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CA 02247310 1998-10-08
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METHODE ET SYSTEME DE MESURE DANS UN CONDUIT
HORIZONTAL
La présente invention concerne un système et une méthode de mesures
et/ou d'interventions dans des puits forés ou des conduites. La méthode est
particulièrement bien adaptée aux conduits comportant une portion
sensiblement horizontale d'assez grande longueur.
Dans le domaine des mesures ou logging dans des puits, on connaît
plusieurs méthodes pour déplacer des instruments de mesure dans des
conduits très inclinés et même horizontaux. Il est possible d'utiliser des
tiges
de forage vissées bout à bout et équipées d'un câble de transmission placé
dans
leur espace intérieur, un tube continu en acier (coiled tubing câblé)
comportant également un câble de transmission, ou des moyens mécaniques de
déplacement d'outils de mesure, tels des tracteurs à énergie hydraulique,
électrique ou électro-hydraulique. Les tracteurs de sonde de mesure sont
généralement alimentés par un câble électrique qui fournit l'énergie
électrique
à un moteur électrique d'entraînement d'une pompe hydraulique haute
pression. Le fluide hydraulique haute pression actionne des roues disposées
contre la paroi du trou ou de la conduite. La force de traction ou de poussée
est
de l'ordre de 5 à 10 kN. Ces tracteurs sont mécaniquement complexes et
coûteux car ils ne peuvent pas être trop lourds, mais doivent cependant
résister aux hautes pression et température auxquels ils peuvent être soumis
dans le conduit. De plus, la résistance à la traction du câble d'alimentation
électrique n'autorise pas un poids excessif du tracteur. La puissance
électrique
pouvant être transmise est également limitée. De plus, la capacité de traction
ou poussée est fonction du coefficient de friction entre les roues
d'entraînement
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et la paroi de la conduite. Ceci explique, notamment les capacités de poussée
ou cle traction relativement limitées compte tenu du poids du câble
d'alimentation, du poicls clu traeteur lui-mênie, et du poids des outils que
le
tracteur doit déplacer. Or, un câble de diagraphie conventionnel possède une
armature en acier présentant un poids linéaire et un coefficient de frottement
à la paroi assez important. Lorsqu'une certaine longueur de câble est à
l'horizontale, la force du tracteur peut ne plus être suffisante pour déplacer
la
charge totale. De plus, les tracteurs ne fonctionnent pas dans les trous non
tubés, ( open hole ) car les irrégularités de la parois rocheuse ne
permettent
pas un contact correct et efficace des roues motrices. L'utilisation d'un tube
continu ( coiled tubing ) équipé d'un câble de logging à l'intérieur ne
supprime pas ces inconvénients, bien au contraire, car son poids linéaire est
encore plus grand. De plus, l'installation de surface pour manoeuvrer un
coiled
tubing est encombrante et très coûteuse.
Ainsi, la présente invention concerne un système pour déplacer des
instruments dans un conduit comportant une portion fortement inclinée par
rapport à la verticale. Le système comporte en combinaison un ensemble
d'instruments lié mécaniquement à une première extrémité de moyens de
déplacement à énergie électrique et une tige semi-rigide en matériau composite
qui peut être enroulée sur un touret et que comporte au moins un conducteur
électrique. Une extrémité de la tige est fixée sur une seconde extrémité
desdits
moyens de déplacement pour pousser sur lesdits moyens de déplacement et
ainsi participer au déplacement des instruments.
Les instruments peuvent comporter des sondes de mesures, des
caméras, des équipements de piiits de type packer, bouchon ou vanne, des
outils de perforation des parois.
L'autre extrémité de la tige semi-rigide peut être enroulée hors du
conduit sur un touret.
Le conduit peut comporter une portion suffisanlment inclinée pour que
des charges se déplacent sous l'effet de la gravité, et des barres de charge
peuvent être connectées sur l'autre extrémité de la tige semi-rigide, les
barres
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étant suspendues dans le conduit à un câble enroulé sur un treuil à
l'extérieur
du conduit.
Des moyens d'extension d'une longueur déterminée peuvent être
intercalés entre lesdits moyens de déplacement et lesdits instruments.
Les moyens d'extension peuvent comporter une longueur de tige semi-
rigide.
La présente invention concerne également méthode de déplacement
d'instruments dans un conduit comportant une portion fortement inclinée par
rapport à la verticale. La méthode comporte les étapes suivantes :
= on fixe un ensemble d'instruments à une première extrémité de moyens de
déplacement à énergie électrique,
a on connecte une extrémité d'une tige semi-rigide en matériau composite
pouvant être enroulée sur un touret et comportant au moins un conducteur
électrique, sur une seconde extrémité desdits moyens de déplacement,
= on déplace ledit ensemble dans le conduit par l'action combinée de poussée
par le moyen de la tige et par le moyen des moyens de déplacement.
Dans la méthode, on peut effectuer ladite poussée par la tige en
activant des moyens mécaniques d'injection de la tige dans le conduit.
