Brevet FR2517361A1 — publié le 19830603

La présente invention concerne les techniques de forage de puits, en parciculier dans le domaine de la production de pétrole et de gaz, et a notamment pour objet un dispositif thermo-acoustique pour puits L'invention est destinée notamment à entre utilisée dans la production de pétrole et de gaz pour exercer une action thermo-acoustique sur la zone voisine du fond d'un puits de pétrole et de gaz dans le but d'intensifier l'exploitation des gisements de pétroles paraffinés fortement visqueux, ainsi que des gisements contenant une grande quantité de sels dissouts qui, en se déposant, au cours de l'exploitation du gisement, dans la zone voisine du fond du puits, abaissent sa perméabilité au pétrole et aux gaz pendant lexploitation, et d'en accroître la récupération. Les méthodes d'action thermo-acoustique sur la zone voisine du fond du puits sont fondées sur les effets de l'action thermodynamique des champs thermique et acoustique dans les roches magasins. Les effets mentionnés contribuent à une augmentation notable de la conductibilité thermique effective des roches magasins de pétrole et de gaz et, par conséquent, à un accroissement de la zone d'action thermique sur la zone voisine du fond du puits. Après ladite action thermo-acoustique sur la zone voisine du fond du puits on constate le rétablissement total ou partiel de la perméabilité de la roche magasin au pétrole et aux gaz, dont la diminution est due aux dépôts de paraffine de gisement, de sels, ou par l'invasion de la zone voisine du fond du puits par la boue. On connaît un dispositif thermo-acoustîq;e pour puits (Simkine E.M., "Etude de l'action thermique des réchauffeurs électriques de fond", Thèse de candidat au titre d'agrégé ès sciences, 1968 (Fonds VNII Minnefteprom, URSS, Moscou)utilisé pour exercer une action électroffl thermique sur la zone voisine du fond du puits de pétrole et de gaz, et qui comporte un réchauffeur avec une chambre à bornes qui est rendue solidaire d'un émetteur d'oscil lations acoustiques constitué par deux électro-aimants logés à l'intérieur du corps cylindrique sur un axe commun, L'électro-amant aipeneur 0e 1' émetteur d'oscillations acous- tiques est immobile, tandis que l'électro-aimant inférieur peut se déplacer conjointement avec le réchauffeur suivant un axe communs Pendant le passage du courant électrique, les électro-aimants s'attirent périodiquement, mais c'est seulement l'électro-aimant inférieur qui se déplace avec le réchauffeur, alors que l'électro-aimant supérieur reste immobile C'est de cette façon qu'on crée des oscillations acoustiques longitudinales du réchauffeur électrique dans le puits, en obtenant ainsi une augmentation de la zone de chauffage. Toutefois, ce dispositif thermo-acoustique pour puits produit des oscillations de faible intensité qui se propage principalement suivant le trou de puits, ce qui est dû au déplacement longitudinal de l'électro-aimant inférieur avec le réchauffeur électrique, alors que, pour obtenir une action thermo-acoustique efficace sur la zone voisine du fond du puits, les oscillations doivent se propager perpendiculairement à l'axe du puits. Le dispositif en question produit des oscillations de basse fréquence (jusqu'à 100 Hz), ce qui n'assure pas un effet thermo-acoustique ayant un caractère de seuil et se manifestant dans une plage déterminée de fréquences dépassant 3 kHzo Le dispositif ne permet pas de concentrer le champ thermique, car il n' est pas muni d'éléments commandant le paramètre thermique du champ thermo-acoustique. Du fait que ce dispositif comporte des parties mobiles et que pendant le travail le maintien de son étanchéité peut ne pas titre assuré, sa fiabilité n' est pas élevée0 Avec l'élévation de la pression hydrostatique à l'intérieur du puits lors de la descente du dispositif jusqu'à la profondeur prescrite, l'effet d'amortissement du liquide de puits provoque une baisse des caractéristiques acoustiques du dispositif 0 A cause des oscillations longitudinales de la colonne de liquide dans le puits, une partie de la chaleur est transférée vers le haut, ce qui affecte les conditions thrmiques de fonctionnement du cible alimentant le dispositif et ne permet pas d'exercer une action thermique efficace sur la zone voisine du fond du puits. Il s'ensuit que le dispositif thermo-acoustique pour puits qu'on vient d'examiner ne permet pas de créer, à cause des inconvénients mentionnés, un champ thermoacoustique avec une haute intensité de l'émission acoustique, se propageant radialement. