Brevet FR2108800A1 — publié le 19720526

L'invention concerne les dispositifs pour la détermination de l'usure des tubes de chemisage de puits. Lors du forage des puits profonds, ces tubes de revêtement s'usent fortement, vu le grand volume de travaux, ce qui provoque des dommages considérables. L'information reçue temps sur l'état d'une colonne de tubage permet de conduire les travaux de forage avec des dépenses réduites. On connait un dispositif, qui est une jauge électronique d'intérieur, pour la détermination de l'usure du tubage de puits, comportant une sonde munie de dispositifs de centrage 6 placée dans la colonne de tubes è contrôler et contenant dans un compartiment 4 un capteur à induction connecté à un enregis treur des grandeurs mesurées, qui est muni d'un dispositif pour le contrôle de la profondeur de descente de la sonde et connecté à une source de courant alternatif (voir, par exemple, le brevet des E.U.A. nn 3.417.3253. Dans la sonde de ce dispositif connue, est monté un capteur qui ne tourne pas. Ce capteur comporte un noyau cylindrique coaxial du tube à contrôler. Coaxialement avec ce noyau du capteur sont placées sur un isolateur deux bobines décalées axialement. L'une des bobines, qui est une bobine d'excitation, est alimentée en courant alternatif à fréquence comprise entre 10 et 50 kHz. La bobine réceptrice est connectée par un redresseur à l'enregistreur qui se trouve au jour. Ce dispositif connu permet de mesurer le diamètre intérieur moyen du tube, mais est insuffisant pour déterminer l'usure du tube. Pour cette raison, cet appareil est généralement utilisé avec d'autres appareils, par exemple, avec-un détecteur de corrosion qui indique l'épaisseur moyenne de la paroi du tube. Mais, pour déterminer la résistance résiduelle du tube, il faut connaitre non seulement le diamètre intérieur moyen du tube et l'épaisseur moyen ne de sa paroi mais aussi l'ovalisation du tube et la forme d'usure de celui-ci. Les appareils connus malgré leur construction complexe ne donnent pas ces informations d'usure des tubes. Le corps de la sonde du dispositif connu est plein à l'emplacement du capteur, ce qui rend difficile le passage de la sonde dans le puits, diminue le rendement du dispositif (vitesse de mesure) et augmente le nombre d'arrêts de la sonde dans le puits. En outre, cette cons truction massive du corps de sonde ne permet pas au capteur d'approcher la colonne de tubes contrôlés pour faire les mesures, ce qui diminue la précision de fonctionnement du dispositif L'invention élimine ces inconvénients et a pour objet un dispositif qui permet d'obtenir les données de dimensions et de forme du profil intérieur de la totalité du tube contrôlé. Ce dispositif pour la déterminatinn de 1'usure des tubes dans les puits comporte une sonde placée à l'intérieur de la colonne à contrôler et dans le corps de laquelle est monté un capteur à induction, alimenté à partir d'une source de courant alternatif et connecté à un enregistreur inscrivent les grandeurs mesurées, cet enregistreur étant muni d'un dispositif donnant la profondeur de descente de la sonde. Selon l'invention, le corps de la sonde, à l'emplacement du capteur, comporte un orifice central pour le passage de la boue de forage et le capteur est lié à un dispositif de commande assurant sa rotation. I1 convient d'utiliser un enregistreur complémentaire, tournant en synchronisme avec le capteur1 pour l'enregistrement des coordonnées des points du périmètre intérieur du profil transversal du tube par rapport à l'axe de la sonde. Il convient également d'utiliser un moteur synchrone pour faire tourner le capteur. L'invention a été appliqué à la réalisation d'un dispositif permettant d'obtenir le profil intérieur précis de la section transversale du tube, à l'aide duquel, on peut déterminer n'importe quel diamètre intérieur de ce tube, son ovalisation, la profondeur, la largeur et la forme de son usure. D'après ces données, on peut préciser les causes d'endommagement du tube ainsi que déterminer exactement sa résistance résiduelle, ce qui.permet de prévenir les avaries et de prendre une décision motivée concernant la conduite des travaux de forage. