Brevet FR2501777A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne une méthode et un dispositif pour effectuer dans des portions de puits déviés,fortement inclinées sur la verticale,ou horizontales,des opérations oelles que des mesures, à l'aide d'outils spécialisés. Selon l'art antérieur, les outils spécialisés pour effectuer des opérations telles que par exemple des mesures, sont fixés à l'extré- mité d'un câble porteur et se déplacent sous l'action de la gravité, sans grande difficulté, tant que l'inclinaison du puits foré par rapport à la verticale ne dépasse pas 45 environ. Au delà de cette limite, le déplacement des outils n'est possible que si on connaît le profil et les variations de diamètre du puits foré et si on utilise des outils de dimensions réduites. Pour les puits fortement inclinés,on a proposé dans le brevet US 4 168 747 de mettre en place dans le puits une canalisation flexible munie à son extrémité d'une tête produisant des jets de fluide qui favorisent l'avancement de la conduite flexible dans le puits. L'outil est introduit dans la conduite flexible et son déplacement assuré par pompage du fluide remplissant le puits et la conduite flexible. L'outil qui est maintenu en permanence à l'intérieur de la conduite flexible est, par suite, nécessairement d'un type dont le fonctionnement n'est pas affecté par la présence de la conduite flexible, comme par exemple une sonde neutronique ou à rayons X de mesure des caractéristiques des terrains. Une telle solution présente de nombreux inconvénients. En effet, non seulement elle n'est pas utilisable pour tous les outils que l'on peut être amené à introduire dans le puits tels que sonde à mesure électrique ou électromagnétique, mais encore elle s'avère longue à mettre en oeuvre. De plus, le frottement inévitable de la conduite flexible contre la paroi du puits, en particulier dans les portions fortement inclinées, nécessite pour sa progression des jets très puis- sants qui détériorent localement la paroi du puits. Un tel dispositif n'est donc pas utilisable lorsqu'on doit introduire des outils dans des portions fortement inclinées et de grandes longueurs et dans des portions de puits pratiquement horizontales. Il est également connu de fixer un outil tel qu'une sonde de mesure à l'extrémité d'une tige creuse pratiquement rigide pour assurer son déplacement sous l'action d'une poussée exercée sur la tige. Les inconvénients de cette solution résident dans le fait que les outils placés à l'extrémité de la tige frottent contre la paroi du puits et peuvent être détériorés. D'autre part, ces outils sont reliés à la surface par un câble de transmission de signaux de commande et de mesure qui est logé dans l'alésage de la tige creuse, ce qui complique notablement les opérations d'assemblage des éléments vissés bout à bout qui constituent la tige. Pour limiter ce dernier inconvénient on peut utiliser un raccord à fenêtre latérale désigné généralement par l'expression anglo- saxonne de "Side Entry Sub " et décrit, par exemple, dans le brevet US 4 062 551. Le vissage ou le dévissage des tronçons de tige situés au-dessus de ce raccord spécial est simplifié du fait qu'au-dessus de ce raccord, le câble est à l'extérieur de la tige creuse. Néanmoins, l'inconvénient signalé ci-dessus subsiste pour la portion de tige comprise entre ce raccord spécial et l'outil. De plus, des précautions doivent être prises pour éviter le coincement du câble du fait qu'au-dessus du raccord spécial le câble se trouve dans l'espace annulaire délimité entre la tige creuse et la paroi du puits. L'emplacement de ce raccord spécial sur la tige creuse est de préférence choisi de manière que, lors du déplacement de la tige, ce raccord reste dans la partie verticale de la paroi du puits. La présente invention propose une méthode et un appareillage ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur et permettant d'effectuer des opérations à l'aide d'outils spécialisés, dans des portions de puits fortement inclinées par rapport à la verticale et pouvant même être horizontales. L'invention pourra être bien comprise et tous ses avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par les figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente un outil fixé à l'extrémité d'une colonne tubulaire rigide, - les figures 2 à 6 illustrent la mise en oeuvre de l'invention, - les figures 7 et 8 montrent le centrage de l'outil et de son carter dans le puits foré et - la figure 9 illustre le cas d'un outil fixé directement à l'extré- mité d'une colonne tubulaire rigide. Selon l'invention, l'outil schématisé en 1 sur la figure 1 est protégé mécaniquement par un carter 2. L'ensemble ainsi formé est fixé à l'extrémité d'une tige tubulaire rigide 3 composée d'éléments vissés bout à bout. L'un des éléments 4 d'un connecteur électrique enfichable étanche est