Brevet FR2475213A1 — publié le 19810807

La présente invention se rapporte à un dispositif pour mesurer la déformation et l'etat de tension des colonnes de tubage des puits de pétrole forés. Il est connu qu'en principe deux sortes de charges agissent sur la colonne de tubage installée dans le trou de forage, à savoir en premier lieu la force de traction et en second lieu la différence existant entre la pression externe et la pression interne. L'action de ces deux sollicitations dif férentes engendre un état compliqué de déformation et de tension. Lors du dimensionnement de la colonne de tubage en ce qui concerne sa résistance, on compare par conséquent l'état de tension aux paramètres de résistance des tubes fourreaux, et ce; en vue de construire des colonnes de tubage de résistance appropriée pour supporter les charges supposées. La détermination des sollicitations agissant sur la colonne du tubage et de l'état de tension en résultant repose sur des hypothèses incertaines. La raison principale en est que la colonne de tubage est placée dans un milieu physique -l'écorce terrestre - dont les paramètres et les caractéris Liques sont inconnus ou ne peuvent en tout cas être supposés qu'avec une grande incertitude. C'est pourquoi la détermination de l'état de tension des tubes fourreaux reste hypothétique et que leur dimensionnement établi sous l'angle de la résistance repose sur des sollicitations en partie supposées et en partie schématisées. La déformation et l'état de tension effectifs des colonnes de tubage peuvent etre déterminés de façon plus directe et plus rationnelle nar des mesures locales. Ces mesures peuvent être effectuées sur la surface de la terre ou à proximité immédiate de cette dernière, mais également à grande profondeur dans le trou de forage. Pour la mesure, effectuée en profondeur, des sollicitations agissant sur les colonnes de tubage ou de l'état de tension en résultant, on a mis au point à Krasnodar en Union Soviétique un appareil de mesure avec lequel on mesure la pression extérieure agissant sur la colonne de tubage. Pour cette ire sure on utilise un convertisseur de signaux de mesure magnétostrictif. L'appareil contenant le récepteur magnétostrictif et le convertisseur électrique est fixé sur la surface extérieure de la colonne de tubage et est relié au dispositif d'affichage se trouvant au-dessus du sol par un câble fixé extérieurement sur la colonne de tubage et guidé dans un espace annulaire.Ce câble alimente en courant l'appareil se trouvant au fond et transmet à la surface les signaux mesurés.Ce système de mesure est décrit dans le "magnitoupruauj datcsik davlenija avtorszkie szvidetelsztve (1972, n0 32, page 113), dans la "Metodika izmerenija davlenija i temperaturn v zacementirovamroj csaszti zakolonnogo prosztransztva szkvazsinü sz apparaturoj ZIO-I, Krasnodar 1975 ainsi que dans le "Dacsik dlja izmerenija uszilij avtorszkie szvidetelsztva (1969 nO 29 page 107)", et protégé en Union Soviétique par le brevet nO 252 682. Ce système de mesure présente l'inconvénient que le câble fixé extérieurement sur la colonne de tubage limite la profondeur de l'encastrement qui, comme l'expérience-le montrer ne peut pas dépasser 1000 m au maximum. Par ailleurs, toute détérioration du câble rend la mesure impossible et ni l'appareil placé au fond, ni le câble ne peuvent être réparés. On connaît en outre une solution selon laquelle pour la mesure de la pression extérieure agissant sur la colonne de tubage, on utilise une capsule dynamométrique en tant que convertisseur de signaux de mesure. Cette capsule dynamométrique est fixée à la profondeur où s'effectue la mesure sur la surface externe de la colonne de tubage. Les signaux mesurés sont transmis à la surface par un câble installé sur la surface externe des tubes fourreaux (T.K. Perkins et J.A. ROCHON :Studies of pressures generated upon refreezing of thawed permafrost around a well bore; Journal of Petroleum Technology, Cctobre 1974 pages 1159-1160). Lors du forage de roches éternéllement gelées dans la zone polaire,on a mesuré avec ce système des pressions agissant sur la colonne de tubage jusqu'à une profondeur maximale de-800 mètres.Pour la mesure des pressions extérieures on connaît une méthode (Izmajlov, L.B., Abramova, A.A., Beszpalov, V.V., Dualev, V.H.: "Usztrojsztvo dlja izmerenija vnesnego davlenija na obszadnuja kolonnu", Technika i technolocrija promüvki i kreplenija szkvazsin, Krasnodar 1976, pages 114-118), méthode dans laquelle la pression extérieure est mesurée au moyen d'un convertisseur de signaux magn-étostrictif, tandis que les signaux électriques sont conduits à travers un tube antimagnétique à une sonde se trouvant à l'intéricur de la colonne de tubage et munie d'un câble, et sont ensuite amenés à la surface par cette sonde au moyen du cabale. Pour pouvoir dimensionner les colonnes de tubage en ce qui concerne leur résistance, il est nécessaire de connaître la déformation effective ou l'état de tension des tubes fourreaux. Les méthodes décrites ci-dessus n'offrent aucune possibilité à cet égard attendu qu'elles mesurent non pas les tensions mais les pressions agissant sur les colonnes de tubage. