Brevet FR2544376A1 — publié le 19841019

La présente invention concerne une méthode et un dispositif permettant d'effectuer des opérations telles que des mesures dans un puits où règne une température élevée, supérieure à celle que peuvent supporter sans dommage les appareils adaptés a réaliser ces opérations. En effet, la température maximale que peuvent supporter des appareils tels que des sondes de mesure, des outils canons réalisant des perforations dans les parois des puits, etc..., est de l'ordre de 2000 C. I1 est donc actuellement impossible d'effectuer en continu certaines opérations telles que des mesures à l'intérieur de puits forés où la température est élevée, notamment des puits géothermiques ou des puits de grandes profondeurs que l'on a été amené à creuser pour récupérer soit de l'énergie géothermique, soit des hydrocarbures. Jusquici, pour effectuer, à l'aide d'appareils spécialisés, des opérations dans un puits où règne une tempërature élevée on procède de ltune des manières suivantes a) on équipe les appareils d'écrans thermiques spéciaux qui autorisent leur utilisation à des températures plus élevées.Malheureusement, cette protection thermique est limitée dans le temps et les appareils ne peuvent supporter en permanence une température élevée. I1 faut donc descendre rapidement l'appareil dans le puits, réaliser les opérations dans un intervalle de temps déterminé, puis remonter rapidement l'appareil en surface pour assurer son refroidissement. C'est alors seulement qu'une nouvelle série d'opérations peut être entreprise selon le même processus. I1 est évident que le temps nécessaire pour réaliser l'ensemble des opérations se trouve considérablement augmenté et que, de plus, on court le risque de détruire l'appareil s'iln'estpas remonté à temps en surface b) on fait circuler dans-le puits un fluide, généralement dç la boue de forage, pour refroidir les formations géologiques voisines du puits jusqu'à une température acceptable pour les appareils utilisés. Puis l'appareil est rapidement introduit dans le puits où on peut le faire fonctionner jusqu'à ce que la température, en croissant, ait atteint la valeur critique pour l'appareil. Ce dernier doit alors être remonté en surface et une nouvelle opération de refroidissement du puits entreprise avant de réintroduire l'appareil dans le puits. Ces deux méthodes s' avèrent longues à mettre en oeuvre et ne permettent pas d'effectuer les opérations en continu. Le but de lavprésente invention est de permettre d'effectuer les opérations désirées en continu à l'intérieur des puits où règne une température élevée, qui peut atteindre et même dépasser 3000 C, tout en utilisant sans les modifier notablement les appareils actuellement commercialisés. La méthode selon la présente invention utilise pour refroidir un élément, tel une sonde de mesure ou un outil de forage situé en un premier lieu, un fluide de refroidissement provenant d'un deuxième lieu situé à une distance éloignée du premier lieu. Selon la méthode, on fait baisser la température en amont et sensiblement au voisinage de l'élément à refroidir. Le fluide de refroidissement peut être un gaz. Suivant une variante selon la présente invention l'énergie prélevée au fluide de refroidissement pour en faire baisser la température,peut être dissipée, au moins partiellement sous forme de chaleur. Cette dissipation de chaleur peut être effectuée dans le fluide de refroidissement lui-même, en aval de l'élément à refroidir. Selon une deuxième variante, l'énergie prélevée au fluide de refroidissement pour en abaisser la température peut être utilisée, au moins partiellement, pour fournir du travail. Ce travail peut servir à entraîner un appareil fournissant de l'énergie électrique, laquelle peut être amenée en un troisième lieu où elle sera soit dissipée sous forme de chaleur dans des résistances, soit utilisée en tant que telle, notamment pour entraîner des moteurs électriques. Le troisième lieu peut être sensiblement voisin du deuxième lieu. La présente invention propose, également, un dispositif pour effectuer des opérations à l'aide d'un appareil approprié tel que par exemple une sonde dans un premier lieu où règne une température supérieure à la température-limite permettant