Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente ïnvention concerne une méthode et un dispositif
pour la mise en place temporaire d'une ou plusieurs sondes de mesure
contre La paroi intérieure d'un puits cuvelé. La sonde de puits selon
L'invention peut être installée dans un puits par exemple pour
différentes opérations en relation avec La productïon d'hydrocarbures.
Un puïts équipé pour la production pétrolière par exemple,
comporte un tube de cuvelage ou casing mis en place durant Les
opérations de forage. Il est tenu en placé par du ciment injecté dans
l'espace annulaire entre lui et le forage. Dans le puits cuvelé est
mis en placé une colonne tubulaire ou tubing pour~ l'écoulement des
fluides hors de la zone de production.
La sonde de puits selon l'invention peut,servir dans ce
cas, à contenir des capteurs sismiques ou acoustiques (accélérométres,
géophones, capteurs piézo-électriques, etc) que l'on veut coupler avec
le casing pour l'écoute passive dé La zone mise en production pour
déterminer son évolution au cours du temps-par exemple:
La sonde de puits selon l'invention peût servir aussi par.
exemple dans lé cadre d'opérations de fracturation hydraulique d'une
zone pétrolifère où t'on ~~~jecté un flùidé sous pression dans uné
portion de puits confinée de façon à y créer des fractures, dans. le
but de favoriser sa production. On sait que dans ce type d!opérations,
iL ést utile de mettre en place dans le puits une sonde pourvue de
capteurs directifs sensibles aux bruifis émis par les roches soumises
au fluide de fracturation, de façon à déterminer les diréctions de
propagation des fractures. pans une telle sonde, on peut aussi inclure
des capteurs de température et de pression.
CA 02062472 2001-O1-31
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Par les brevets US 4,690,214 ; 4,898,237 ; 4,898,240 et
2,898,241, on tonnait différentes sondes pouvant être utilisées dans
le cadre d'opérations de fracturation hydraulique. Elle sont
descendues jusque dans la zone d'intervention par une colonne
constituée par interconnexion de sections tubulaires et reliées à une
installation de commande et d'enregistrement en surface par câble
électro-porteur pouvant éventuellement ëtre connecté une fois La sonde
déjà descendue dans le puits. L'utilisation d'une telle colonne
présente des inconvénients parfois pour certaines applications. C'est
le cas pour des opérations de fracturation où l'on doit injecter des
agents de soutènement par la colonne qui, on l'observe, ont tendance à
éroder le câble électro-porteur et parfois à obstruer la colonne, ce
qui empëche parfois de remonter la sonde après usage.
Par le brevet US 4,775,009, on tonnait un procédé et un
dispositif d'installation d'un ensemble de réception dans un puits,
qui 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 entre fui et le puits. Ce procédé
procure un couplage particulièrement bon des capteurs avec les
formations environnantes. IL convient pour une installation fixe du
fait de son caractère irréversible.
La présente invention vise une méthode pour
réaliser une intervention dans un puits pourvu d'un tube de
cuvelage, par mise en place temporaire en des emplacements
d'intervention déterminés le long du puits, d'un
appareillage de mesure comprenant au moins une sonde de
mesure reliée par des moyens de transmission à un ensemble
de commande et d'enregistrement, caractérisée en ce qu'elle
comporte
- l'adjonction â chaque sonde, de moyens de couplage
magnétiques capables de la maintenir plaquée en permanence
contre la paroi intérieure du tube de cuvelage,
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- le déplacement dans le puits de chaque sonde maintenue
plaquée à ladite paroi par couplage magnétique, par un
organe d'entraînement rigide relié à un ensemble de
manoeuvre et, avant toute intervention de chaque sonde,
- son découplage mécanique par rapport audit organe
d'entraînement rigide par déplacement longitudinal relatif
de celui-ci par rapport à la sonde.
De préférence, suivant un premier mode de
réalisation, le déplacement de chaque sonde est effectué
par un contact direct entre celle-ci et l'organe
d'entraînement rigide.
