Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne une méthode et un dispositif de
transmission des informa~ions générees par des moyens de détection
et/ou de mesure placés dans un puits.
La presente invention est particulierement bien adaptée aux techniques
de mesure en cours de forage généralement designés par les initiales
MWD provenant des termes anglo-saxon Measuring While Drilling.
Les diagraphies en cours de forage utilisant une technique de type MWD
sont appelées à connaître un important developpement pour deux raisons
essentielles :
- diminution des coûts des diagraphies,
- possibilite de teleguidage du forage en fonction d'objectifs
réservoir (point particulierement important dans le cas d'un forage
horizontal).
Les outils existants sont, outre les capteurs de paramètres purement
forage, une sonde de mesure de rayonnement gamma naturel
(éventuellement orientée), une sonde de mesure de résistivite normale.
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2 --
Du point de vue transm;ssion des mesures jusqu'à la surface du soL,
trois modes sont possibLes :
- transmission par cable,
- transmission par ondes de boue (impulsions de pression dans la boue
de forage), et
- transmission par ondes électromagnétiques.
Les brevets FR 1 603 406, FR 1 603 706, et FR 1 602 653 illustrent des
exempLes de dispositifs de transmission de L'information par ondes de
boue.
L'articLe de P. De Gauque et R. Grudjinski intituLe "Propagation of
ELectromagnetic Waves along a drillstring of Finite Conductivity"
publié par la SPE Drilling Engineering en Juin 1987 décrit la
transmission d'informations par ondes électromagnetiques.
La transmission par cable presente l'avantage d'etre de très bonne
qualité et d'operer à vitesse élevee (centaines de mesures par
seconde). Son inconvénient est par contre de ne plus permettre en
géneraL La rotation du train de tiges.
La transmission par ondes de boue ou par ondes éLectromagnétiques ne
présente aucune gene pour Les opérations de forage, mais leur cadence
est beaucoup pLus faibLe, de l'ordre d'une mesure par 10 secondes.
La reaLisation d'un jeu compLet de diagraphies en MWD pourrait se
heurter a un probLeme de vitesse de transmission dans Le cas d'une
transmission par ondes de boue ou par ondes éLectromagnetiques. Cette
vitesse serait particuLièrement insuffisante dans Le cas où un
traitement en temps reeL des mesures devrait être effectué en vue d'un
piLotage du forage.
13~40~3
-- 3 --
La presente invention propose une transmission mixte qui evite
l'inconvénient cité précedemment. Cette transmission mixte pourra être
adaptee a donner en continu par l'intermédiaire d'ondes de boue ou par
ondes electromagnetiques les parametres de forage auxquels seraient
ajoutees quelques mesures liées à la formation. Lorsque les conditlons
de forage ne necessitent pas la rotation de l'ensemble du train de
tiges et que les mesures relatives à la formation presenteront un
interêt (par exemple en vue d'un guidage du forage), un câble pourra
être connecté et permettra une remontée de mesures plus dense.
Le dispositif de transmission pourrait même être conçu de telle
manière que la sélection des voies de mesu,-es transmises normalement
par ondes de boue ou par ondes électromagnétiques soit effectuee, si
souhaité, par l'intermédiaire d'un des conducteurs du cable.
Le dispositif et la méthode selon la présente invention permettent
d'obtenir avec le minimum de decalage dans le temps des informations
pertinentes sur les formations geologiques forees, de diminuer le coût
des diagraphies du fait qu'il n'est plus necessaire d'immobiliser le
puits pour de longues periodes correspondant aux periodes de
diagraphie, d'obtenir une meilleure qualite de l'information puisque
la mesure est réalisee tres rapidement après le forage avant
altération par la base, etc. Les informations obtenues dans ces
conditions permettent un gain de temps précieux pour la réalisation
d'élements qui devront être mis en place dans le puits apres le
forage, tels les tubes perforés de production dont on pourra prevoir
rapidement l'emplacement des perforations.
Par informations pertinentes, il faut entendre des informations
sophistiquées nécessitant un grand flux de transmission de
l'information lorsque cela est necessaire, par exemple lorsque l'on
traverse une zone critique de la formation géologique et des
informations relativement pauvres lorsque les formations géologiques
en cours de forage ne présentent pas d'intérêt particulier. Dans le
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-- 4
cas de forage dirigé, les informations pauvres à faible
fréquence de transmission pourront contenir notamment les
informations de direction`du forage et les paramètres de
forage.
Selon la présente invention, il est prévu une méthode de
transmission en surface d'informations générées par au moins
un moyen parmi des moyens de détection et de mesure,
caractérisé en ce que:
- on place ledit au moins un moyen dans un puits, et
- on transmet des informations dudit au moins un moyen soit
par câble soit par ondes.