relié à l'outil 1. Le terme d'outil est utilisé ici pour désigner tout dispositif ou organe que l'on est amené à introduire dans un puits foré pour effec- tuer des opérations telles que la détermination d'au moins une caracté- ristique des terrains (résistivité, impédance acoustique, mesure de la vitesse de propagation du son dans les formations, émission naturelle de rayonnement X, taux d'absorption de certaines radiations, etc...), des contrôles de cimentation d'un tubage dans le puits, des contrôles de localisation des joints entre les éléments constituant le tubage, d-es contrôles c'crientation précise du puits, ou des opérations telles que la perforation d'un tubage, le prélèvement d'échantillons solides sur la prci du puits, le prélèvement d'écharicillons liquides 25017 7 7 dans le puits ou encore des mesures de pendagemètrie,cette liste d'opé- rations n'étant nullement limitative. Bien entendu, la forme du carter 2 est déterminée par le tech- nicien en fonction de l'outil utilisé et peut de plus assurer une pro- tection thermique de l'outil en mettant en circulation un fluide. tel que la boue de forage remplissant généralement le puits foré. La méthode selon l'invention consiste à fixer l'ensemble de l'outil 1 et de son carter protecteur 2 à l'extrémité d'une colonne ou tige rigide creuse 3, sans toutefois connecter l'outil à un c9ble de transmission d'énergie et/ou d'informations. Ainsi, l'outil est dans un état inerte o il ne risque pas d'être déclenché par inadvertance, par de fausses manoeuvres ou par des signaux parasites. Ceci constitue une sécurité en particulier pour les outils comportant des charges explosi- ves qui ne doivent entrer en action que lorsque l'outil se trouve à un emplacement déterminé du puits. De plus, on notera que l'absence de câble de transmission facilite la manipulation des éléments raccordés bout à bout qui forment la colonne 3. Par l'intermédiaire de la colonne 3, l'outil 1 protégé par son carter 2 est introduit et déplacé dans le puits (figure 2) jusqu'à la position désirée qui est la position exacte o doit opérer l'outil, dans le cas d'un outil n'effectuant qu'une opération ponctuelle ou qui est l'extrémité la plus proche de la surface d'une portion de longueur A le long de laquelle l'outil doit travailler. La longueur de la portion A est de préférence au plus égale à la longueur de la portion L du puits qui est généralement verticale et s'étend depuis la surface. Pour connecter l'outil à un c9ble de transmission d'énergie et/ou d'information, on utilise un raccord électrique enfichable dans un milieu fluide. Ce raccord peut être de tout type connu et par exemple tel oue décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique Mi 4 039 2î2. 2 5 0 1 7 7 7 Ce raccorc est composé essentiellement d'une prise et d'une fiche complémentaires l'une de l'autre et qui s'emboîtent par rapproche- ment. L'une d'elles, par exemple la fiche 4, est raccordée à l'outil. L'autre partie (la prise 5) est fixée à l'extrémité d'un câble de trans- mission 6. Lorsque l'outil a été mis en place dans le puits comme on l'a indiqué précédemment, on introduit dans la tige creuse 3 la prise 5 et le câble 6 (figure 3). Un élément pesant ou barre de charge 7 surmonte la prise 5 et facilite sa progression dans la colonne 3 sous l'action de la gravité. Puis, par pompage du fluide dans le puits et la colonne 3, la prise 5 est déplacée jusqu'à ce que sa connexion avec la fiche 4 soit effective. Cette connexion peut être aisément contrôlée par exemple aux moyens de contacts qui ferment un circuit électrique lorsque la fiche 4 est en position correcte dans la prise 5. Un dispositif de verrouillage de tout type connu maintient la prise et la fiche dans leur position d'assemblage. Dans le cas o l'outil ne doit fonctionner qu'à un emplacement déterminé du puits, l'introduction de la prise 5 et du câble 6 dans la colonne 3 et l'opération de pompage peuvent être réalisées grâce à l'uti- lisation d'un bloc d'obturation du puits ou B.O.P. bien connu dans le domaine du forage et schématisé en 8 sur la figure 4. Ce B.O.P. comporte des mâchoires 9 et 10 déplaçables radialement et qui maintiennent l'étan- chéité autour du câble 6. La circulation du fluide est assurée par une pompe 11 communiquant à travers une vanne 12 avec l'intérieur de la colonne rigide 3. Dans le cas o l'outil doit fonctionner tout au long d'une portion du puits, le câble 6 est de préférence introduit dans la colonne 3 à travers l'ouverture d'un raccord spécial 13 à fenêtre latérale dénommé généralement "side entry sub". Ce raccord est fixé au sommet de la colonne 3 comme la montre la figure 5. Il est de préférençe muni de moyens de seriage du câble permettant d'immobiliser celui-ci au niveau du raccord apoès avoir connecté la fiche 4 et la prise 5. 