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La présente invention concerne une sonde de puits pouvant
êtré mécaniquement découplée d'un organe de liaison rigide qui la
relie à une installation de surface. La sonde de puits selon
L'invention peut être associée notamment à une colonne tubulaire comme
S on en trouve en particulier dans les puits équipés pour la production
d'hydrocarbures.
Elle peut encore être associée par exemple à un train de
tiges de forage et poussée jusque dans les parties très inclinées de
puits déviés dans le cadre d'opérations d'exploration acoustique ou
sismique.
Un puits équipé par exemple pour la production
d'hydrocarbures, comporte un tube de cuvelage ou casing mis en place
durant Les opérations de forage. Il est tenu par du ciment injecté
dans L'espace annulaire entre lui et le forage. Dans le puits cuvelé
est mis en place une colonne tubulaire ou tubing pour l°écoulement des
fluides hors de la zone de production:
La sonde de puits selon L°invention permet l'installation
de capteurs acoustiques ou sismiques dàns un puits de produçtion pour
effectuer des relevés sismiques; Des relevés de ce type dans une
ZU zone-réservoir, sont utiles pour déterminer son évolution au cours du
temps. On met en oeuvre par exemple une méthode dite de profil
sismique vertical;(PSV> qui comporte la réception des ondes renvoyées
par les réflecteurs du sous-sol au moyen d'un ou, plusieurs capteurs
disposés dans une ou plusieurs sondes de puits descendues le Long d'un
ZS forage, ces ondes ayant été émises par un générateur sismique disposé
en surface ou bien dans un autre puits.
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La réalisation de relevés sismiques dans un puits équipé
nécessite la mise en place d'un ensemble de capteurs et ceci ne peut
être effectuée sans une interruption des opérations de production.
Par la demande de brevet francais publiée FR 2 593 292, on
S tonnait un procédé et un dispositif d'installation d'un ensemble de
réception sismique dans un puits. Le procédé consiste essentiellement
à disposer des capteurs à l'extérieur du tube de cuvelage ou casing et
à les noyer dans le ciment que l'on injecte dans l'espace annulaire.
Par la demande de brevet français publiée FR 2 642 849, on tonnait
aussi un dispositif permettant l'ancrage d'un ensemble de surveillance
acoustique ou sismique à l'extérieur d'un tube de cuvelage avant sa
cimentation dans un forage. Il assure la protection de cet ensemble
contre les chocs quand la phase de mise en place du tube. Un tel
procédé et un tel dispositif présentent l'avantage que le couplage des
capteurs avec les terrains environnant Le puits est particulièrement
bon. En contrepartie, le couplage d'un équipement sismique par
cimentation présente un caractère irréversible qui n'est pas sans
inconvénient parfois. Après cimentation, L'installation est
définitive : on ne peut ni récupérer L'ensemble de réception s'il
s'avère que le puits surveillé est moins utile que prévu initialement,
ni changer un capteur reconnu défectueux. Parfois aussi, on réalise
après un début d'exploitation, que certains puits sont
particulièrement intéressants et que l'installation d'un ensemble de
capteurs dans ces puits déjà cuvelés aurait été souhaitable.
