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CA 02135848 2004-03-18
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La présente invention concerne un dispositif et une méthode de mesure dans un
puits de production d'hydrocarbures.
Le dispositif comporte des moyens de mesures qui peuvent être espacés d'une
distance prédéterminée et la plupart des mesures peuvent être faites
sensiblement
simultanément pendant l'écoulement de l'effluent venant d'une formation
productrice.
On connaît par le brevet US-A-5184682 une tige en matériau composite pouvant
être tirée ou poussée dans un puits ou dans un tube placé dans un puits. Une
ligne, par
exemple électrique, est noyée dans la tige et permet de relier un appareillage
de mesures
et/ou d'intervention fixé à l'extrémité de la tige. Mais pour faire une série
de mesures
réparties sur toute la longueur du drain de production, il faut déplacer
l'appareillage de
mesure en agissant sur la tige placée dans le drain par enroulement ou
déroulement à partir
d'un touret.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif
de mesures dans un puits de production d'hydrocarbures,
comportant une tige d'une longueur donnée constituée de
tronçons en matériau composite, la tige étant élastique en
flexion et rigide en compression, au moins une ligne
adaptée au transfert d'énergie et/ou de mesures étant noyée
dans ladite tige, caractérisé en ce que ladite tige
comporte une pluralité de moyens de mesure répartis sur sa
longueur dans des raccords rigides reliant lesdits
tronçons, lesdits moyens de mesure étant reliés par ladite
ligne, et en ce que ladite tige équipée de ses moyens de
mesure est adaptée à être enroulée sur un touret.
Le dispositif peut comporter des moyens électroniques de gestior, des mesures
desdits moyens de mesure.
Le dispositif peut comporter des moyens de poussée de la tige dans le puits,
lesdits
moyens étant solidaires d'une extrémité de ladite tige située la plus proche
de la surface.
CA 02135848 2004-03-18
la
Le dispositif peut coniporter un câble comportant au moins une ligne de
transmission, par exemple un conducteur électrique ou une fibre optique, ledit
câble reliant
lesdits moyens de poussée et la surface.
Les moyens de poussée peuvent comporter des moyens d'étanchéité adaptés au
pompage de ladite tige vers le fond du puits.
Les moyens de mesure peuvent être adaptés à l'une au moins des mesures
suivantes: température, pression et résistivité.
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L'invention concerne également une méthode de mesure dans un puits de
production d'hydrocarbures comportant la mise en place d'une tige en matériau
composite
élastique en flexion et rigide en compression dans la longueur du puits foré à
travers une
formation géologique productrice d'hydrocarbures, une ligne de transfert
d'énergie et/ou de
mesures étant noyée dans ladite tige. La méthode comporte les étapes suivantes
:
a) on 'équipe ladite tige d'une pluralité de moyens de mesure répartis sur sa
longueur et reliés par ladite ligne,
b) on enroule ladite tige équipée de ses moyens de mesure sur un touret,
c) on introduit dans le puits ladite tige en déroulant celle-ci du touret,
d) on place lesdits moyens de mesure de ladite tige au droit de la formation
productrice,
e) on transmet à la surface du sol les mesures effectuées par lesdits moyens
de
mesure en cours de productiori d'hydrocarbures.
Dans une variante de la méthode, pour exécuter l'étape d), on peut fixer des
moyens de poussée sur l'extrémité supérieure de ladite tige.
Dans la méthode, lesdits moyens de poussée peuvent comporter des moyens
d'étanchéité entre la tige et une colonne tubtrlaire introduite dans le puits,
et on peut pomper
un fluide dans ladite colonne pour déplacer la tige vers le fond du puits.
On peut relier ladite tige à la sttrface par un câble fixé aux moyens de
poussée, ledit
câble comportant au tnoins une ligne de transmission par exemple un conducteur
électrique
ou une fibre optique.
On peut gérer les mesures de la pluralité de moyens de mesure par des moyens
électroniques situés à l'extrémité supérieure de ladite tige et reliés à la
surface par au moins
ladite ligne du câble.
On peut appliquer la méthode et le dispositif selon l'invention à un puits
fortement
incliné ou sensiblement horizontal dans une formation géologique productrice
d'hydrocarbures.