2 50 1 7 7 7 Lorsque le raccordement électrique de l'outil s'effectue par le raccord enfichable 4-5, la progression de l'outil 1 est assurée en rajou- tant des éléments rigides au-dessus du raccord 13 (Fig. 6) jusqu'à ce que le déplacement supplémentaire A de l'outil soit obtenu. Eventuellement, et comme le montre la figure 5A, des centreurs en caoutchouc 3a fixés à la colonne rigide assurent le guidage du câble 6 sur une certaine distance le long de la colonne de forage 3 au-dessus du raccord à fenêtre latérale 13. Ces centreurs peuvent être de tout type connu et en particulier du type de ceux commercialisés par la Société WEATHERFORD-STABILIA sous la dénomination de "Control line". L'outil 1 est mis en fonctionnement par télécommande à travers le câble de transmission 6, ce fonctionnement étant obtenu sur la portion A du puits en remontant progressivement la colonne de manoeuvre 3. Cette opération de remontée de la colonne 3 est facilitée du fait que le câble est, en surface, à l'extérieur de la colonne 3, ce qui rend plus aisé le dévissage des éléments tubulaires de la colonne. Le raccord 13 peut être de tout type connu et en particulier du type de celui décrit dans le brevet US 4.062.551. Lors de leur utilisation, certains outils nécessitent d'être correctement centrés dans le puits. Ceci peut être obtenu par des cen- treurs 14 fixés sur le carter 2 et éventuellement sur la colonne 3 comme le montre schématiquement la figure 7. Ces centreurs sont, par exemple, des centreurs du type à lames, bien connus dans les techniques de forage des sols. D'autres types de centreurs peuvent être utilisés, par exemple des centreurs en caoutchouc avec passage de boue. Selon un mode de réalisation illustré à la figure 8, l'outil 1 et son carter sont reliés à l'extrémité de la colonne rigide 3 par une portion de tube déformable 15 constituée par exemple par des bagues 250 1 7 7 7 T tubulaires articulées les unes aux autres. De telles portions de tige déformable sont bien connues dans la technique et commercialisées par exemple par la Société ARCO DRILLING sous la dénomination de "KNUCKLE JOINT". Dans ce cas, seul le carter 2 est muni de centreurs maintenant l'outil sensiblement dans l'axe du puits. Pour travailler dans de bonnes conditions certains outils nécessitent d'êtredégagés de leur carter de protection 2. C'est le cas par exemple de sondes de mesures électriques du type latérolog ou "dual" latérolog, des sondes de mesure acoustique, etc... L'outil peut être dégagé de son carter par tout dispositif connu tel que par exemple un piston solidaire de l'outil et coulissant dans le carter. Par injection d'un fluide hydraulique tel que de la boue on provoque le déplacement du piston pour dégager du carter la partie active de l'outil ou réintégrer l'outil dans son carter de protection. Certains outils,tels que les outils à patins type densité, microrésistivité, micro-acoustique et certains perforateurs à charges explosives,nécessitent d'être orientés dans le puits avant leur mise en fonctionnement afin d'améliorer leurs performances. De plus, l'orien- tation de l'outil constitue une donnée s'ajoutant à celle de la mesure. La combinaison de ces deux informations dans les puits fortement déviés et horizontaux améliore l'interprétation des résultats. Cela peut être le cas pour la détection des fractures de la formation et la détermina- tion de la cimentation du tubage. Pour cela le carter 2 pourra contenir un organe de détection d'orieUtation, tel qu'au moins un accéléromètre ou un gyrocompas. Par exemple, l'utilisation d'un seul accéléromètre, donc l'axa de rotation est confcndu avec celui de l'outil, permet de placer une g6nrn trice préalaolement -eplr e loutil nans un plan vertical 2 50 1 7 7 7 passant par l'axe de l'outil. L'utilisation combinée de deux accéléromètres dont les axes de rotation sont perpendiculaires entre eux et à l'axe de l'outil, permet de mesurer l'angle formé entre la verticale et le plan contenant la génératrice préalablement repérée et l'axe de la sonde. Ainsi, la rotation de la tige 3, obtenue depuis la surface en fonction des indications fournies par ces organes, permet de positionner correctement l'outil dans le puits. Des modifications pourront être apportées sans sortir du cadre de la présente invention, en particulier comme le montre la figure 9. Par exemple, pour certains outils tels qu'un outil pour pré- lever des échantillons de liquide dans le puits ou un outil de perfora- tion d'un tubage fixe à la paroi du puits, cet outil étant d'un type que les techniciens désignent par les termes de "canon" ou "scallop", le carter pourra être intégré à l'outil lui-même, ou être supprimé. Dans ce cas, l'outil 1 sera directement fixé à l'extrémité de la colonne 3 au moyen d'un raccord intermédiaire 30 muni de préférence d'orifices 31 pour le passage du fluide. 