La sonde de puits selon l'invention évite les inconvénients
ci-dessus mentionnés. Elle peut être mécaniquement découplée d'un
organe de liaison rigide qui la relie à une installation de surface
tel qu'un train de tiges de guidage dans un puits dévié ou une colonne
permettant la circulation de fluides. Cette sonde est caractérisée en
ce qu'elle oanpi~r~d au moins deux sabots d'excentrement fixés autour
de l'organe de liaison rigide à une certaine distance l'un de l'autre
et au moins un sabot intermédiaire disposé autour de l'organe de
liaison, entre les sabots d'excentrement, ce sabot intermédiaire étant
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pourvu d'un passage central de section supérieure à celle de
l'organe de liaison, au moins un boitier de mesure associê au
sabot intermédiaire, des moyens de déplacement latéral pour
coupler caque boitier de mesure avec les formations environ-
nant le puits, des moyens conducteurs pour relier le boitier de
mesure à un ensemble d'enregistrement, les deux sabots
d'excentrement étant agencés pour que, dans leur position
d'ancrage, l'organe de liaison rigide soit centré dans le
passage central du sabot intermédiaire, supprimant ainsi tout
l0 contact direct entre celui-ci et ledit organe de liaison.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, chaque
boîtier de mesure est solidaire d'un équipage mobile déplaçable
dans une cavité latérale du sabot intermédiaire entre une
position de retrait et une position avancée, l'équipage mobile
étant constitué en deux parties mobiles l'une par rapport à
l'autre dans une direction longitudinale et agencées pour qu'un
écartement des deux parties suivant cette direction, entraîne
un déplacement de l'équipage mobile vers sa position avancée,
des moyens ressorts pour écarter longitudinalement les deux
20 parties mobiles et des moyens de blocage par intermittence pour
maintenir en tension les moyens ressorts.
Une première partie de l'équipage mobile peut être
munie par exemple d'une roulette reposant sur une face inclinée
de la cavité latérale du sabot intermédiaire et une deuxième
partie comporte une lumière oblique pour guider un axe fixé au
sabot intermédiaire.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, les
moyens de blocage par intermittence comportent un piston
solidaire de La première partie de l'équipage mobile et
30 déplaçable dans une chambre ménagée dans la deuxième partie de
l'équipage mobile et des moyens pour contrôler l'injection d'un
fluide hydraulique dans ladite chambre, de manière à comprimer
lesdits moyens ressorts.
Les moyens pour contrôler l'injection peuvent
comporter par exemple un clapet électromagnétique pour faire
communiquer ladite chambre avec le puits.
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Les moyens pour contrôler l'injection de fluide
peuvent comporter aussi un accumulateur associé à la sonde et
contenant un fluide sous pression.
,Suivant un autre mode de réalisation préférentiel,
l'équipage mobile peut être pourvu d'une lumière de guidage
arrondie pour l'axe de la roulette, orientée de manière qu'une
traction sur la sonde exercée par l'intermédiaire de l'organe
de liaison rigide, déplace l'équipage mobile vers sa position
de retrait.
l0 Des moyens escamotables pour solidariser le sabot
intermédiaire en translation avec l'organe de liaison peuvent
être prévus et ces moyens peuvent comprendre par exemple une
pièce rigide fixée à l'un des sabots d'excentrement et des
moyens de blocage de cette pièce dans le sabot intermédiaire en
position de recul de l'équipage mobile.
Chaque boitier de mesure peut comporter par exemple
des cavités pour un ou plusieurs récepteurs acoustiques ou
sismiques directionnels.
La sonde de puits peut comporter une cartouche
20 électronique, et les moyens conducteurs peuvent comporter un
élément de câble pour raccorder chaque boitier de mesure à la
cartouche électronique ainsi qu'un câble multi-conducteurs pour
relier ladite cartouche à l'ensemble d'enregistrement.
L'organe de liaison rigide peut être une colonne
tubulaire et dans ce cas, les moyens conducteurs sont fixés par
des colliers à l'extérieur de cette colonne.
Par cette combinaison de deux sabots d'excentrement
et d'un sabot intermédiaire, définie ci-dessus, les capteurs
utilisés se trouvent couplés avec la paroi du puits ou de son
30 tube de cuvelage ou casing, tout en étant mécaniquement séparés
de l'organe de liaison telle que la colonne tubulaire qui relie
la sonde à la surface. La force d'ancrage à appliquer au
boitier de mesure est limitée du fait que la masse des pièces
mécaniques qui lui sont associées, se rêduit à celle du sabot
intermédiaire. Le découplage mécanique obtenu en laissant un
espace annulaire entre le sabot intermédiaire et la colonne
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rigide et en enlevant les moyens de liaison qui le maintiennent
en place par rapport au sabot d'excentrement inférieur, il
résulte aussi que les capteurs ne recoivent de la colonne
aucune vibration parasite.