De préférence, le déplacement de chaque sonde est
effectué par exemple au moyen de pièces de poussée formant
butées, fixées à l'organe de liaison rigide de part et
d'autre de la sonde et à une distance longitudinale l'une
de l'autre supérieure à la plus grande dimension
longitudinale de la sonde, et aussi de pièces radiales de
centrage pour limiter le débattement angulaire de ladite
sonde par rapport â l'organe de liaison rigide.
De préférence, suivant un deuxième mode de
réalisation, le déplacement de chaque sonde est effectuée
par traction sur des câbles souple reliant ladite sonde à
l'organe de liaison rigide.
De préférence la méthode peut comporter la
transmission des signaux reçus par les capteurs de la sonde
à l'ensemble de commande et d'enregistrement par
l'intermédiaire d'un boîtier intermédiaire fixé audit
organe d'entraînement rigide. Dans ce cas, la transmission
est effectuée par des conducteurs de liaison souples ou
éventuellement par une liaison immatérielle entre la sonde
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et le boîtier intermédiaire, et par des conducteurs entre
celui-ci et l'ensemble de commande et d'enregistrement.
De préférence, on peut aussi employer des moyens
de détection pour vérifier l'absence de contact entre
ladite sonde d'une part et les pièces de poussée et les
pièces de centrage d'autre part.
De préférence, la méthode peut aussi comporter
l'emploi de moyens de mesure de l'orientation angulaire de
ladite sonde et dans ce cas en outre éventuellement de
l'orientation angulaire de l'organe d'entraînement rigide
permettant par comparaison le découplage mécanique de
ladite sonde par rapport audit organe d'entraînement.
De préférence, la méthode selon l'invention offre
une solution très sûre et simple à mettre en oeuvre pour la
mise en place d'une sonde et sa récupération après
intervention dans un puits. La sonde étant placée à
l'extérieur et découplée de la colonne, on peut effectuer
des écoutes sur de longues périodes dans des puits servant
à l'injection. La colonne tubulaire est entièrement libre
pour la production ou diverses interventions. Dans le cadre
d'opérations de fracturations notamment, on peut utiliser
la colonne pour injecter des agents de soutènement sans
aucun risque pour la sonde qui se trouve hors d'atteinte
dans l'espace annulaire.
De préférence, la méthode peut être utilisée dans
le cadre d'opérations dans des puits de production par
exemple, auquel cas on utilise avantageusement une colonne
tubulaire munie extérieurement de moyens d'entraînement
comme organe rigide pour déplacer la sonde plaquée contre
le tube du cuvelage. La colonne reste entièrement libre
pour la circulation de fluides: production d'effluents
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pétroliers ou agents actifs pour des interventions dans la
zone de production.
La présente invention vise aussi, un dispositif
pour réaliser une intervention dans un puits pourvu d'un
tube de cuvelage comprenant un appareillage de mesure
comprenant au moins une sonde pour des instruments ou
capteurs de mesure, pourvus d'aimants capables de la
maintenir plaquée en permanence contre une paroi intérieure
du tube de cuvelage dans le puits et un organe rigide
associé à des moyens d'entraînement pour translater ladite
sonde plaquée contre la paroi intérieure le long dudit
tube.
De préférence, les moyens d'entraînement
comportent par exemple des butées fixées à l'organe rigide
pouvant être amenées en appui contre la sonde plaquée par
déplacement de ladite colonne.
De préférence, les moyens d'entraînement peuvent
comporter aussi des élingues ou câbles souples fixés à la
colonne et à la sonde et pouvant être tendus par
déplacement de ladite colonne.
De préférence, le dispositif peut comporter aussi
des moyens pour contrôler le désaccouplage mécanique de
ladite sonde par rapport aux moyens d'entraînement.
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Le dispositif peut encore comporter un ensemble
d'acquisition et de transmission relié à ladite sonde par des moyens
de liaison et/ou des moyens de mesure angulaire pour connaître la
position de Ladite sonde dans le puits.
L'organe rigide est par exemple une colonne pourvue vers sa
base, d'un organe d'obturation expansible, un packer par exemple.