250 1 7 7 7 R E V E M D I C A T I 0 N S 1. - Méthode pour effectuer une opération déterminée,à l'aide d'un outil spécialisé muni d'une connexion électrique, dans une portion de puits fortement inclinée par rapport à la verticale ou horizontale, carac- térisée en ce qu'on réalise successivement les étapes suivantes: - on équipe l'outil d'une fiche électrique de raccordement enficha- ble en milieu liquide, - on fixe l'outil à l'extrémité d'une colonne tubulaire rigide com- posée d'éléments tubulaires raccordés bout à bout, - on fait progresser l'outil dans le puits en poussant progressive- ment sur la colonne rigide jusqu'à ce que l'outil atteigne la position désirée, - on introduit dans la colonne rigide une prise complémentaire de la fiche raccordée à l'outil, cette prise étant fixée.à l'extrémité d'un câble de transmission, - on déplace la prise dans la colonne rigide jusqu'à obtenir son raccordement avec la fiche solidaire de l'outil, et - on actionne l'outil pour effectuer l'opération désirée. 2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on réalise le déplacement de la prise en faisant circuler un fluide à l'intérieur de la colonne rigide. 3. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on introduit la prise dans la colonne rigide à travers un dispositif d'obtu- ration fixé au sommet de la colonne rigide. 4. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on intro- duit la prise et le câble associé dans la colonne rigide à travers un raccord spécial muni d'une ouverture latérale, on fixe ce raccord à 0 1 7 7 7 l'extrémité de la colonne rigida et on fait progresser l'outil dan ie puits en rajoutant des éléments tubulaires au-dessus du raccord spécial sur une longueur telle que celui-ci reste dans une partie verticale ou de faible inclinaison du puits. 5. - Méthode selon la revendication 4, caracterisée en ce que l'on immobilise le câble au niveau du-raccord après raccordement de la prise à la fiche. 6. - Méthode selon la revendication 4 dans laquelle l'outil est placé dans un carter de protection, caractérisée en ce que l'on fait sortir du carter la partie active de l'outil lorsque l'outil a atteint,dans le puits, la position désirée. 7. - Méthode selon une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le fonctionnement de l'outil est déclenché pendant la remontée de la colonne rigide. 8. - Méthode selon la revendication 1 mettant an oeuvre un outil dont une génératrice est repérée et comportant un accéléromètre dont l'axe de rotation est confondu avec celui de l'outil, caractérisée en ce qu'avant la mise en fonctionnement de l'outil on provoque la rotation de la colonne de forage autour de son axe jusqu'à ce que le signal fourni par l'accéléromètre indique que la génératrice repérée de l'outil se trouve dans le plan vertical passant par l'axe de la colonne de forage 9 Méthode selon la revendication 1 mettant en oeuvre un outil dont une génératrice est repérée et comportant deux accél!romtres dont les axes de rotation sont perpendiculaires entre eux et perpendi- culaires à l'axe de l'outil, caractérisée en ce qu'on déterminea partir des indications des accéléromètres,l'angle formé entre le plan vertical passant par l'axe de l'outil et le plan contenant l'axe de l'outil et la génératrice repérée de l'outil et en ca qu'on provoque la rotation de la colonne de forage autour de son axe jusqu'à ce que l'angle d tsr- miné atteigne une valeur choisie a l'avance. 2 5 0 1 7 7 7 10. - Dispositif pour effectuer une opération déterminée à l'aide d'un outil spécialisé, dans une portion de puits foré fortement incliné par rapport à la verticale, caractérisé en ce qu'il comporte en combi- naison une tige rigide creuse à l'extrémité de laquelle est fixé l'outil, une fiche électrique de raccordement enfichable en milieu liquide et reliée à l'outil et un câble électrique pourvu à son extrémité d'une prise enfichable complémentaire de la fiche électrique. 11. - Dispositif selon la revendicationjD, caractérisé en ce qu'il comporte un raccord reliant l'outil à l'extrémité de la colonne rigide, ce raccord étant muni d'orifices latéraux pour le passage d'un fluide. 12. - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un carter creux de protection mécanique dans lequel l'outil est placé. 13. - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'outil est solidaire d'un piston déplaçable dans le carter entre une première position pour laquelle la totalité de l'outil est protégée par le carter et une seconde position pour laquelle une partie au moins de l'outil est sortie du carter. 14. - Dispositif selon la revendicationlD, caractérisé en ce que l'outil est fixé àl'extrémité de la colonne rigide par une portion tubulaire flexible et en ce que l'outil est pourvu de moyens de cen- trage dans le puits. , - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'outil et l'extrémité de la colonne rigide sont pourvus de moyens de centrage.