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D'autres caractéristiques et avantages de la sonde de puits
selon l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description
ci-après d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple non
limitatif, en se référant aux dessins annexés où
- la Fig.1 montre schématiquement la sonde en position d'ancrage dans
un puits cuvelé;
- la fig.2 est une vue schématique en coupe partielle d'une partie du
sabot intermédiaire, dans le plan de déplacement du boitier de
mesure, montrant l'équipage mobile en position de couplage;
- la Fig.3 montre la même partie du sabot intermédiaire en vue de
côté, la clavette de liaison au sabot d'excentrement inférieur étant
en position de dégagement;
- la Fig.4 montre l'équipage mobile en vue de dessus;
- la Fig.S montre la partie inférieure de l°équipage mobile de la
Fig.2, dans sa position de retrait et d'engagement de la clavette
qui le relie au sabot d'excentrement inférieur étant en position
d'engagement; et
- la Fig.6 montre une section transversale de la sonde dans le puits.
Une application possible de la sonde 1 montrée à la Fig.1,
consiste par exemple, on l'a vu, à effectuer des mesures dans un puits
2 qui a été équipé pour la production pétrolière. Dans le puits a été
cimenté un cuvelage ou casing 3. La sonde est reliée à un organe
rigide 4 constituée dans l'application décrite par une colonne
tubulaire de production ou tubing.
La sonde de puits comporte deux sabots d'excentrement 5, 6
et un sabot intermédiaire 7. Les sabots d'excentrement 5, 6 sont fixés
autour de la colonne 4 à une certaine distance l'un de l°àutre. Ils
sont pourvus tous les deux de Lames de ressort 8 disposées
identiquement de manière à Les plaquer contre la paroi du cuvelage '3
suivant un même plan radial. Le sabot intermédiàire 7 entoure de même
la colonne 4. IL est pourvu d'un passage central 9 dont la section est
supérieure à celle de La colonne 4. Des longeron s latéraux 10,, 11
disposés parallèlement à L'axe de la colonne 4, une butée haute 12 et
une butée basse 13, rapportés sur le sabot intermédiaire 7, délimitent
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un logement 14 pour un équipage mobile 15 en deux parties 16, 17. La
première partie 16 comporte un boitier cylindrique 18 pour des moyens
capteurs. Ces moyens capteurs comportent par exemple trois géophones
directifs 19, 20, 21 orientés suivant trois directions orthogonales,
L'une d'entre elles étant par exemple parallèle à l'axe du puits. Le
boitier cylindrique 18 est terminë par une plaque d'appui 22. Il est
emboité dans un guide allongé 23 du côté d'une première extrémité de
celui-ci. L'emboitement est rendu étanche par des joints 24. Du côté
de l'extrémité opposée du guide 23 est embo.itée une partie terminale
25 pourvue de joints d'étanchéité 26 d'un clapet électro-magnétique
27. Le clapet comporte une tige 28 déplaçable entre une position
d'ouverture où elle met en communication un premier conduit 29 et un
second conduit 30, et une position de fermeture où elle interrompt le
passage entre les deux. Le premier conduit 29 débouche à une extrémité
dans une chambre intérieure 31 d'un vérin hydraulique 32, 1a chambre
31 est délimitée entre une partie terminale 33 du corps du vérin 32
formant piston et une cavité 34 à L'intérieur de la seconde partie 17
de l'équipage mobile 15. Des joints 35, 36 isolent la chambre 34 du
milieu extérieur. La seconde partie 17 est également pourvùe d'une
plaque d'appui 37. Le second conduit 30 débouche à l'extérieur du
sabot intermédiaire 7.
Le sabot intermédiaire est pourvu CFig. 6> d'un bossage 38
qui sert d'appui à une rainure longitudinale 39 dans l'équipage mobile
15 (Fig. 4). Deux ressorts 40, 41 disposés symétriquement de part et
d'autre de l'équipage mobile 15, viennent prendre appui sur les
plaques d'appui terminales 23 et 37 de celui-ci. Les ressorts 40, 41
tendent à écarter l'une de l'autre les deux parties 16, 17 de
l'équipage mobile.