L'appareillage de puits peut comporter en outre divers capteurs
auxiliaires (tels que des hydrophones, manomètres, sondes de
température, etc) que l'on dispose sous le packer et qui sont associés
à des conducteurs électriques traversant L'organe d'obturation ce qui
permet d'obtenir un ensemble de mesures plus complet.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du
dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la
description ci-après de modes de réalisation décrits à titre
d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où
- la Fig.1 montre une sonde de puits d'un type connu qui est couplée
magnétiquement avec la paroi d'un tube de cuvelage et des moyens
d'entrainement permettant de la déplacer le long d'un puits;
- là Fig.2 montre une sonde de puits conformée pour obtenir un bon
contact avec la paroi du puits, encadrée aussi par des moyens
d'entrainement du même type;
- la Fig.3 montre une sonde de puits de formè annulaire constituée par
exemple de deux demi-coquilles de part et d'autre de la colonne
tubulaire reliées lâchement l'une à L'autre;
- la Fig.4 montre un deuxième mode dé réalisation où les moyens
d'entraînement comportent des câbles de liéison;
- la Fig.S montre schématiquement la disposition des mêmes câbles lors
d'un mouvement en sens inverse de l'organe. de liaison rigide;
- la Fig.6 montre un mode de réalisàtion où la sonde contenant (es
capteurs, est reliée à un boîtier d'acquis'ition et de transmission
fixé à l'organe de liaison rigide; et
la Fig.7 montre un mode de réalisation d'un moyen tel qu°un pendule
par exemple dans le cas d'un pùits dévié; pour contrôler de
L'orientation de chaque sonde dans un puits dévié;
n~S~Y "~
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- la Fig.8 montre un mode de mise en oeuvre de la méthode où les
moyens employés sont répartis de part et d'autre d'un organe
d'obturation du puits;
- la Fig. 9 montre une variante du mode de mise en oeuvre précédent où
les moyens employés sont tous disposés au-dessus d'un organe
d'obturation de puits; et
- la Fig. 10 montre un mode d'utilisation du dispositif avec mise en
place d'un écran-acoustique.
La méthode selon l'invention peut s'appliquer par exemple à
l'installation d'une sonde de mesure dans un puits équipé pour la
production pétrolière. Ce puits comporte un tube de cuvelage ou casing
2 qui est tenu en place par injection de ciment dans l'espace
annulaire entre lui et le puits. Un tube de production 3 pourvu d'un
organe d'obturation expansible 4, est descendu dans le puits jusque
dans la zone qui est mise en production éventuellement à la suite
d'opérations de fracturation hydraulique. Une sonde reliée à un
ensemble de commande et d'enregistrement en surface par un câble
mufti-conducteurs CL, doit être descendue jusqu'au voisinage de ta
zone de production pour faire différentes mesures permettant de
surveiller l'évolution du bassin.
La méthode selon l'invention consiste tout d'abord à
disposer dans la sonde à descendre, des aimants 5 en nombre suffisant
pour la maintenir plaquer contre le casing métallique 2. On utilise
par exemple des aimants en un alliage au samarium-cobalt don t le
rapport de la puissance au volume est trés favorable. On intercale sur
la colonne de production 3, une sectïon tubulaire E~ pourvue de moyens
d'entraînement. Ces moyens sont constitués de deux épaulements ou
butées 6 en métal ou en élastomère dont l'espacement longitudinal est
supérieur à la longueur de la sande à entràînér. Les mo~ens
d"entraînement peuvent comporter aussi deux extensions radiales 7
quand on veut positionner angulairement la sonde par rapport à la
colonne rigide. L'espacement angulaire de ces deux extensions est
supérieur au secteur angulaire occupé par la sonde de façon que dans
une position interrnédiaire, elle ne touche aùcune des deux. Des
~~~~~~lï
_,-
aimants 8 sont de préférence inclus dans les extensions radiales 7.
Des capteurs électro-magnétiques 9 sont en outre inclus dans la sonde
pour détecter tout contact entre elle et les extensions 7.
On introduit alors la sonde dans le puits en la plaquant
contre le casing métallique 3 de manière qu'elle se trouve entre les
deux épaulements 6 et les deux extensions radiales 7 de La section de
colonne 3. On descend la colonne dans le puits par raccordements
successifs de sections et, au fur et à mesure, on déroule le câble
mufti-conducteurs CL. Dans sa translation, La colonne entraine vers la
zone d'intervention la sonde plaquée contre le casing.