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par la description d'un exemple préféré de mise en oeuvre et les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma du dispositif pour la détermination de usure des tubes d'un puits indiqué en coupe longitudinale - la figure 2 est une coupe longitudinale d'une sonde munie du capteur, utilisée dans le dispositif réalisé selon l'invention ; - la figure 3 est une coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 2 - la figure 4 est un schéma électrique de dispositif réalisé suivant l'invention ; et - la figure 5-est un diagramme d'enregistrement du profil transversal d'un tube de forage. Le schéma du dispositif de la figure 1 pour la détermination de l'usure des tubes dans les puits comporte une sonde 1 descendue dans la colonne de tubes 2 par le câble de carottage 3. La sonde comporte un compartiment 4 du capteuretuncompartiment 5 du moteur comm2-niquant entre eux et est munie d'éléments supérieur et inférieur 6 de centrage. Par le câble de carottage 3, renvoyé au jour par la poulie 7 vers le treuil de carottage 8, la sonde est connectée au panneau de mesure 9. La sortie du panneau de mesure 9 est connectée à l'enregistreur du profil transversal 10 et à l'enregistreur du profil en spirale 11. La poulie 7 est munie dtun selsyn transmetteur 12 mesurant la profondeur de descente de la sonde 1. Ce selsyn transmetteur 12 est connecté à l'enregistreur 11 du profil en spirale.Les appareils auxiliaires du dispositif, y compris les appareils d'alimentation, de signalisation et de liaison téléphonique, ainsi que le panneau de contrôle de la profondeur, ne sont pas représentés sur la figure. La sonde 1 comporte un corps 13 (figures 2, 3) formé par un tube à section variable à orifices 14 et 15 (figure 2) et un canal 16 (figures 2, 3) permettant le passage de la boue de forage. Entre les orifices 14 et 15 se trouve le compartiment 4 du capteur à l'intérieur duquel passe ledit canal 16. Le compartiment 4 du capteur a une enveloppe 17. Cette enveloppe est réalisée en matériau diélectrique, tel qu'une résine armée de fibres, ou, pour le moins, en matériau diamagnétique, par exemple, de l'acier inoxydable à haute résisti- vité. A l'intérieur du compartiment 4 du capteur, sur un palier 18 est monté un support 19 en forme d'anneau. Sur ce support 19 est placé un capteur à induction (à transformateur) 20 comportant un noyau 21, deux bobines 22, 23 et des pièces polaires 24. La connexion des enroulements de bobines 22 et 23 aux autres éléments du schéma électrique est assurée par des bagues de collecteur (figure 2), disposées et isolées sur le support 19. Sur ces bagues 25 frottent des balais 26 qui sont isoles du corps 13. Le support 19 comporte une couronne dentée 27, l'entrainant en rotation autour de l'axe 0-0 avec le capteur -20. Un compartiment 5 contient un moteur synchrone 28 qui, par l'intermédiaire d'un engrenage 29, d'un axe 30 et de la couronne dentée 27, entraîne le support 19. L'engrenage 29 avec l'axe 30 et la couronne dentée 27 constituent un réducteur de vitesse dans lequel le nombre de pignons, ainsi que leurs dimensions et disposition, peuvent différer en fonction des conditions particulières. Le compartiment 4 du capteur et le compartiment 5 du moteur sont remplis d'un liquide diélectrique et sont reliés par un canal 31. Le compartiment du capteur est relié par un tube coudé 32 au compensateur de pression 33 constitué par un ballon de caoutchouc. Dans les mêmes compartiments 4 et 5 se trouvent le transformateur 34 (figure 3) de la tension de référence, ainsi que les résistances et autres éléments du schéma électrique non indiqués sur les figures 2, 3. Dans les sondes, utilisées au contrôle de tubes de grand diamètre, le compartiment spécial de moteur peut être supprimé et le moteur, le réducteur et autres éléments de ce compartiment peuvent être placés dans le compartiment du capteur. Tous les éléments de circuit électrique qui se trouvent au jour, sauf les enregistreurs 10 et 11 sont disposés sur le panneau de mesure 9. Tous les éléments de fond se trouvent dans la sonde 1. Le générateur de courant alternatif 35 (figure 4) est connecté par l'interrupteur 36 à l'enroulement primaire 37 du transformateur isolé 38 (on peut utiliser au lieu du générateur 35 le secteur à fréquence industrielle, auquel cas ce générateur