La partie inférieùre de l'équipage mobile'est pourvue d'une
lumiére arrondie 42 où se déplace l'axe 43 d'une roulette 44. Par
cette roulette, l'équipage mobile repose sur la face supérieure 45 de
la butée basse 13 qui délimite le logement 14 à sa base. Cette face 45
est légérement inclinée de manière que la détente des deux ressorts
40, 41 tende à déplacer la roulette 44 et l'équipage mobile vers
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l'extérieur du logement 14. On donne à la lumière 42 une orientation
telle qu'une traction sur l'organe de liaison 4 depuis la surface,
crée une force composante qui ramène l'axe 43 de la roulette 44 vers
l'intérieur du logement 14.
La partie inférieure de l'équipage mobile comporte une
extension radiale 46 du côté intérieur du logement 14, et la plaque 4S
comporte un évidement axial 4? de section adaptée à celle d'une
clavette 48 solidaire du sabot d'excentrement inférieur 6. Cette
clavette 48 est pourvue d'un bourrelet 49. L'extension radiale 46 est
adaptée à venir s'engager sous le bourrelet 49 en position de retrait
de l'équipage mobile efi ainsi à bloquer la clavette 48. Dans cette
position, le sabot intermédiaire 7 est maintenu en position par
rapport au sabot d'excentrement inférieur 6.
Le guide 23 comporte une extension radiale 50 du côté
intérieur du Logement 14, pourvue d'une lumière oblique de guidage 51
où est engagé un doigt 52 solidaire du corps du sabot intermédiaire 7.
La lumière 51 est orientée de manière que la première
partie 16 de l'équipage mobile descende vers sa position de retrait
dans le logement 14. La forme de la Lumière de guidage 51 est choisie
de manière qu'une traction exercée sur la colonne 4 depuis la surface,
tende à faire reculer la seconde partie 17 de L'équipage mobile vers
la position de retrait de celui-ci.
L'engagement de la clavette dans le sabot intermédiaire
(Fig.S> permet d'imposer à celui-ci une orientation angulaire définie.
La zone d'application du boitier de mesure 22 contre la paroi est par
exemple du même côté du puits que les zones d'application des ressorts
La section du passage 9 au centre du sabot intermédiaire î,
est choisie de manière que celui-ci ne touche pas la colonne 4 quand
l°équipage mobile se trouve en position de couplage avec la paroi du
tube de cuvelage 3.
Les conducteurs électriques (non représentés) associés aux
différents capteurs 19-21 dans le boitier de mesure 22 ainsi que ceux
qui servent à La télécommande du clapet électro-magnétique 28, sont
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connectés par l'intermédiaire d'un connecteur électrique étanche 53 et
d°une portion de câble mufti-conducteurs 54, à une cartouche
électronique 55 (Fig. 1> fixée au sabot d'excentrement supérieur 5.
Par un autre connecteur électrique 56, la cartouche électronique 55
est reliée à un autre câble mufti-conducteurs 57. Celui-ci est attaché
à l'extérieur et tout au long de la colonne tubulaire au moyen de
colliers 58. Par ce câble, la cartouche électronique 55 est reliée à
un Laboratoire de commande et d'enregistrement disposé à L'extérieur
du puits et non représenté. La cartouche électronique 55 renferme par
exemple des moyens de préamplification et de filtrage des signaux
produits par les capteurs ainsi que des moyens de transmission des
signaux sur le câble. Les moyens électroniques dans la cartouche
peuvent être par exemple ceux décrits dans Les brevets français
FR 2 613 496 et 2 616 230.
Des pions 59 sont vissés radialement dans le corps du sabot
intermédiaire. En faisant varier leur enfoncement, on peut régler le
centrage du sabot intermédiaire de manière qu'une position d'ancrage,
il ne touche pas la colonne 4.