Lorsque la sonde est parvenue à l'emplacement choisi, on
actionne Les moyens de manoeuvre de façon à faire reculer la colonne
sur une distance approximativement égale à la moitié de l'espacement
longitudinal des butées 6. De cette façon, on peut écarter de la sonde
la butée longitudinale supérieure d'entraînement 6 qui a servi à la
pousser vers le bas. L'opérateur peut aussi commander la rotation de
La colonne sur elle-même au cas où un contact entre la sonde et une
des extensions radiales est détecté par un des capteurs 9. Après
l'intervention prévue, la sonde peut être déplacée vers un autre point
d'intervention ou ramenée en surface par déplacement de la colonne, La
butée inférieure venant ala~s en appui conte la sonde pour
l'entrainer vers le haut.
Quand la sonde est utilisée dans Le cadre d'opérations de
production, on y inclut généralement des capteurs acoustiques ou
sismiques 10 (accéléromètres, géophones, vélocimètres, capteurs
piézo-électriques, etc) permettant d'éçouter des bruits émanant du
réservoir en cours de produçtion. Il peut s'agir, par exemple de
géophones tri-axiaux permettant de détecter la direction de
propagation des ondes acoustiques reçues.
La sonde étant plaquée contre le césing un bon couplage
acoustique des capteurs avec la formation est obtenu dans la zone de
contact. Pour accroïtre cette zone, on choisit de préférence une sonde
11 avec une paroi extérieure avec un rayon de courbure sensiblement
identique à celui du casing CFig.2). Cette sonde à paroi arrondie;
_ g _
peut être en forme de secteur angulaire plus ou moins grand selon les
cas. Quand on veut disposer des capteurs sur toute la périphérie du
puits, on utilise une sonde en forme d'anneau CFig.3), fractionné en
plusieurs parties. La sonde est constituée par exemple de deux
demi-coquilles 11A et 11B réunies l'une à l'autre de façon qu'elles
conservent chacune une mobilité suffisante pour rester en toute
circonstance plaquées contre le tube, et pourvues chacune d'aimants de
maintien contre le tube de cuvelage. L'anneau constituant la sonde
peut aussi bien entendu être subdivisé en plusieurs secteurs
i0 angulaires répartis pareillement autour de la colonne. On laisse entre
les parties des espacements suffisants pour permettre le passage
éventuel de fluides.
Suivant un deuxième mode de réalisation, les moyens
d'entraînement de la sonde sont constitués par des câbles ou élingues
souples 12 en acier ou en nylon. Les câbles sont fixés à la sonde
d'une part et à des points de la colonne 3. L'espacement longitudinal
de ces points d'ancrage des câbles est supérieur à la Longueur de la
sonde. La longueur des câbles est choisie de façon qu'ils soient tous
détendus dans une position intermédiaire de la sonde et ne puissent
lui transmettre des vibrations parasites. Le déplacement de la sonde
vers le lieu d'intervention est obtenu par traction sur la sonde au
moyen des câbles inférieurs. La remontée de la sonde est obtenue
(Fig.S) par traction au moyen des câbles 12 supérieurs:
Quel que soit le mode de réalisation, la sonde peut être
constituée de deux parties. Une première partie 13 contenant des
capteurs et munie d°aimants, est plaquée çontre le tube de cuvelage ou
casing. Une deuxième partie est contenue dans un boîtier 14 qui est
par exemple fixé à la colonne rigide, est re liée à la première par des
conducteurs électriques souples 1S. Cette deuxième partie est adaptée
à acquérir les signaux reçus par les capteurs de la sonde 13 et à les
transmettre sur le câble de Liaison CL connecté en surface avec
l'ensemble de commmande et d'enregistrement.
Suivant une variante du mode de réalisation précédente, on
peut remplacer la liaison par conducteurs électriques souples 15 entre
~;3~~~ sir
g _
la sonde et le boîtier d'acquisition 14 par des moyens de transmission
électro-magnétiques, quand le débit des signaux à transmettra n'est
pas trop grand.
On peut utiliser des moyens pour obtenir un positionnement
angulaire précis de la sonde contenant les capteurs. Dans le cas oü la
sonde est placée dans une partie de puits déviée (Fig.7>, Les éléments
de mesure angulaire utilisés sont par exemple du type à pendule avec
un potentiomètre électrique pour mesurer la position du plan vertical
où il se place.