est supprimé dans le schéma). L'enroulement secondaire 39 du transformateur isolé 38 est connecté aux conducteurs 40 et 41 du câble de carottage 3. Dans la sonde 1 aux conducteurs 40 et 41 est connecté le moteur synchrone 28. Pour diviser les phases, on utilise un condensateur 42 à travers lequel est connecté un des enroulements du moteur 28. Les mêmes conducteurs 40 et 41 par les balais 26a et 26b et les bagues de frottement 25a et 25b sont connectés A l'enroulement primaire 22 du capteur 20 et à l'enroule- ment primaire 43 du transformateur de tension de référence 34.Ces enroulements sont connectés en série (mais ils peuvent aussi être connectés en parallèle). Au schéma des enroulements 22 et 43 est connectée une résistance additionnelle 44 (les enroulements peuvent être réalisés en un fil très résistant et la résistance 44 est alors supprimée). L'enroulement secondaire 23 du capteur 20 est connecté en série à l'enroulement secondaire 45 du transformateur de tension de référence 34. Les extrémités des enroulements 23 et 45 sont connectées de façon que les tensions soient retranchées. La tension obtenue est envoyée au jour par le circuit fantôme du câble de carottage 3 (cette tension peut etre obtenue à l'aide d'un convertisseur de fréquence. Dans ee dernier cas, pour le fonctionnement du dispositif, on peut utiliser un câble simple). Le circuit fantôme est formé par fie conducteur 46 et les conducteurs 40 et 41 du cible 3. A cEtte fin, les résistances 47, 48 et 49 sont montées dans la sonde avec un point milieu A et dans le panneau de mesure 9 situé au jour sont montées les résistances 50, 51 et52 a point milieu B. Toutes ces résistances peuvent être des résistances ohmiques ou des réactances. Dans le panneau de mesure 9, le circuit fantame est connecté à l'enroulement primaire 53 d'un transformateur d'adaptation 54. Le conducteur 46 est connecté à l'enroulement secondaire 23 du capteur 20 par le balai 26c et la bague de frottement 25c. L enroulement secondaire 55 du transformateur d'adaptation 54 est connecté à un redresseur 56. La sortie à courant continu du redresseur 56 est connectée à travers une résistance non linéaire 57 et un atténuateur 58 a l'entrée de l'enregistreur 10 du profil transversal. La sortie du redresseur 56 est également connectée à l'enregistreur 11 du profil en spirale à travers une résistance non linéaire 59 et un atténuateur 60. L'enregistreur ll est également connecté au selsyn-transmetteur 12 de contrôle de la profondeur. Ce nouveau dispositif fonctionne de façon suivante. La tension alternative provenant du générateur 35 est appliqué, par l'intermédiaire du transformateur 38 et des conducteurs 40 et 41 du câble de carottage 3, au moteur synchrone 28. Ce moteur 28 fait tourner le support 19 avec le capteur 20. Cette même tension est appliquée par l'inter- médiaire des balais 26a et 26b et des bagues 25a et 25b à l'enroulement 22 du capteur et à l'enroulement 43 du transformateur de tension de référence 34. La force électromotrice de l'enroulement secondaire 23 du capteur 20 dépend de la distance entre la paroi de la colonne de tubes 2 et la pièce polaire 24 du capteur. La tension baisse avec l'accroissement de la distance. Cette tension de l'enroulement 23 est soustraite de la tension de l'enroulement secondaire 45 du transformateur de tension de référence 34. La tension de référence est réglée de façon que son amplitude et sa phase soient respectivement égales à l'amplitude et à la phase de l'enroulement secondaire 23 du capteur 20, lorsque la paroi du tube 2 se trouve au contact de l'enveloppe 17. La valeur efficace de la tension de référence de l'enroulement 5 du transformateur 34 est invariable. La tension résultante, après la soustraction, est fonction de la distance entre la paroi de la colonne de tubes 2 et le capteur 20. Avec l'accroissement de la distance, cette tension croit. En faisant varier les dimensions des pièces polaires 24, la distance entre elles, la valeur de lqentrefer diamagnétique 61 (figures 3, 4), dans le circuit magnétique du transformateur de tension de référence 34, et certains autres paramètres, on peut obtenir une relation sensiblement linéaire entre cette tension et la distance dans la partie de travail de la sonde.Cette tension