Les ondes peuvent être des ondes de boue ou ondes
électromagnétiques et les informations par câbles ou par
ondes peuvent être transmises simultanément ou
successivement.
On pourra effectuer la transmission sans pour autant retirer
les moyens de détection et/ou de mesure du puits. On pourra
effectuer la transmission par câble par intermittence. On
pourra effectuer la transmission en cours de forage.
Lorsque la méthode selon l'invention est appliquée au cas du
forage par moteur de fond fixe à l'extrémité d'un train de
tiges, on pourra effectuer la transmisson par câble
lorsqu'il n'est pas nécessaire de tourner le train de tiges.
On pourra dans ce cas effectuer la transmission par ondes de
boue où par ondes électromagnétiques au moins pendant les
périodes de forage où l'on n'utilise pas la transmission par
câble, ou en permanence.
Le câble pourra être utilisé pour effectuer la transmission
d'informations en temps réel, c'est-à-dire, au fur et à
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4a -
mesure de leur acquisition.
On pourra également stocker dans un organe de stockage
faisant partie de l'extrémité inférieure du train de tiges,
.,,` !
13~4~73
les informations à transmettre par cable et périodiquement
on pourra descendre le cable afin de remonter les
informations stockées du train de tiges.
Selon la présente invention, il est également prévu un
dispositif de transmission d'informations générées par au
moins un moyen parmi des moyens de détection et de mesure
placés dans un puits, dispositif comprenant des moyens de
transmission comportant un câble et des moyens de
transmission par ondes de boua ou par ondes
électromagnétiques.
Les moyens de transmission par câble pourront comporter des
moyens de stockage de l'information. Les moyens de
détection et/ou de mesure pourront être placés dans un train
de tiges sensiblement au voisinage de l'extrémité inférieure
de ce train de tiges.
L'extrémité inférieure du train de tiges pourra comporter un
outil de forage éventuellement entrainé par un moteur de
fond.
Lorsque les moyens de détection et de mesure comportent
plusieurs voies pouvant être transmises par ondes de boue ou
par ondes électromagnétiques, le dispositif selon
l'invention pourra comporter des moyens de contrôle des
voies effectivement transmises. Les moyens de contrôle
pourront être adaptés à recevoir la consigne relative aux
voies à transmettre à partir des moyens de transmission
comportant le câble.
Le dispositif selon l'invention pourra comporter un raccord
à entrée latérale. Le câble mentionné précédemment pourra
être un câble électrique ou optique.
i3
- 5a -
La presente invention sera mieux comprise et ses avantages
apparaitront plus clairement 3 la description d'exemples
particuliers qui suivent parmi Iesquels:
- la figure 1 represente un ensemble constitué d'un outil de
forage, d'un moteur` de fond et d'une batterie de sondes de
mesure, ainsi que les organes de transmission.
.
,
,~ :
A
~3Q~73
- la figure 2 illustre schematiquement le fonctionnement du dispositif selon l'invention.
- les figures 3 à 8 montrent les différentes étapes de la methode
selon l'invention, dans le cas d'un équipement de forage comportant
un moteur de fond.
Les exemples qui suivent concernent la transmission par ondes de boue.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention en utilisant la
transmission par ondes electromagnetiques a la place de la
transmission par ondes de boue.
La figure 1 représente l'équipement de fond selon l'invention, dans le
cas d'un forage exécuté au moyen d'un moteur de fond.
La référence 1 désigne l'outil de forage qui est entra;ne en rotation
par un moteur de fond 2.
Les références lA, 1B, ... 1N concernent des élements du train de
tiges qui comportent des sondes de mesure.
La réference 3 designe un elément comportant un multiplexeur-selecteur
qui est relié à l'elément 4, lequel est un générateur d'ondes de boue,
ainsi qu'au connecteur electrique 5.
La reference 6 designe un element permettant de modifier la
trajectoire du forage. Cet élément peut être un raccord coude, par
exemple du type decrit dans le brevet US.4.286.676, US.4.374.547 ou
FR.2.581.698. Ce raccord peut être place juste au-dessus de l'outil ou
de préférence juste après le moteur, ou encore être insére parmi les
élements de mesure 1A, 1B, ... lN. Géneralement le moteur de fond est
entra;né par une circulation de fluide moteur provenant de la surface.
Dans ce cas les différents elements (éléments de mesure,
multiplexeur-sélecteur, generateur d'ondes de boue) permettront la
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-- 7 --
circulation de fluide moteur.
Dans le cas de la figure 1, les autres eléments du train de tiges se
raccordent à l'élement 4 qui comporte un filetage 7 prévu a cet effet.
La figure 2 illustre schématiquement le fonctionnement de l'ensemble
d'éléments indiques precedemment.