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un dispositif de mesure permettant d'éliminer les défauts des systèmes de mesure connus. Ce dispositif de mesure doit permettre de mesurer la déformation et l'état de tension mécanique des colonnes de tubage des trous de forage, en particulier des trous forés lors de la découverte de champs pétrolifères. le dispositif de mesure selon l'invention se compose d'un élément intermédiaire de mesure installé au fond, d'une sonde placée clans le trou de forage et d'une unité de mesure et cl'enreaistremen1- montée sur la surface de la terre.Ce dispositif mesure les déformations se produisant dans les colonnes de tubage et utilise, comme convertisseurs de signaux de mesure, des jauges extensométriques col lés sur la surface extérieure de l'élément intermédiaire de mesure. A partir des déformations mesurées, il est possible, après la conversion voulue, d'obtenir les valeurs e la tension mécanique Pour la rresure de la déformation et de l'état de tension des coloniies de tubage des puits de petrole, la présente invention vise )ar consequent un dispositif qui mesure indivi duellement et localement dans le trou de forage les déformations intervenant dans les tubes fourreaux sous 3 'effet des sollicitations agissant sur la colonne de tubage, qui convertit les déformations mécaniques mesures en signatix électriques et les transmet sous une forme convenant à lour traitement ultérieur à la surface où il les mesure ou les enregistre.Ce dispositif sel on l ' inve lltion est caractérisé par le fait qu'il comporte un élément int- erméd ia ire de mesure antimagnétigue encastré dans la colonne de tubage et sur lequel est montée une unité électronicue à circuits imprimés, que l'unité électronique est raccordée à des jauges extensométriques également collés sur la surface latérale de l'élément intermédiaire de mesure, qu'à l'intérieur dc la colonne de tubage et à la meme profondeur que l'élément intermédiaire de mesure se trouve une sonde de trou de forage également équipée d'une unité électronique et que cette sonde est raccordée par un câble à une unité de mesure et d'enregistrement placée à la surface. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif de mesure selon l'invention, les jauges extensométriques faisant office de convertisseurs de signaux de mesure sont entourés par une enveloppe en caoutchouc sur la face extérieure de l'élément intermédiaire de mesure et l'unité électronique montée sur l'élément intermédiaire de mesure est munie d'une enveloppe de protection. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé sur lequel la figure représente schématiguement en coupe le point de joint de deux tubes fourreaux avec l'élément intermédiaire de mesure encastré et la sonde forage. Tl convient tout d'abord de résumer dans un tableau les différentes sollicitations et les déformations qu'elles sont susceptibles d'engendrer. Sollicitation Déformation 1 Pression différentielle 1 Déformation tangentielle (différence déterminante entre (augmentation ou dimi la pression interne et la nution du diamètre pression externe) extérieur) 1.1 Différence de température 2 Sollicitation dans le sens axial 2 Déformation dans le sens longitudinal 2.1 Effort de traction 2.2 Effort: de compression 2.3 Flexion 2.4 Différence de tempàrature L'élément intermédiaire de mesure l encastré entre deux tubes fourreaux 2 est en acier antimagnétique. Les j a u g e s extensométriques 8 faisant office cie convertisseurs de signaux de mesure sont collés sur la surface extérieure de l'élément intermédiaire de mesure 1.L'encastrement de l'élément interrédiaire de mesure 1 entre les deux tubes fourreaux 2 est assuré par un manchon taraudé. Ce mode de raccordement est en soi connu et par conséquent non représenté sur le dessin. Les jauges extensométriques 8 sur la surface latérale de l'élément intermédiaire de mesure I sont disposes à des intervalles de 90 , c' est-à-dire cJue quatre points de mesure