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif thermo-acoustique pour puits, pourvu d'un émetteur d'oscillations acoustiques dont la conception assurerait l'obtention d'un champ thermo-acoustique d'une haute intensité se propageant radialement, et en mtme temps, la concentration du champ acoustique conformément au paramètre thermique, ainsi que la protection du réchauffeur et de la tette de cable contre les oscillatiors acoustiques, Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif thermo-acoustique pour puits, comportant un émetteur d'oscillations acoustiques et un réchauffeur pourvu d'une chambre à bornes et relié à l'émetteur, caractérisé, suivant l'invention, en ce que l'émetteur d'oscillations acoustiques comporte un corps creux à l'intérieur duquel est installé un axe longitudinal portant des bobines disposées successivement l'une derrière l'autre et dont les noyaux comprennent au moins un élément actif destiné à engendrer des oscillations acoustiques. Il est avantageux que dansle dispositif thermo- acoustique pour puits conforme à l'invention, le noyau de la bobine soit exécuté creux et qu'un déflecteur d'oscillatons acoustiques, destiné à intensifier les oscillations acoustiques dans la direction radiale, soit logé à l'intérieur du noyau, sur ledit axe longitudinal. Pour obtenir une action thermo-acoustique plus efficace sur la zone voisine du fond du puits, il est préférable, selon l'invention, de placer entre lesdites bobines, sur ledit axe longitudinal, des éléments pour la concentration du champ acoustique. Dans le but de protéger le réchauffeur et le câble d'alimentation contre l'action acoustique, il est raisonnable, selon l'invention, d'installer dans les parties inférieure et supérieure du corps creux, sur ledit axe longitudinal, des éléments d'amortissement destinés à amortir les oscillations acoustiques. Il est possible, dans le dispositif thermo-acoustique pour puits suivant l'invention, de placer entre la chambre à bornes du réchauffeur et l'émetteur d'oscillations acoustiques, un élément calorifuge destiné à évacuer la chaleur de l'émetteur d'oscillations acoustiques. Il est avantageux que, dans le dispositif thermoacoustique pour puits conforme à l'invention, l'élément actif de la bobine soit exécuté sous forme d'un anneau plat en un matériau magnétostrictif. Il est aussi possible, dans le dispositif thermo acoustique pour puits conforme à l'invention, de réaliser l'élément actif de la bobine sous forme d'un cylindre creux en un matériau céramique piézo-électriqùe. Il est souhaitable que, dans le dispositif thermo acoustique pour puits selon l'invention, l'élément actif de la bobine soit fabriqué en ferrite à propriétés magnétostrictives. Il est raisonnable que, dans le dispositif thermo acoustique pour puits selon l'invention, le déflecteur d'oscillations acoustiques soit réalisé tubulaire. Il est désirable que , dans le dispositif thermo acoustique pour puits conforme à l'invention, l'élément de concentration du champ acoustique soit exécuté sous forme d'une douille. Il est avantageux que, dans le dispositif thermo acoustique pour puits suivant l'invention, l'élément de concentration du champ acoustique soit exécuté sous forme d'une douille an un matériau possédant des propriétés d'amortissement. Il est préférable que, dans le dispositif thermoacoustique pour puits suivant l'invention, les éléments d'amortissement soient exécutés sous forme de douilles en un matériau élastique. Pour assurer une évacuation plus efficace de la chaleur, il est désirable que, dans le dispositif conforme à l'invention, ltélément calorifuge soit exécuté sous forme d'une douille à surface ailetée. Il est admissible que, dans le dispositif thermoacoustique pour puits, conforme à l'invention, l'enceinte intérieure du corps de l'émetteur d'oscillations acoustiques soit remplie d'une composition (ou "compound") résistante à la chaleur. Le dispositif thermo-acoustique proposé assure la production d oscillations acoustiques dans une plage de fréquences déterminée, avec une haute intensité du champ acoustique se propageant radialement. Grace à l'introduction d'éléments de concentration du champ acoustique dans le dispositif thermo-acoustique proposé) on a obtenu la possibilité de concentrer aussi le champ thermique. Le dispositif thermo-acoustique proposé ne comporte aucunes pièces mobiles ce qui accroît sa fiabilité tout en conservant ses caractéristiques acoustiques0 Les cscillations acoustiques engendrées par le dispositif thermo-acoustique pour puits se prcpagent de préférence radialement. En conséquence, les conditions thermiques du fonctionnement du câble d'alimentation restent satisfaisantes et sa résistance mécanique s'accroft. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique non limitatif annexé-dans lequel - la figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif thermo-électrique pour puits, conforme à l'invention - la figure 2 montre une vue d'ensemble de l'émetteur d'oscillations acoustiques du dispositif thermo-acoustique avec arrachements et coupes longitudinales partielles, selon l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif thermo-acoustique pour puits. Le dispositif thermoacoustique pour puits comporte, dans le cas considéré, un réchauffeur 1 avec des éléments réchauffeurs électriques 2. Le réchauffeur 1 est relié par l'intermédiaire d'une chambre étanche à bornes 3 à l'émetteur d'oscillations acoustiques 4 Un élément calorifuge 5 est placé entre 1' émetteur 4 et la chambre à bornes 3 et est destiné à évacuer la chaleur de l'émetteur d'oscillation acoustique 4 et à le protéger contre les surchauffes. Le dispositif thermo-acoustique pour puits comporte aussi une tête de câble 6, montée sur l'une des extrémités de l'émetteur d'oscillations acoustiques 4, La tête de câble 6 est destinée à assurer une jonction étanche du câble d'alimentation 7 avec l'émetteur d'oscillations acoustiques 4, ainsi qu 'à réaliser la liaison du dispositif thermc-acoustique pour puits avec le tubage d'extraction (non représenté sur la figure 1),sur lequel le dispositif est descendu dans le puits. Le filetage tubulaire conique 8 pratiqué sur la tête de câble 6 est destiné à son raccordement au tubage.Il est possible de réaliser le dispositif thermo-acoustique de façon à permettre la descente de ce dernier attaché à un ciblez A l'intérieur de l'élément calorifuge 5, sont disposés des conducteurs électriques 9 résistants à la chaleur et servant à amender l'énergie électrique d'une source d'alimentation disposée en surface (non représentée sur la figure 1) et au réchauffeur 1. L'élément calorifuge 5, exécuté sous forme d'une douille, est relié électriquement et mécaniquement à l'aide de raccords de réduction filetés 1O,àl'émetteur d'oscillations acoustiques 4.Pour améliorer l'évacuation de la chaleur, la surface de l'élément calorifuge 5 comporte, dans le cas considéré, un filetage La figure 2 représente une vue d'ensemble de l'émetteur d'oscillations acoustiques 4, avec des arrachements et des coupes longitudinales partielles. Celuici comporte un corps creux 11 à l'intérieur et au centre duquel est monté, à l'aide de rondelles 12, un axe longitudinal 13 sur lequel est placée une bobine 14 munie d'un conducteur 15. Une sortie du conducteur 15 est connectée au corps creux 11, tandis que 1pauvre extrémité du conducteur 15 de chacune des bobines 14 est connectée à une barre d'alimentation commune 16. Le noyau de chacune des bobines 14 est constitué par des éléments actifs 17 destinés à engendrer des oscillations acoustiques ultrason. ores. Chacun des éléments actifs 17 est réalisé, dans le casxnsidéré, sous forme d'un anneau plat en matériau magnétostrictif, par exemple en un alliage connu sous la denomination commerciale "Permendurn. Chaque élément actif 17 crée des oscillations ultrasonores qui se propagent principalement radialement. A l'intérieur de chaque bobine 14, est placé un déflecteur d'oscillations acoustiques 18, ayant,dans le cas considéré, une forme tubulaire et destiné à augmenter le rendement acoustique dans la direction radiale. Des éléments d'amortissement 19, destinés à amortir les oscillations acDustiques et assurer des liaisons électrique et mécanique fiables avec le réchauffeur 1 (figure 1) et avec le tubage disposé audessus (non représenté sur la figure 2), sont placés dans les parties supérieure et inférieure de la cavité du corps creux 11. Selon la variante considérée de réalisation du dispositif thermo-acoustique pour puits, l'élément d'amortissement 19 est exécuté sous forme d'une douille en un matériau élastique, ce qui assure la conservation de 1' étanchéité et de la résistance mécanique pendant le le fonctionnement de tout le dispositif thermo-acoustique pour puits0 Un élément 20 de concentration du champ acoustique est monté à l'intérieur du corps cylindrique 11, sur l'axe longitudinal 13, entre les- bobines 14, et sert à modifier la largeur du diagramme d'orientation du champ acoustique ; grâce à cette particularité, on peut com mander le paramètre thermique du champ thermo-acoustique. L'élément 20 est exécuté, dans le cas considéré, sous forme d'une douille. Pour renforcer l'effet d'amortissement, il est possible de réaliser l'élément 20 sous forme d'une douille en un matériau élastique. Les écrous 21 serrent les pièces se trouvant dans le corps creux 11, en en formant un seul paquet ou assemblage monobloc. La connexion électrique de l'émetteur d'oscillations acoustiques 4 et du réchauffeur 1 avec le cable 7 (figure 1) est réalisée à l'aide de conducteurs électriques 22 (figure 2) par l'intermédiaire de connecteurs étanches 23 résistant à la chaleur.L'enceinte intérieure du corps creux Il de l'émetteur d'oscillations acoustiques 4 et ree urie oemposiiion (ou "oempamd!9résistante à la chaleur et refoulée sous pression, ce qui élève la fiabilité de fonctionnement de l'émetteur d'oscillations acoustiques 4, ainsi que ses résistances ~électrique et mécanique et, par conséquent,la fiabilité de fonctionnement de l'ensemble du dispositif dans les condit-ions du puits. Il faut ajouter que chaque élément actif 17 peut être exécuté sous forme d'un cylindre creux en matériau céramique piézo-électrique ou sous forme de douilles en ferrite possédant des propriétés magnétostrictives. