite en
vigueur.
Lorsque la pression du puits est faible, mais suffisante pour
produire, il est possible de "tuer" le puits avec une saumure
appropriée et d'éviter l'emploi d'une vanne de subsurface,
l'équipement ~de diagraphie pouvant descendre par gravité et
éventuellement par pompage dans la partie deviee du drain.
Un mode de réalisation particulierement avantageux de l'invention est
décrit ci-après.
On dispose a l'avance une vanne de subsurface 33 sur un tubage de
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production 2 à une distance au moins égale a la longueur comprise
entre la tête de puits et l'extrémité de la sonde, soit environ 300
mètres. Cette vanne est en permanence ouverte, avec commande pour la
fermeture, ou elle peut être en permanence fermée, avec commande pour
l'ouverture. On ferme la vanne. Le sas ainsi créé est à la pression
atmospherique. On introduit successivement la sonde de mesure 8
accrochee au câble 6, puis l'ex'cension 15, element par elément, et le
système de propulsion 16, 17 et 19 monte sur le dispositif selon
l'invention. Une liaison electrique est etablie éventuellement au
moyen d'un connecteur de fond. On ferme en surface le presse-étoupe 36
autour du câble et l'on équilibre la pression de part et d'autre de la
vanne 33 et ensuite on l'ouvre par télécommande depuis la surface. Par
gravité, puis par pompage, on déplace la sonde et l'extension dans la
colonne de production 2. Le câble 6 reliant l'extension à la surface
permet, à tout moment, de contrôler la profondeur, donc le déplacement
de l'extension, la vitesse de descente, la remontee de l'extension par
traction du câble. Une augmentation sensible de pression decelable en
surface signifie l'arrivee de la locomotive au contact de la
restriction ou "nogo" 40 dispose à l'extremite inferieure du tubage de
production 2.
L'extension et la sonde sont alors dans le drain de production ~. Par
traction sur le câble, on deplace la chemise coulissante 22 sans
toucher au reste de l'equipement~ puisque le cable presente un peu de
mou à l'interieur du dispositif. Cette operation permet au fluide de
circuler à travers les trous 5a de la zone de production et de là vers
la surface et de traverser par les ouvertures 20 et 21 ainsi liberées
le dispositif selon l'invention. On peut, dans ces conditions,
effectuer des mesures, par exemple de débit, en utilisant le tubage de
production qui a servi à deplacer la sonde et l'extension.
On peut deplacer la sonde et l'extension par poussée ou par traction
sur le câble. Les mesures peuvent alors etre stationnaires, ou faites
en continu durant le déplacement, de façon à déterminer un profil de
- 13 -
debit de drain.
Il est particulièrement avantageux de repeter plusieurs fois le
deplacement de la sonde dans la zone de production et donc de repeter
les mesures en pompant tout d~abord pour deplacer l'ensemble et en
tirant sur le câble ensuite.
Une fois les enregistrements effectues, on remonte l'ensemble sonde,
extension, système de propulsion sans pistonner, puisque la chemise
coulissante est ouverte et puisque le fluide peut être -transfere de la
partie superieure vers la partie inferieure du système de propulsion.
L'ensemble etant remonte au-dessus de la vanne de subsurface 33, on
ferme celle-ci et on purge le sas defini ci-dessus.
Une variante du disposit1f selon l'invention particulièrement
avantageuse lorsque le tubage presente des variations de diamètre est
illustree par les figures 5 et 6. Elle comprend un prolongement
d'extension 19 fixe d'une part au câble 6 et d'autre part à la partie
superieure de l'extension . Ce prolongement est perce lateralement
d'au moins un trou 45 par lequel s'ecoule un fluide auxiliaire (huile
ou graisse visqueuse, ou gaz) qui va se loger dans une chambre
annulaire de volume variable 46 et delimitee par une membrane
polymerique 47 et le prolongement. Ce fluide visqueux est rnis en
circulation dans une conduite 51 par un piston 48 mû par un moteur 49
et qui se deplace dans un reservoir 50. Une autre chambre 52, dite de
compensation, envoie en sens inverse par l'intermediaire d'un autre
piston 53 sur lequel s'appuie un ressort comprime 54, une quantite de
fluide qui s'ecoule par une autre conduite 51 en relation avec au
moins un trou 45 et qui permet l'equilibrage des pressions entre le
fluide contenu dans le tubage de production 2 et le fluide
auxiliaire. Avant le poMpage de l'extension et de la sonde dans le
puits, une commande du piston envoie le fluide auxiliaire visqueux
dans le volume de l'espace annulaire delimite par la membrane,
assurant ainsi une etancheite contre le tubage de production. Un autre
.
: - .
- 14 -
mode du systeme de propulsion est de ce fait constitue et le pompage
de l'equipement peut se derouler tout à fait correctement.
Pour effectuer les mesures durant l'injectcion ou la production, il
S suffit de vider partiellement le volume variable de l'annulaire 46 de
facon que le fluide puisse s'écouler librement.
Un moyen d'asservissement de diametre couple au moteur peut ê'cre
avantageusement monte en aval ou en amont pour passer les eventuelles
restrictions ou variations de diametre de tubage susceptible d'être
rencontrees.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention avec des variantes de
dispositif basees sur les moyens ci-dessus indiques.