Les références 8A, 8B, ... 8N désignent les sondes de mesure de
paramètres A, B, C, D, ... N.
Les lignes 9A, 9B, 9C, 9D, ... 9N transmettent les signaux de mesure
généralement électriques, provenant respectivement des sondes 8A, 8B,
8C, 8D, ... 8N a l'organe multiplexeur-selecteur 10. Cet organe traite
les signaux reçus et transmet certaines de ces informations au
generateur d'ondes de boue 11 par une ou plusieurs lignes de
transmission : 12. Cet organe transmet également des signaux au
connecteur 13 par une liaison électrique 14.
Le système selon la présente invention peut comporter un moyen de
stockage 15 des informations, eventuellement sous forme numérique.
Les moyens de stockage de l'information sont relies par une ou
plusieurs lignes de transmission du flux d'informations 16. Cette
ligne est a double sens, de manière 3 permettre le remplissage des
memoires et leur lecture.
L'organe multiplexeur-selecteur pourra comporter des moyens de
commande qui pourront être pilotés ou programmes à partir du
connecteur 13. Ainsi ce connecteur pourra servir à la transmission de
l'information dans les deux sens : informations allant vers la surface
et informations de pilotage provenant de la surface.
Ainsi l'organe multiplexeur pourra recevoir la sélection de canaux de
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mesure dont il convient de transmettre l'information par le générateur
d'ondes de boue.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention si une ou
plusieurs lignes sont reliees directement au générateur d'ondes de
boue, au connecteur, aux moyens de stockage de ou a plusieurs de ces
éléments simultanement.
Dans le cas de la figure 1, toutes les liaisons se font à travers
l'organe multiplexeur-sélecteur 10.
Les figures 3 à 8 montrent un exemple d'intervention réalisee selon la
presente invention.
La réference 17 designe la surface du sol, à partir de laquelle on
fore un puits 18.
La référence 19 désigne l'outil de forage entraîne par le moteur de
fond 20 qui est surmonte par un ensemble 21 comportant un raccord
coude, des sondes de mesure, un organe multiplexeur-sélecteur, un
génerateur d'ondes de boue et un connecteur. Cet ensemble 21
correspond a celui represente à la figure 1.
Cet ensemble est fixe à l'extremite d'un train de tiges de forage 22.
Dans le cas de la figure 3, on a foré un puits devie et le forage se
poursuit sans difficulté particulière dans une formation comme 23 ne
presentant pas de problème particulier.
Au cours de cette phase de forage, le générateur d'ondes de boue
transmet à la surface les informations provenant d'un nombre limité de
sondes. Ainsi l'on peut transmettre des informations concernant les
paramètres de forage, tels le couple, le poids, la pression et la
température, la direction du forage.
13~!4~3
Le nombre d'informations transmises et leur rythme de transmission
sont limites par les performances réalisées par les systèmes utilisant
les ondes de boues.
Les informations ainsi transmises par les ondes de boue permettent un
contrôle du forage.
Durant cette phase du forage, on peut entraîner en rotation depuis la
surface l'ensemble du train tiges et entraîner ainsi l'outil de forage
19 pour forer le puits. Par ailleurs, le fait de pouvoir tourner le
train de tiges évite les risques de coincement du train de tiges.
Le génerateur de boue pourra avantageusement transmettre une
information supplementaire concernant notamment soit la détection d'un
evènement anormal, soit la detection d'une modification de la
formation géologique foree.
La figure 4 illustre la phase du forage correspondant à la pénétration
de l'outil de forage dans une nouvelle formation 24.
A ce moment le génerateur d'ondes de boue transmet, parmi les
informations qu'il achemine à la surface, celle selon laquelle il a
détecte une formation nouvelle 24.
Il appartient a l'opérateur de surface de décider s'il souhaite ou non
un supplement d'information. Dans la négative le forage se poursuit
sans modification.
Dans le cas contraire, le forage est interrompu et l'on descend depuis
la surface un connecteur 25 fixé à l'extremite d'un câble 26 (figure
5).
La descente du connecteur peut se faire entièrement par pompage
jusqu'à la connexion, ou bien par gravité, puis par pompage.
~3~4V~3
- 10 -
Le câble 26 peut passer de l'exterieur du train de tiges à l'intérieur
de celui-ci grâce à un raccord à entree laterale 27 ("side entry sub"
en anglais) pouvant être d'un type connu.
A partir du moment où le connecteur 25 coopère avec le connecteur 28
de l'ensemble 21, l'opérateur possède une liaison à haut flux de
transmission de l'information.
Si l'ensemble 21 comporte des moyens de stockage de l'information,
l'operateur peut demander leur lecture, du moins si de l'information y
a eté stockée et si elle intéresse l'operateur.