On peut effectuer la poussée par la tige en fixant des barres de charge
sur l'autre extrémité de la tige, et en suspendant lesdites barres dans le
conduit à un câble de type logging.
On peut intercaler des moyens d'extension d'une longueur déterminée
entre lesdits instruments et lesdits moyens de déplacement.
La méthode selon l'invention, peut être appliquée à des puits pétroliers
comportant une portion sensibleriment horizontale.
Dans une variante, la méthode peut s'appliquer lorsque le puits
comporte un forage latéral.
La méthode peut s'appliquer à l'inspection ou au contrôle à l'intérieur
de canalisations rigides ou flexibles.
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La présente invention sera mieux comprise et ses avantages
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des exemples,
nullement limitatifs, illustrés notamment par les figures ci-après annexées,
parmi lesquelles :
= La figure 1 représente schématiquement le système selon l'invention mis en
oeuvre dans un puits comportant une portion horizontale.
= La figure 2 représente également schématiquement une première variante.
= Les figures 3A et 3B décrivent une autre variante concernant la disposition
des éléments de mesures et/ou d'interventions poussés ou tractés.
La figure 1 décrit le système selon l'invention utilisé dans un puits 1,
foré dans le sol, et comportant une portion verticale et une portion
sensiblement à l'horizontale. Des moyens de déplacement 2 sont reliés à une
tige en composite semi-rigide 3 déroulée à partir d'un touret 5 situé à la
surface. Des moyens de poussée ou de traction 6 spécifique à la tige peuvent
être utilisés en surface, en aval du touret de stockage. La tige semi-rigide
utilisée peut être conforme à la description du document EP-352148-B1 cité ici
en référence. Ladite tige en matériau composite constitué de fibres de renfort
enrobées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable a une âme
centrale comportant au moins un conducteur électrique. Les conducteurs de
l'âme alimentent en énergie électrique les moyens de motorisation du tracteur
2. De plus, les conducteurs ou une fibre optique intégrés à cette même âme
fournissent les moyens de transmission des commandes, des informations ou
données acquises par des instruments 4 fixés en bout de tracteur 2.
Par exemple, la tige serimi-rigide est fabriquée à partir de fibres de
verre enrobées dans une matrice de résine époxy ou polyester ou vinylester,
pour obtenir un diamètre 19 mm, avec un module d'Young de 41000 N/mm2 et
une masse linéique d'environ 0,6 kg/m.
Les calculs montrent qu'une telle tige introduite dans un puits ou une
conduite horizontale de diamètre intérieur 152,4 mm (6 pouces) pleine d'eau,
peut avoir comme limite de déplacement une longueur d'environ 950 m, en
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considérant un coefficient de frottement de 0,1 entre la tige et la paroi de
la
conduite. Selon les calculs, la longueur limite est inversement
proportionnelle
au coefficient de frottement. Ces calculs montrent que les moyens de
déplacement 2 n'ont pas besoin de tirer sur la tige semi-rigide 3 tant que
celle-
5 ci peut être poussée par les moyens de poussée 6 ou par le poids propre de
la
partie de la tige verticale ou sensiblement verticale. Il est clair que pour
un
drain horizontal de plusieurs centaines de mètres, un tel système conserve au
tracteur 2 toute sa capacité à pousser sur les instruments et non pas à tirer
sur la partie horizontale du câble de logging lorsque conjointement au
fonctionnement du tracteur, des moyens d'injection poussent sur la tige semi-
rigide.
Il existe plusieurs types de tracteurs de fond de puits, par exemple
celui décrit dans le document WO 93/18277. Ce tracteur est manoeuvré et
commandé à partir d'un câble de logging dont le poids est environ de 1500 kg
dans un puits horizontal de 3000 m.
Sur la figure 1, le touret 5 comporte un joint électrique et/ou optique 7
pour relier les conducteurs ou la fibre optique à une installation
électronique
de surface 8.
Les instruments 4 fixés en bout de tracteur 2 peuvent être constitués
par un ensemble de sonde de mesure du type logging, par des ensembles de
capteurs de pression, température, des outils d'équipement de puits, par
exemple des obturateurs gonflables (bridge plug, packer) ou des vannes de
sécurité, des canons de perforation, ou des caméras vidéo. D'une manière
générale, lesdits instruments sont tous les éléments que l'on peut être
amené à mettre en place dans un puits ou une canalisation. Le poids total des
instruments ne dépasse généralement pas 1000 kg, ce qui est donc
parfaitement compatible avec les capacités de traction ou poussée reconnues
des tracteurs 2, d'autant plus que l'ensemble des instruments est
généralement monté sur des roulettes pour faciliter son déplacement. Le
système selon l'invention permet de pousser sur le tracteur, lui même en
action, par l'intermédiaire de la tige semi-rigide 3 sur des distances de
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plusieurs centaines de mètres. Au delà de la longueur limite de tige semi-
rigide pouvant être déplacée à l'horizontale par poussée, le tracteur tire sur
la
tige semi-rigide tout en poussant les instruments. Il est clair que la
traction à
exercer sur la tige pour continuer sa progression dans le puits horizontal,
n'a
pas besoin d'être très importante puisqu'elle n'est, dans ce cas, que
directement liée au poids apparent et à la friction de la longueur
supplémentaire de tige par rapport à la longueur limite, dans la mesure où
l'on continue à appliquer par l'installation de surface 6 et 5 une force de
poussée sur la tige. Ladite force de poussée est environ la force critique
pour
laquelle il n'y a plus de progression de tige semi-rigide. Le tracteur en se
déplaçant par sa motorisation propre, décoince la tige lorsque celle-ci est
arc-
boutée par flambage.
