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CA 02213685 1997-08-29
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DISPOSITIh' DE COUPLAGE D'UN SYSTLME DE RG'CEPTION A L~~ PAROI
D'UN PUITS
La présente invention concerne un dispositif perfectionné pour coupler un
système de réception à la paroi d'un puits de production d'effluents
pétroliers. Le système
de réception comporte de préférence des capteurs du type accéléromètre et/ou
des
géophones.
L'objet de la présente invention est d'améliorer la réponse en fréquence du
système de réception. Lorsque la réponse en fréquence du système et le ou les
fréquences
mesurées par le système de réception sont identiques ou voisines de la ou des
fréquences
du signal d'excitation arrivant depuis la formation, on dit que le système de
réception est
correctement couplé. Dans le cas contraire, le système de réception possède
ses modes
propres de résonances qui ont pour effet que, à partir d'une excitation par
exemple de type
monofréquence, le système répond avec des fréquences multiples d'amplitudes
souvent
aussi importantes que celle du signal d'excitation. Le signal recueillit par
le système est
alors inexploitable.
Le système ainsi amélioré convient en particulier pour effectuer des mesures
dans
des puits étroits où le système de réception est par conséquent de petit
diamètre et donc
léger.
Les applications d'un tel système sont nombreuses. On peut s'en servir pour
détecter les vibrations générées dans la bande audio, par les roches de
formation
géologiques voisines du puits lorsqu'elles sont soumises à des fracturations
hydrauliques,
pendant les périodes de pompage dans le puits qui suivent ces fracturations,
pendant les
périodes de pompage d'injection ou au cours de la production du puits. On peut
utiliser ce
système pour des opérations de prospection sismique impliquant le
positionnement de
capteurs dans un ou plusieurs puits. Un tel système de réception trouve encore
ses
applications dans la surveillance de terrains, d'ouvrages d'art ou de cavités
de stockage, etc.
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ou bien encore pour Ia détection d'activités sismiques ou de tremblements de
terre. D'une
façon plus générale, le système de réception amélioré, objet de la présente
invention, peut
être utilisé dans toutes les activités concernées où l'on a à capter des
signaux acoustiques
dans une bande de fréquence jusqu'à plusieurs milliers de hertz.
On connaît par le document US-A-5259452 une sonde comportant un système de
réception, mais le couplage de ce système avec les parois du puits n'est pas
optimisé.
Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de couplage d'un système
de
réception avec la paroi d'un puits foré dans le sol, le système comportant au
moins un
capteur sensible à des vibrations, des moyens d'application du système contre
la paroi du
t0 puits disposés aux deux extrémités dudit système. Une surface d'appui du
système contre la
paroi, comprise entre lesdits moyens d'application, possède un rayon de
courbure
sensiblement identique au rayon de courbure d'une section transversale du
puits de façon à
ce que la surface de contact entre le système et la paroi soit selon une
portion de cylindre
comprise dans un arc au moins égal à 90°.
Le dispositif peut comporter des moyens d'application constitués par des
aimants.
Les aimants peuvent être montés sur le corps du système de façon à créer,
entre
les pôles des aimants et la paroi du puits, un entrefer compris entre 1 et 3
mm.
Le dispositif peut comporter des moyens d'application constitués par des
électroaimants.
Le dispositif peut comporter des moyens d'application constitués par des bras
télescopiques.
L'axe, selon la direction de mesure du capteur, peut intercepter la surface de
contact.
Deux capteurs peuvent être disposés dans une même section et dont leurs
directions sont perpendiculaires.
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Les capteurs peuvent être du type géophone et/ou accéléromètre.
Le système de réception peut avoir une longueur comprise entre 30 et 50 cm et
une dimension transversale comprise entre 40 et 50 mm.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus
clairement a la lecture de la description d'exemples, nullement limitatifs,
illustrée par les
figures ci-annexées, parmi lesquelles:
- La figure I montre schématiquement un ensemble de mesure comprenant un
dispositif de couplage du système de réception, selon l'invention.
lo - Les figures 2a et 2b montrent, en coupe, le dispositif de couplage.
- La figure 3 illustre une mise en oeuvre de la présente invention.
- la figure 4 montre des essais comparatifs entre des systèmes de réception.
La figure 1 est une représentation schématique d'une sonde de mesure pouvant
être descendue dans un puits 1, tubé par une colonne métallique ou non. Cette
sonde est,
par exemple, constituée en trois parties: une partie électronique 2, un
dispositif de
découplage 3 et un système de réception 4 comportant au moins un ensemble de
capteurs
devant être correctement couplé avec la formation géologique à travers
laquelle le puits est
foré. La présente invention porte principalement sur le système de couplage de
la partie 4
avec la paroi du puits 1. Les autres parties sont comparables à celles
décrites dans le
document
US-A-5259452, cité ici en référence.
Le module électronique 2 peut contenir des capteurs cle pression et de
température
5, des moyens électroniques de transmission 6 pour faire parvenir les mesures
à la surface
du sol par le canal des conducteurs contenus dans le câble de "logging" 7, une
motorisation
8 pour actionner un bras télescopique 9 destiné à plaquer le module
électronique 2 contre
la paroi du puits. Dans le cas le plus courant, où le puits est cuvelé par une
colonne
métallique (casing), on peut adjoindre au bras 9 un système d'aimant 10,
permanent ou du
type électroaimant. On ne détaillera pas ici le dispositif de découplage
mécanique 3, dont
les fonctions et forme de réalisation sont décrites dans le document US-A-
5259452.