peuvent être installés dans un même plan.Pour la conversion de la dé format ion mesurée on un signal électrique et pour le traitement de ce dernier, on utilise une un i té électronique 7 qui est appliquée sur la soir face extérieure de l'élément intermédiaire de mesure 1, composée de circuits imprimés et entourée par une enveloppe de protection 4. les jauges extensométrigues et les lignes de sortie sont isolés par une enveloppe en caoutchouc 5 ou par une masse de scellement. Ces jauges extensométriques 8 collés sur l'élément intermédiaire de mesure 1 et l'unité électronique 7 sont alimentés en courant à partir de la sonde 6 du trou de forage.Cette sonde 6 suspendue à un câble 3 est descendue dan s la colonne de tubage 2 jusqu'à la profondeur d'encastrement de l'élément intermédiaire de mesure 1. Ce système de mesure à partir cle la surface est alimenté en courant par l'intermédiaire du cable (220V, 50 Hz Sous l'effet des différentes sollicitations agissant sur la colonne de tubage 2, i] se produit dans l'élément intermédia ire de mesure 1 un état de tension ou de deformation qui est proportionnel aux sollicitations. Le raccordement électrique des jauges extensométrique 8 mesurant les déformations offre la possibilité de mesurer individuellement et sélectivement les dilatations provoquées par les différents efforts.L'énergie électrique passe alors par les transformations suivantes courant alternatif flux magnétique: tension alternative tension continue Le signal électrique (résistance) provenant des poinçons extensométriques est converti dans plusieurs étages de 1 'unité él cctronicjue 7 en un signal de fréquence et transmis à l'unité de mesure et d ' enregistrement se trouvant à la surface par l'élément intermédiaire dc mesure antimagnetique 1, la sonde 6 et le câble 3.L'unité de mesure et d1 en registrement a fiche directement le signal de fréquence proportionnel aux déformations mesures ou l'enregistre. il est toutefois également possible si on le désire, après conversion appropriée, de mesurer ou d'enregistrer également les dé formations mécaniques, les tensions, les sollicitations actives etc. De par la description du mode de réalisation pris comme exemple, on peut voir qu'avec le dispositif selon l'invention. il est possible au moyen des jauges extensométriques faisant office de convertisseurs de mesure et protégés par une enveloppe en caoutchouc, de mesurer individuellement et sélectivement les défermations provoguées par différentes sollicitations dans l'élément intermédiaire de mesur eantimagnétique constituant un organe de la colonne de tubage et à partir des données mesurées de déterminer par conversion 1 es tensions des tubes fourreaux et autres sollicitations. L'unité électronique 7 est un montage connu composé de circuits imprimés. L'unité de mesure et d'enregistrement placée à la surface est également connue. L'unité électronique 7 est raccordée de arçon connue à un transformateur pour la transformation du courant REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer la déformation et l'état de tension des colonnes de tubage des puits de pétrole, dispositif qui mesure individuellement et localement dans le trou de forage les déformations intervenant dans les tubes fourreaux sous l'effet des sollicitations agissant sur la colonne de tubacje, qui convertit les déformations mécaniques mesurées en signaux électriques et les transmet sous une forme appropriée à leur traitement ultérieur, à la surface où il les mesure ou les enregistre, caracterisé par le fait qu'il comporte un élément intermédiaire dc mesure (1) antimagnétique encastré dans la colonne de tubage (2) et sur lequel est montée une unité électronicue (7) à circuits imprimés, que l'unité électronique (7) est raccordée à des jauges extensométriques (8) également collés à la surface latérale de l'élément intermédiaire de mesure (1), qu'à l'intérieur de la colonne de tubage (2) et à la même profondeur que l'élément intermédiaire de mesure (1) se trouve une sonde (6) également équipée d'une unité électronique (7) et que cette sonde est raccordée au moyen d'un câble (3) à une unité de mesure et d' enregistrement se trouvant à la surface. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les jauges extensométriques (8) faisant office dc convertisseurs de signaux de mesure et installés sur la surface extérieure de l'élément intermédlaire de mesure (1) sont untourés par une enveloppe en caoutchouc (5) et que l'unité électronique (7) montée sur l'élément intermédiaire de mesure (1) est munie d'une enveloppe de protection 4.