La figure 2 représente une variante dans laquelle la tige semi-rigide ne
remonte pas jusqu'à la surface du sol, mais est raccordée à un câble de
transmission 9 de type logging conventionnel. Ce câble est manoeuvré par
un treuil 10 comportant des moyens électriques et/ou optiques de liaison du
câble 9 avec une installation électronique de traitement des informations 11.
Selon la présente invention, au bout de la tige semi-rigide 3 est fixé un
tracteur 2. Des instruments 4 sont fixés sur le tracteur 2.
Une charge 12, généralement sous forme de barres, est fixée à
l'extrémité inférieure du câble 9. L'extrémité supérieure de la tige semi-
rigide
est solidarisée avec lesdites barres de charge 12.
Cette variante permet, dans certains cas, de n'utiliser qu'une longueur
réduite de tige semi-rigide 3. En effet, la poussée sur la tige semi-rigide 3
est
effectuée uniquement par l'action de la charge 12 qui se situe dans une
portion
13 du puits 1 où la gravité est effective pour produire une composante de
force
selon l'axe du puits. La charge, dans cette variante est manoeuvrée par les
appareils conventionnels les moins coûteux, c'est à dire un câble armé 9 et
son
treuil 10. Bien entendu, les conducteurs et/ou fibres optiques de la tige semi-
rigide 3 sont connectés aux conducteurs et/ou fibres optiques du câble 9.
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Les figures 3A et 3 b décrivent une variante aux deux précédentes
réalisations de la présente invention. Cette variante s'applique plus
particulièrement à des schémas d'architecture de puits 1 spécifiques.
Sur la figure 3A, le puits 1 a un diamètre intérieur correspondant au
diamètre intérieur du tube de cuvelage cimenté dans le puits. Le puits 1 se
poursuit dans le sol par un forage de plus petit diamètre 14, ce diamètre
étant
au plus le plus grand diamètre d'outil de forage qui peut être descendu dans
le
puits cuvelé 1. Le tracteur 2 fonctionne correctement sur la paroi lisse du
cuvelage, mais ne peut pas avancer efficacement dans un trou foré du type
open hole , c'est à dire non cuvelé. Deux causes principales : le diamètre
hors tout du tracteur n'est pas compatible avec la diminution de diamètre, ou
les roues d'entraînement perdent de leur efficacité sur des parois
irrégulières
du forage. Pour cela, une extension 17 est intercalée entre les instruments 4
et
le tracteur ce qui permet donc d'atteindre les points éloignés de la zone
tubée
du puits.
Sur la figure 3B, on a représenté une architecture particulière de
certains puits de production comportant des forages 15 latéraux au puits
principal 1 sensiblement horizontal. Pour les mêmes raisons que
précédemment, on dispose avantageusement une extension 18 qui permet de
déplacer les instruments 4 dans le forage latéral 15 tout en déplaçant le
tracteur selon la présente invention, dans le puits principal tubé 1. Un moyen
de guidage 16 peut être introduit dans le puits principal 1 afin d'aider à
l'introduction des instruments 4 dans le forage latéral. Ce guidage peut être
placé et verrouillé en place par le système selon l'invention, le moyen de
guidage est dans ce cas descendu-en bout de l'ensemble des instruments 4.
Les extensions 17 et 18 peuvent être une portion de tige semi-rigide du
même type que celle référencée 3, ou d'un diamètre inférieur puisque
généralement la raideur nécessaire à la poussée des instruments peut être
inférieure à celle de la tige semi-rigide de manoeuvre 3. En effet, le
diamètre
des forages 14 ou 15 est généralement plus petit, et le poids des instruments
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peut être plus faible que la charge pour laquelle est dimensionnée la tige
semi-
rigide 3.
Cependant, il est possible que les extensions soient constituées par des
éléments de tiges métalliques ou composites vissées les unes aux autres. Dans
ce cas, une liaison par câble entre les instruments de mesure 4 et les
conducteurs et/ou fibres optique de la tige semi-rigide 3 doit être adjointe
au
système.
La présente invention ne se limite pas seulement au puits foré pour
l'exploitation des hydrocarbures, mais peut être appliquée également dans des
canalisations de type pipe-line, ou dans des forages à partir de galerie de
mine
ou de tunnel pour des inspections par caméra ou des mesures.