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Le système de réception 4 selon l'invention comporte des moyens capteurs qu'il
s'agit de coupler aussi parfaitement que possible avec la formation. I1 peut
s'agir de trois
géophones directifs 1 1 dont les axes sont orientés respectivement suivant
trois directions
orthogonales, d'un géophone tri axial, ou encore de quatre géophones orientés
régulièrement dans l'espace. On peut leur adjoindre trois accéléromètres l2
dont les axes
sont aussi orientés suivant trois directions orthogonales. En général, le
système de
réception comporte en complément un pendule 13 permettant de mesurer
l'inclinaison du
puits à l'endroit de la mesure. On dispose, sensiblement aux deux extrémités
du système de
réception, des moyens d'appllCatloll 14 et I S dudit système contre la paroi
du puits.
La figure 2a montre en coupe AA (figure 1 ) le corps du système de. réception
entre les moyens d'application 14 et 15. La ligne 16 représente partiellement
la paroi du
puits, tubé ou non tubé. La section du corps du système de réception 4 est
constituée d'une
portion de cylindre 17 prolongée par deux plans tangents 18 raccordés en M et
N sur une
surface de même rayon de courbure que celui du puits 1, de façon à ce que le
contact du
système de réception 4 avec la paroi du puits se fasse sur toute la longueur
de l'arc MN. La
longueur de la corde MN peut être sensiblement égale au diamètre de la partie
cylindrique
du corps du système de réception, dans ce cas, les plans 18 sont sensiblement
parallèles,
mais on ne sortira pas du cadre de la présente invention si ladite longueur
est supérieure au
diamètre afin d'augmenter la )ongueur de l'arc MN. Ainsi, les directions 19 et
20,
2o représentant deux directions orthogonales de moyens capteurs directionnels,
interceptent la
paroi du corps 4 sur la zone de contact (arc MN) entre ledit corps et la paroi
du puits
améliorant très sensiblement le couplage des capteurs disposés selon ces
directions.
I a figure 2b montre un mode de réalisation des moyens d'application 14 et 15
dans le cas le plus courant où le puits I est tubé par une colonne métallique.
La solution
représentée sur la figure 2 b montre des moyens d'application magnétiques
constitués par
deux aimants permanents, par exemple au samarium/cobalt disposés de façon à ce
que les
lignes de champ magnétiques se referment à travers le tube de cuvelage 23. Une
pièce en
fer doux 24 referme les lignes de champ dans le corps du système de réception,
et des
pièces de prolongement 25 et 26, également en fer doux, ménagent un entrefer
d'environ 1
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à 3 mm par rapport au tubage 23. Ainsi, le corps du Système de réception est
en appui
sensiblement continu entre les deux points d'application 14 et 15, ceux-ci
n'étant pas
directement en contact avec la paroi du tube, la force d'application exercée
par chaque
aimant favorisant l'appui de la partie du corps comportant les moyens
capteurs.
5 I1 est clair que l'invention peut être mise en oeuvre avec d'autres moyens
d'application, par exemple avec des électroaimants, ou encore des bras
télécommandés
selon le principe décrit dans le document US-A-4898237 cité ici en référence.
En exemple, les dimensions du système de réception peuvent être: une longueur
comprise entre 35 et 50 cm, une dimension transversale comprise entre 42 mm et
environ
l0 50 mm, et un rayon de courbure compris entre 85 et 90 mrn pour la surface
de contact.
Une telle sonde peut être descendue à l'intérieur d'une colonne de production
de dimension
nominale 2 7/8 (73,025 mm).
Des essais ont été effectués pour comparer la réponse en fréquence d'un
système
de réception selon l'art antérieur (entièrement cylindrique) et selon la
présente invention.
Les deux systèmes de réception sont appliqués successivement à l'intérieur
d'une
longueur de tube métallique suspendue par des éléments filtrant les
vibrations. On utilise
un système d'acquisition et d'analyse en fréquence comportant un marteau
d'impact
fabriqué par la société Bruël et Kjaer (fiche technique 8202). Le tube seul a
une fréquence
de résonance propre, liée à ses caractéristiques géométriques, de F=986 Hz.
Les réponses en fréquence sont représentées sur la figure 4, avec en abscisse
la
fréquence en kilo Hertz et l'amplitude en ordonnée. Les deux courbes A et B
représentent
la réponse en fréquence d'un accéléromètre directionnel placé selon la
direction référencée
19 sur la figure 2a, respectivement pour un système de réception selon
l'invention (section
selon la figure 2a) et pour un système de réception selon l'art antérieur
(corps cylindrique).
z5 On note clairement que la courbe A ne présente sensiblement pas de réponse
pour
des fréquences inférieures à la fréquence de résonance du tube (environ 986
Hz),
contrairement à Ia courbe B du système selon l'art antérieur.
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La figure 3 illustre une mise en oeuvre d'une sonde constituée par un module
électronique 2 et un système de réception selon l'invention 4 suspendus à un
câble
électroporteur 7, manoeuvré par le moyen d'une tour 31 et d'un treuil relié
électriquement à
un ensemble de mesure 32. Le puits 1 est équipé d'une colonne de production 30
comportant à sa partie inférieure un moyen d'étanchéité annulaire 33 dtt type
"packer". La
sonde est descendue dans l'espace intérieur de la colonne 30 pour atteindre la
zone 34 où le
système de réception 4 est couplé à la formation comme décrit ci-dessus. De
préférence, la
sonde est pourvue d'un lest sous la forme de barres de charge, afin de
descendre sous
l'action de la gravité. Dans certains cas, en particulier dans les puits
fortement déviés, le
IO câble électroporteur est remplacé par un tube enroulé (coiled tubing)
comportant un câble
équipé de conducteurs afin de pousser la sonde, par exemple dans un drain
horizontal. On
ne sortira pas du cadre de la présente invention si on utilise d'autres modes
connus de
propulsion de la sonde dans le puits.