Suivant un mode de réalisation, on utilise deux éléments de
mesure angulaire 16, 17 de ce type. L'un, 16, est associé à la sonde
plaquée contre le casing et l'autre, 17, au boïtier électronique fixé
à la colonne. Par une rotation de la colonne sur elle-même, on amène
la sonde dans un plan déterminé et en égalisant les indications
fournies par les deux éléments 16, 17, on les place sensiblement dans
le même plan radial.
Les modes de réalisation décrits permettent d'obtenir un
très bon couplage entre des capteurs acoustiques ou sismiques et la
paroi du puits. Pour accroître leur efficacité dans la détection des
brùits émanant des formations environnantes, on peut les p~émunïr
contre les ondes dites de tube, se propageant le long du puits, en les
isolant par un ou plusieùrs écrans acoustiques 18 fixés à la colonne,
qui obturent l'annulaire entre elle et le tubè de cuvelage.
Suivant le mode de réalisation de la Fig. 10, la sonde est
disposée au-dessus et aù voisinage d!un packer 19 confinant par
exemple une; zone de production, et elle est surmontée d'un écran
acoustique 18 capable d°atténùer de façon importante Tes ondes de
tube.
La sect7on de la sonde peut parfois être trop importante
pour l'espace annulaire dont on dispose. Dans ce cas, on peut utïliser
des excentreurs poùr décaler latéral'emènt la colonne au môins dans la
zone d'installation de la sondé.
Le mode de mise en oeuvre de la méthode schématisé aux
Fig. 8; 9 permet d'obtenir un ensemble de données plus complet. Il
~~~~'~
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convient pour certaines applications notamment dans des puits de
production pétrolière où l'on descend, une colonne de production 3
pourvue vers sa base d'un organe d'obturation expansible 19 du type
packer par exemple pour confiner la zone souterraine où l'on
intervient soit pour sa mise en production soit pour des opérations de
fracturation avec injection d'agents de fracturation par exemple. Dans
ces cas, le boitier électronique 15 est connecté d'une part à la sonde
1 couplée magnétiquement à la paroi du tuba de cuvelage 2 et d'autre
part à des capteurs auxiliaires adaptés à mesurer certains paramètres
dans la zone confinée.
Les capteurs auxiliaires peuvent comporter des hydrophones
et un élément 21 de la mesure de la pression régnant dans la zone
confinée. Ils sont reliés au boîtier électronique 15 par des
conducteurs 22 traversant l°organe d'obturation 19. Ces capteurs
15 peuvent être ou non couplés avec le tube de cuvelage.
Par la méthode selon l'invention, on peut mettre en place
des dispositifs de mesure plus ou moins complexes. Suivant le mode de
mise en oeuvre à la Fig. 8, le packer 19 est disposé vers la zone de
production. Au-dessus de Lui un ou selon le cas plusieurs boîtiers de
20 capteurs 13 sont plaqués contre la paroi du tube de cuvelage associés
chacun à leurs butées de poussée 6 et Leurs extensions de centrage 7.
Les boitiers pour capteurs 13 sont connectés par exemple à un boitier
commun d'acquisition et de transmission 14: Du côté opposé du packer,
on peut disposer un chapelet de capteurs auxiliair'ès 20 de façon à
faire des mesures à plusieurs profondeurs différentes ce qui dans le
cas d'hydrophones, permet des effets de focalisation: On peut leur
adjoindre éventuellement un ou plusieurs boîtiérs 'pour capteurs 13.
Les capteurs auxiliaires 20 et ces boïtiers éventuels sont tous
connectés au travers du packer 19, par des conducteurs 22, au boïtier
électronique cammun 14.
Suivant le mode de mise en oeuvre de la Fig. 9, l'organe
d'obturation 19 peut encore être disposé vers la tête du puits. Auquel
cas, l'ensemble du dispositif de mesure avec ses boîtiers pour
capteurs 13, son boitier électronique 14 et l'ensemble des capteurs
auxiliaires, est disposé sous l'organe d°obturation.