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. L'énergie fournie par un générateur d'ultrasons (non représenté sur les figures 1, 2) disposé en surface, par l'intermédiaire du cable 7 (figure 1), de conducteurs électriques 22 et des connecteurs 23-, est appliquée au réchauffeur 1 et aux bobines 14 de l'émetteur d'oscillations acoustiques 4. Des oscillations électriques sont engendrées dans les bobines 14 par suite de la variation des dimensions radiales des éléments actifs 17, qui, dens le cas considéré, se présentent sous forme d'anneaux plats en matériau magnétostrictif. La variation des dimensions radiales des éléments actifs 17 se fait sous l'action du champ magnétique alternatif engendré dans les bobines 14. La direction et le diagramme d'orientation du champ acoustique sont réglés par les déflecteurs 18 et les éléments 20 de concentration du champ acoustique0 La colncidence du chant thermique produit par le réchauffeur et du champ acoustique engendré par l'émetteur d'oscillations acoustiques 4 provoque un effet d'élévation multiple de la conductibilité effective de la couche dans la zone voisine du fond du puits de pétrole et de gaz REVENDICATIONS 1. Dispositif thermo-acoustique pour puits, du type comportant un émetteur d'oscillations acoustiques (4) et un réchauffeur électrique (1) pourvu d'une chambre à bornes (3) et relié audit émetteur, caractérisé en ce que l'émet- teur d'oscillations acoustiques comporte un corps creux (îi) à l'intérieur duquel est installé un axe longitudinal (13) portant des bobines (14) disposées successivement l'une après l'autre et dont les noyaux comprennent au moins un élément actif (17) destiné à engendrer des oscillations acoustiques. 2. Dispositif thermo-acoustique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau de la bobine (14) est exécuté creux et qu'un déflecteur d'oscillations acoustiques (18) destiné à intensifier les oscillations acoustiques dans la direction radiale est monté à l'intérieur dudit noyau. 3. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce qu'au moins un élément (20) de concentration du champ acoustique est monté à l'intérieur du corps creux (11)sur l'axe longitudinal (13), entre les bobines (14) 4. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'lune des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que des éléments (19) d'amortissement des oscillations acoustiques sont montés dans les parties supérieure et inférieure du corps creux (il). 5, Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1, 2, 3et4,caractérisé en ce qu'un élément calorifuge (5) destiné à évacuer la chaleur de l'émetteur d'oscillations acoustiques (4) est placé entre la chambre à bornes (3) du réchauffeur (1) et l'émetteur d'oscillatins acoustiques (4). 6. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que le noyau de chaque bobine (14) comporte plusieurs éléments actifs (17) dont chacun est exécuté sous forme d'un anneau plat en matériau magnétostrictifO 7. Dispositif conforme à l'une des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que l'élément actif (17) de la bobine (14) est exécuté sous forme d'un cylindre creux en matériau céramique piézo-électrique. 8. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 9. Dispositif tiiermo-actoustique conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le déflecteur d'oscillations acoustiques (18) a une forme tubulaire 10. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément (20) de concentration du champ acoustique est exécuté sous forme d'une douille. 11. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément (20) de concentration du champ acoustique est exécuté sous forme d'une douille en un matériau possédant des propriétés d' amortissement. 12. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1 à 105 caractérisé en ce que les éléments d'amortissement (19) sont exécutés sous forme d'une douille en matériau élastique. 13. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1 à 12,caractérisé en ce que l'élément calorifuge (5) est exécuté sous forme d'une douille à surface filetée 14. Dispositif thermo-acoustique conforme à l'une des revendications 1 à 155 caractérisé en ce que l'enceinte intérieure (4) du corps creux Il de l'émetteur d'oscillations acoustiques est remplie d'une composition résistante à la chaleur.