La présente invention sera nlieux comprise et ses avantages apparaîtront plus
nettement à la description qui suit de réalisations, nullement limitatives,
illustrées par les
figures ci-annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 montre l'introduction dans le puits de la tige selon
l'invention,
- la figure 2 montre l'étape d'assemblage de moyens de poussée sur la tige,
- la figure 3 montre la mise en place de la tige dans le puits,
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3
- la figure 4 illustre une réalisation de la tige équipée d'un moyen de
mesure.
Sur la figure 1, un puits 1 a été foré dans le sol jusqu'à atteindre une
formation
géologique productrice ou réservoir d'hydrocarbure 2. Une première portion 3
du puits a été
cuvelé par une colonne tubulaire 4 jusqu'à sensiblement ladite formation 2. Le
puits se
poursuit dans la formation 2, sensiblement horizontalement par un drain foré
5. Une
colonne tubulaire 6 est introduite dans la première partie 3 du puits 1,
l'extrémité inférieure
de la colonne 6 se trouvant dans l'espace intérieur de la colonne 4,
l'extrémité supérieure
étant fixée à la surface par des nioyens conventionnels de suspension compris
dans la tête de
puits 7.
La formation productrice 2 peut produire de façon éruptive, c'est-à-dire que
la
pression de l'effluent contenu dans la formation est suffisante pour que
l'effluent remonte et
s'ëçoule jusqu'en surface, par exemple par la conduite 8. Dans ce cas, avant
toute opération
dans le puits, il est courant d'équilibrer la pression de l'effluent par la
nûse en place dans le
puits d'un fluide ayant une masse voluniique telle que la pression
hydrostatique créée au
niveau du réservoir soit au moins égale à la pression de l'effluent du
réservoir. Ainsi, le
puits sera stable et il n'y aura pas de débit de fluide à la tête de puits. La
mise en place du
fluide de contrôle peut se faire en l'injectant par l'intérieur de la colonne
6, le retour de
circulation se faisant par l'espace annulaire entre les colonnes 6 et 4. La
remise en
production se fait généralement de la même manière en évacuant le fluide
d'équilibrage par
un fluide plus léger.
Un touret 9 comporte enroulé la tige 10 semi-rigide selon l'invention, équipée
avec
une pluralité de moyens de mesure 11, répartis selon des espacements
prédéterminés. La
tige 10 est introduite dans la colonne 6 par déroulement du touret 9 et
éventuellement à l'aide
de moyens 12 d'injection de la tige 10. Ces moyens d'injection peuvent être
par exemple
ceux décrits dans la brevet US-A-5184682, ou plus simplement des roues
motorisées
serrées sur la tige. Un chemin de roulement 13 guide la tige entre la tête de
puits 7 et le
touret.
Dans le cas d'un puits éruptif, la méthode conventionnelle qui consiste en
l'introduction d'éléments dans un puits en pression, dite "snubbing", peut
être utilisée. Les
équipements de contrôle de la pression et de sécurité peuvent être installés
sur la colonne 6
au niveau de la tête de puits 7.
a 8
4
La figure 2 représente l'introduction de la longueur de la tige 10 selon
l'invention,
dans la colonne 6. Préférentiellement, la longueur de la tige 10 sera au moins
égale à la
longueur de la partie du puits 5 foré dans la couche géologique productrice.
Sur l'extrémité
supérieure de la tige, on fixe des moyens de poussée 14. Les moyens de poussée
14 ont
pour fonction principale d'aider à la mise en place de la tige 10 dans le
puits, par application
d'une force de poussée résultante, par exemple du poids propre des moyens de
poussée ou
de l'action d'un pompage dans la colonne 6.
Dans la mesure où les forces de gravité peuvent être utilisées, les moyens de.
poussée peuvent être constitués de barres de charge, de masses-tiges ou
d'éléments de poids
suffisant pour pousser la tige dans sa position de mesure. Bien entendu, ces
moyens de
poussée sont adaptés à permettre d'effectuer la connexion de la ligne de
transfert de la tige
10 avec une ligne de communication avec la surface. De tels moyens de poussée,
conventionnels, sont connus de l'homme du métier et ne seront pas décrits ici.