Dans le cas contraire, le forage se poursuit à l'aide du moteur de
fond, en ajoutant des éléments 29 du train de tige au dessus du
raccord a entrée latérale 27. Durant cette phase du forage,
représentée à la figure 6, l'opérateur dispose en surface
d'informations sophistiquées necessitant un haut flux de transmission
de l'information.
Les paramètres mesures et transmis peuvent etre ceux produits par des
sondes acoustiques, des sondes à neutrons pulsés, des sondes
particulières de mesure de resistivité, etc.
L'operateur peut decider ou non de l'arret du génerateur d'ondes de
Z5 boue pendant cette phase du forage, car bien evidemment les
informations transmises par le génerateur d'ondes de boue peuvent
également etre transmises par le c3ble.
Les informations obtenues gr3ce à la transmission des signaux par le
câble 26 permettent une bonne connaissance de la nouvelle formation 24
et permettent de savoir si celle-ci est une formation productrice
d'hydrocarbures ou non. Ainsi l'operateur pourra decider de la
trajectoire à donner au forage. Il pourra également connaître les
caractéristiques qu'il devra donner au tubage de production qu'il
1.3~4073
mettra au niveau de cette formation. Ainsi La construction d'un tel
tubage pourra être entreprise avec un delai de realisation suffisant,
puisque le forage doit encore se poursuivre, alors que selon les
techniques de l'art antérieur ce délai est très court, puisqu'il
correspond uniquement au temps de realisation des diagraphies
différées.
A partir du moment où l'opérateur estime superflu de poursuivre la
transmission d'informations à flux rapide de transmission, le câble 26
peut être retire. Pour cela le train de tiges est remonte
partiellement jusqu'a ce que le raccord a entrée latérale 27 soit au
niveau de la surface 17 pour y etre retire, ainsi que le câble.
Avant l'opération de retrait du câbLe, l'opérateur pourra transmettre
par l'intermediaire de ce même câble, les signaux de commande au
multiplexeur-sélecteur, de manière a choisir les voies a transmettre
par le générateur d'ondes de boue et eventuellement mettre en
fonctionnement ce dernier.
Le cas echeant, il pourra également programmer les moyens de stockage
de l'lnformatlon.
Une fois ces opérations réalisées, le forage peut reprendre, comme
illustré a la figure 8, c'est-à-dire avec l'adjonction supplementaire
d'elements du train de tiges et en l'absence de câble.
La déc;sion de suppression du câble 26 peut être egalement motivée par
les risques de coincement du train de tiges qui impose la necessite de
tourner le train de tiges.
Sur la figure 1, le connecteur mâle 5 est équipe d'un manchon de
protection 30 des contacts électriques 31. En l'absence de connecteur
femelle, le manchon 30 est maintenu au niveau des contacts électriques
31 grâce au ressort 32.
:
~.3~73
- 12 -
Sous l'action de la fiche femelle, le manchon 30 est escamoté à la
base du connecteur mâle 30.
La presente invention peut egalement etre appliquée au cas du forage
en l'absence de moteur de fond.
Dans ce cas la détection d'une formation nouvelle sera tranmise à
l'operateur par le génerateur d'ondes de boue.
L'operateur pourra aLors poursu;vre le forage d'une longueur
suffisante pour effectuer des diagraphies et descendre le câble équipé
de son connecteur pour effectuer les mesures en remontant le train de
tiges.
Dans le cas où la longueur sur laquelle il convient d'effectuer des
diagraphies est importante, il sera possible après le forage de cette
longueur de remonter le train de tiges de cette meme longueur, d'y
descendre le cable et le connecteur à travers un raccord à entree
laterale jusqu'~ la connexion sur l'ensemble selon l'invention et
d'effectuer les mesures soit, en ajoutant des éléments supplémentaires
du train de tiges, soit en retirant de tels élements.
De la même manière que précedemment, avant le retrait du c3ble,
l'operateur pourra contrôler le generateur d'ondes de boue et
eventuellement des moyens de stockage de l'information.
Dans le cas où le forage s'effectue en "rotary" sans moteur de fond,
m~is avec des moyens de stockage de l'information, ceux-ci pourront
etre declenches automatiquement par le multiplexeur-sélecteur et le
forage pourra se poursuivre sur une longueur suffisante pour effectuer
les mesures souhaitees.
A la fin de cette phase de forage, le cable équipé d'un connecteur
pourra etre descendu pour coopérer avec l'ensemble 21 et lire le
4~73
- 13 -
contenu des moyens de stockage de l';nformation.
Dans ce cas là, il est inutile d'utiliser un rarcord a entrée
latérale, du moins si on ne souhaite pas poursuivre le transfert
d'information ~ L'aide du câble.
Ici aussi, avant de retirer Le c3ble, l'opérateur aura transmis ses
instructions au multiplexeur-sélecteur.
1C
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