résultante est amenée dans l'enroulement primaire 53 du transformateur dnadaptation 54 par le circuit fantôme des conducteurs 40 et 41 du cable 3 et les conducteurs 46 de ce ciblez Dans le transformateur d'adaptation 545 la tension est transformée et, de lQenzoulement secondaire 55, est amenée au redresseur 56. A la sortie du redresseur 56 est monté un filtre sous forme d'un condensateur 62 (figure 4), branché parallèlement à la sortie du redresseur 56. Ensuite, la tension résultante est appliquée aux enregistreurs 10 et 11 par les atténuateurs 58 et 60. En vue détendre la portion utile de mesures, dans le circuit des atténuateurs, sont branchées les résistances non linéaires 57 et 59, (en cas de nécessité, on peut ajouter au schéma des amplificateurs de signaux). L'enregistreur 10 assure l'inscription, la sonde étant immobile. La synchronisation du mouvement du porte-diagramme de l'enregistreur 10 avec la rotation du capteur est assurée du fait que le papier du diagramme et le capteur sont mis en mouvement par des moteurs synchrones qui sont alimentés simultanément par une même source de courant alternatif. Cet enregistrement est tracé sur un disque à diagramme mais peut être réalisé aussi sur un ruban de papier à diagramme. Sur celui-ci sont marquées les coordonnées des points du périmètre intérieur du profil transversal de la section du tube -à contrôler, par rapport à l'axe 0-0 de la sonde. D'après ces coordonnées, on peut établir le vrai profil du tube contrôlé et déterminer les diamètres intérieurs et l'ovalisation du tube, ainsi que la profondeur, la largeur et la forme d'usure du tube.L'enregistreur ll est un enregistreur ordinaire dont le papier de diagramme à l'aide d'un dispositif connu tel qu'une liaison à selsyns, est déplacé en synchronisme avec le mouvement vertical de la sonde. Sur le papier de l'enregistreur 11 est reflété le profil en spirale de la colonne de tubes 2. De cette façon, le tracé par l'enregistreur 11 est effectué selon un balayage en spirale. Plus la vitesse de rotation du capteur est grande et plus la vitesse de la sonde dans la colonne de tubes est petite; en conséquence, le contrôle de la colonne de tubes est plus détaillée. L'expérience montre qu'un pas de balayage de 0,5 m est suffisant pour déceler les défauts principaux d'une colonne de tubes. Le contrôle d'une colonne de tubes peut être fait lors de la descente ainsi que lors de la montée de la sonde. On arrête la sonde pour obtenir un profil transversal intérieur précis du tube. La figure 5 donne un exemple d'enregistrement des coordonnées des points du périmètre intérieur du profil transversal d'une colonne à diamètre extérieur de 324 mm, présentant une usure sous forme de dépression causée par des joints des tubes de forage, présentée par le trait 63. Sur ce trait 63, entre les points C et D,est indiquée une portion d'un tube usé. Avant de descendre la sonde dans la colonne de tubes à contrôler, on fait le tarage de la sonde et on trace une courbe de tarage que l'on utilise lors du dépouillement du diagramme en vue dldtablir les vraies Valeurs d'usure. Les dispositifs décrits peuvent évidemment recevoir des modifications et variantes, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la détermination de l'usure des tubes de chemisage de puits, comportant une sonde qui est introduite dans la colonne de tubes à contrôler et dans le corps de laquelle est monté un capteur à induction, alimenté par une source de courant alternatif et connecté à un enregistreur pour l'inscription des grandeurs mesurées, cet enregistreur étant muni d'un moyen de contrôle de la profondeur de descente de la sonde, le dispositif étant caractérisé en ce que le corps de ladite sonde comporte, à l'emplacement du capteur, dans la partie centrale, un canal pour le passage de la boue de forage et en ce que le capteur est relié au dispositif d'entraînement assurant sa rotation. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un enregistreur complémentaire en rotation synchrone de celle du capteur pour enregistrer les coordonnées des points du périmètre intérieur du profil transversal du tube par rapport à l'axe de la sonde. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement en rotation du capteur est un moteur synchrone.