Dans les cas où l'inclinaison du forage est telle que le poids ne suffit plus
pour
pousser la tige, ou que la dimension du tube 6 est telle que l'on ne peut pas
utiliser des
éléments pesants, on peut utiliser des moyens de poussée fonctionnant selon le
principe
d'un piston poussé par pompage d'un fluide dans le tube 6. De tels moyens de
poussée
peuvent être par exemple ceux décrits dans le brevet US-A-4729429.
Des moyens de liaison 15 sont reliés à la tige 10, notamment par
l'intermédiaire des
moyens de poussée 14. Les moyens de liaison 15 réalisent au moins les
fonctions
suivantes:
- liaison de la ligne de transfert de la tige 10 avec des appareillages
d'enregistrement et/ou de traitement des niesures à la surface,
- liaison mécanique pour permettre la mise en place ou le retrait de la tige
10 du
puits.
Les moyens de liaison peuvent être un câble du type "logging"
conventionnellement
utilisé par la profession pour effectuer des mesures dans un puits. Ce câble
comportant au
moins un conducteur électrique est enroulé ou déroulé à partir d'un treuil
auxiliaire 16. Le
touret 9 (figure 1) peut d'ailleurs également servir de treuil auxiliaire 16.
On ne sortira pas du cadre de l'invention si on utilise des fibres optiques.
Les moyens de liaison 15 peuvent aussi être une tige composite selon le brevet
US-
A-5184682. La ligne de transfert d'informations ou de mesure est reliée à
celle de la ligne de
la tige 10. Dans ce cas, lesdits moyens de liaison 15 s'enroulent
préférentiellement sur le
même touret 9 sur lequel la tige 10 peut être enroulée.
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D'une manière équivalente, les moyens de liaison peuvent être un tube
métallique
ou "coil tubing" continu et pouvant être également enroulé sur un touret.
Avantageusement,
ce tube continu est équipé d'un câble comportant au moins un conducteur
électrique, ledit
câble étant placé dans l'espace intérieur du tube.
On ne sortira pas du cadre de la présente invention si le câble n'est pas à
l'intérieur
du tube continu, mais situé à l'extérieur dans l'espace annulaire défini par
le tube continu 15
et la colonne 6. Dans cette variante, le câble conducteur est déroulé
parallèlement au
déroulement du tube, par exemple à partir d'un treuil auxiliaire. De même, le
tube peut ne
pas être continu et enroulable sur un touret, mais un assemblage de longueurs
unitaires de
tubes. Le déplacement de la tige 10 se fait alors par ajout ou retrait de
longueurs de tubes.
Des moyens électroniques 40 de gestion de la pluralité de moyens de mesure 11
sont préférentiellement placés à l'extrémité supérieure de la tige 10. Ces
moyens 40 sont
adaptés à gérer l'acquisition des informations fournies par les capteurs de
moyens de mesure
11, à assurer l'alimentation électrique, à transmettre les informations à la
surface par
l'intermédiaire de la (des) ligne(s) des moyens de liaison 15. Pour cela, les
moyens
électroniques 40 peuvent comporter des appareillages notamment de codage et/ou
de
multiplexage.
La figure 3 illustre le positionnement de la tige 10 au niveau de la formadon
productrice 2. Les moyens de mesures 11, espacés de plusieurs mètres, par
exemple entre
10 et 50 mètres, sont en situation d'acquisition de mesures en différents
points du drain foré
dans la formation productrice.
Des moyens d'étanchéité 17 autour des moyens de liaison 15 sont vissés sur
l'extrémité supérieure de la colonne 6 pour permettre l'injection ou le retour
par la conduite
18 d'un fluide de circulation dans la colonne 6. Ainsi, on peut pomper un
fluide de
circulation dans le puits à partir de la conduite 18, le retour de fluide se
faisant alors par la
conduite 8, ou inversement.
Cette disposition est nécessaire dans le cas de la variante dans laquelle les
moyens
de poussée 14 opèrent par pompage hydraulique. Avantageusement, les moyens de
poussée
hydraulique 14 comportent un système de by-pass des éléments d'étanchéité des
moyens de
poussée afin d'autoriser, selon les besoins, la circulation dans la colonne de
tubes 6 au
moins dans le sens du fond vers la surface et cela malgré la présence des
moyens de poussée
dans ladite colonne. Une réalisation d'un tel by-pass est décrite dans le
brevet US-A-
4729429.