La sonde de puits selon l'invention est mise en place de la
manière suivante . avant la descente dans le puits du sabot
intermédiaire porte-boitier 7, on fixe les deux sabots d'excentrement
5, 6 fixés à la colonne 4 de manière que, une fois celle-ci mise en
place dans la zone de production, le sabot intermédiaire 7 se trouve à
une profondeur de fonctionnement choisie. Le sabot intermédiaire est
mis en place entre les deux sabot d'excentrement 5, 6 et il est
positionné de manière que la clavette 48 vienne s'engager dans la i,
rainure 47. On ouvre alors le clapet électro-magnétique 27 et on
injecte du fluide hydraulique par les conduits 29, 3Q dans la chambre
31 du vérin 32, de manière à rapprocher les deux parties 16, 17 de
l'équipage mobile 15, et à comprimer les ressorts 40,41. En reculant,
l'extension radiale 46 vient bloquer la clavette 48 en position.
Le clapet 28 est alors refermé. La portion de câble est
connectée entre la cartouche et le connecteur sur l'équipage
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mobile 15. Pour éviter toute possibilité de couplage mécanique, on
détend totalement la portion de câble 54 en l'enroulant par exemple
plusieurs fois autour de la colonne 4, comme indiqué sur la Fig. 1.
La colonne est constituée par interconnexion d'un train de
tiges. Au fur et à mesure le câble S7 est attaché à la conduite 4 par
les colliers S8.
Une fois la colonne 4 en place et centrée par rapport au
tube de cuvelage 3 ou casing, par les ressorts 8, et le câble 57 relié
au laboratoire de commande et d'enregistrement, on ouvre le clapet 28
et le fluide hydraulique de la chambre 31 du vérin 32 s'échappe à
l'extérieur par les conduits 30, 31, ce qui permet la détente des
ressorts 40, 41 et le déplacement de l'équipagé mobile 15 vers sa
position de couplage en contact étroit avec la paroi du tube de
cuvelage 3. Le déplacement de l'équipage mobile 1S permet l'avancée de
l'extension 46. La clavette 48 est alors libérée. On la dégage de la
rainure 47. On enfonce un peu plus la colonne 4 de manière à écarter
la sonde d'excentrement inférieure 6 de la sonde intermédiaire 7 qui
vient d'être couplée avec la paroi. Celle-ci se trouve donc découplée
complètement du reste de la sonde et donc de l'ensemble de la colonne
rigide 4. Les vibrations parasites qu'elle pourrait collecter par son
intermédiaire, ne sont pas transmises aux différents capteurs dans le
boitier. Les ressorts 40, 41 suffisent à obtenir un couplage très
étroit du boitier 22 avec la paroi du cuvelage car la masse à ancrer
se réduit à celle de l'équipage mobile, en raison du découplage
mécanique pratiquement totaC obtenû.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en associant
plusieurs sabots intermédiaires à deux sabots d'excentrement comme les
sabots 5, 6 ou encore en disposant plusieurs ensembles de deux sabots
d'excentrement de part et d'autre chacun d'un sabot intermédiaire
porte-boitier de mesure, de manière à disposer de moyens de mesure à
plusieurs profondeurs différentes.
On ne sortirait pas non plus du cadre de l°invsntion en
remplaçant les ressorts à lame servant à l'excentrement des sabots 5,
6 par tout moyen équivalent ou en utï,lisant des sabots d'excentrement
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dilatables soit mécaniquement soit hydrauliquement.
De même, on ne sortirait pas non plus du cadre de
l'invention, en maintenant en place le sabot intermédiaire 7 par
rapport à L'un des sabots d'excentrement 5, 6 au moyen de ressorts ou
par tout autre moyen de liaison amovible.
De la même façon, on ne sortirait pas du cadre de
l'invention en reliant le vérin 32 à des moyens pour fournir un fluide
hydraulique de manière à pouvoir, par un nouvel engagement de la
clavette 48 dans son Logement et un recul de l'équipage mobile vers sa
position de retrait par injection de fluide dans le vérin, déplacer la
sonde vers une autre position d'ancrage. Ces mayens peuvent être par
exemple un accumulateur hydraulique.