6
L'effluent produit peut ainsi remonter à la surface soit par l'intérieur de la
colonne
4, soit par l'intérieur de la colonne 6, soit par les deux.
Dans le cas d'une formation productrice non éruptive, des moyens de pompage
peuvent être introduit dans le puits 1, à l'intérieur de la colonne 4, au coté
de la colonne 6.
La figure 4 montre un des moyens de mesure 11 qui équipe la tige 10. La tige
10
est constittiée par un certain nombre de tronçons en matériau composite dont
les extrémités
20 et 21 sont liées par un raccord 30. Ce raccord 30 est préférentiellement
métallique et
comporte deux manchons 28 et 27 solidarisés avec les extrémités 20 et 21 soit
par collage,
soit par sertissage. Les éléments sensibles 25 des moyens de mesure sont
généralement
fixés dans la partie centrale du raccord 30. Les éléments sensibles peuvent
être adaptés à
mesurer la température, la pression, la nature des fluides à l'extérieur du
raccord, en
particulier différencier l'eau des hydrocarbures, ou la détection de
vibrations.
Les lignes 22 et 23 de transfert d'information incluses dans chaque tronçon de
tige
sont connectées par un moyen de connexion 24, lequel relie également la ligne
de transfert à
l'élément sensible 25 par la ligne 26. Un moyens de mesure peut comporter
plusieurs
éléments sensibles du même type ou de types différents.
Chaque raccord 30 est suffisaniment rigide pour conférer à la tige 10 une
rigidité
sensiblement équivalente à celle d'un tronçon en niatériau composite,
cependant la longueur
du raccord 30 et le matériau utilisé autorise une courbure en flexion
déterminée pour
permettre l'enroulement sur un touret.
Les dimensions de la tige 10 peuvent être compris entre 10 mm et 25 mm, selon
la
résistance longitudinale recherchée pour la tige, compte tenu également du
nombre et type de
lignes incluse dans ladite tige, également de la dimension du touret sur
lequel doit s'enrouler
ladite tige. Par exemple une tige de 16 mm incluant une ligne comportant 8
conducteurs
électriques peut s'enrouler sur un touret de diamètre environ 2 mètres en ne
subissant que
des déformations élastiques. Une telle tige en résine thermodurcissable
renforcée par des
fibres de verre a une résistance longitudinale d'environ 10 tonnes. Pour une
telle tige, les
raccords 30 peuvent avoir un diamètre extérieur compris entre 20 et 25 mni.
Un exemple de mode opératoire est décrit ci-après :
- On se place dans la configuration représentée par la figure 1, la formation
productrice 2 traversée par un drain horizontal 5 étant éruptive.
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- On injecte par la colonne 6 un fluide à base de saumure de façon à remplir
l'intérieur de la colonne 4 et l'intérieur de la colonne 6 par cette saumure
de la hauteur
comprise entre la formation 2 et la surface. La masse volumique de la saumure
est ajustée
pour que la colonne hydrostatique du fluide équilibre la pression de la
formation 2.
- On introduit la tige équipée de ses moyens de mesure dans la colonne 6 en
déroulant le touret sur lequel est stocké la tige.
- On suspend l'extrémité supérieure de la tige au niveau de la tête de puits
lorsque
toute la longueur de la tige a été introduite.
- On contrôle le fonctionnement des moyens de mesure et des moyens
électroniques de la tige.
- On fixe les moyens de poussée hydraulique.
- On relie la ligne de la tige à la ligne du câble de logging constituant les
moyens de
liaison.
- On installe une tête d'injection sur la colonne 6.
- On pompe de la saumure par la tête d'injection pour déplacer la tige vers le
fond
du puits tout en déroulant le câble de logging.
- On pousse la tige dans le drain 5.
- On ouvre le by-pass des moyens de poussée, par exemple en effectuant une
traction déterminée sur le.câble de logging.
- On chasse la saumure du puits en effectuant une circulation d'un fluide plus
léger
en l'injectant par la colonne 6, lequel fluide passe par le by-pass pour
remonter à la surface
par la colonne 4. On contrôle la pression par une vanne de dusage de surface
installée sur la
conduite de retour.
- Orr fait produire la formation 2.
- On enregistre les informations acquises par les capteurs de la tige et
transmise par
la ligne de transmission du câble de logging en cours de production.