le bon fonctionnement de cet appareil. Ce dispositif, qui utilise un gaz provenant d'un deuxième lieu, en tant que fluide de refroidissement, est caractérisé en ce qu'il comporte un premier organe, tel une turbine, permettant d'effectuer un abaissement de la température du fluide, cet organe étant situé en amont de l'élément à refroidir, sensiblement au voisinage de celui-ci. Selon un premier mode de réalisation de ce dispositif, celui-ci comporte un deuxième organe qui transforme en chaleur l'énergie prélevée par le premier organe et qui la restitue au fluide de refroidissement en un troisième lieu, en aval de l'élément à refroidir. Ce deuxième organe peut comporter une génératrice électrique. L'invention pourra être bie comprise et tous ses avantages apparaitront clairement à la lecture de la description qui suit illustrée par les figures annexées où - la figure 1 montre schématiquement le principe de la méthode selon l'invention, - le figure 2 représente schématiquement la mise en oeuvre de l'invention appliquée au cas des puits dans lesquels règne une température élevée, - la figure 2A est une variante de la figure 1, - les figures 3A et 3B représentent deux modes de réalisation de la conduite utilisée, - la figure 4 illustre schématiquement un exemple de réalisation de l'installation de surface lorsqu on utilise une conduite flexible, - les figures 5, 6, 6A et 7 montrent, à titre d'exemples, l'uti lisation d'appareils tels qu'une sonde de mesure et un outil canon de perforation, et - la figure 8 illustre une mode particulier de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans un circuit de refroidissement lorsqu'il n'est pas possible de placer la source de fluide réfrigérant à proximité de l'élément à refroidir, le fluide subit, lors de son acheminement vers l'élément à refroidir, un échauffement qui diminue l'efficacité du refroidissement. Selon la présente invention, pour pallier cet inconvénient, le fluide de refroidissement subit un abaissement de température en amont, et sensiblement au voisinage de l'élément à refroidir. La figure 1 illustre le principe de la méthode selon l'invention. La référence 23 désigne la source de fluide F servant au refroidissement, cette source est située à une certaine distance de l'élément à refroidir 24. Entre ces deux éléments et de préférence au voisinage, en amont de l'élément à refroidir, est effectué un abaissement de la température du fluide F, schématisé par la référence 25. Le fluide F qui est supposé être à la température Tg à la sortie ds la source de fluide 23, est désigné par F(To). D'ailleurs, d'une manière générale, le fluide de refroidissement F qui est à la température T. sera désigné par F(Ti). Le fluide F s'échauffe de la température Tg à la température T1 lors de son acheminement de la source 23 à l'endroit où s'effectuellabais- sement de température 25. On désignera par T2 la température du fluide après son abaissement de température schématisé en 25. L'énergie prélevée sur le fluide F pour faire baisser sa température de T1 à T2, est désignée par E1. Le fluide de refroidissement F(T2) refroidit l'élément 24 en lui prélevant une quantité de chaleur E2. De ce fait la température du fluide F devient T3 à la sortie de l'élément 24. L'énergie E1 prélevée par l'organe 25 est traitée par un convertisseur 26 qui, par exemple permet de convertir cette énergie en travail mécanique ou électrique. Une partie E3 de ce travail pourra être utilisée notamment pour entraîner un dispositif quelconque, alors que la partie complémentaire E4 pourra être dissipée dans un organe 27 éloigné de l'élément à refroidir 24 ou, tout au moins, situé en aval de celui-ci, en considérant le sens de l'écoulement du fluide F. Ainsi, dans ce dernier cas, la quantité d'énergie E4 peut être dissipée dans le fluide de refroidissement après son passage dans l'élément à refroidir. Autrement, l'énergie E4 peut être acheminée à la surface, notamment si elle se présente sous forme électrique, où elle sera dissipée, soit sous forme de chaleur dans des résistances, soit éventuellement utilisée à l'alimentation d'appareils électriques. Sur la figure 2 qui représente la mise en oeuvre de l'invention appliquée au cas à'un puits, la référence 1 désigne un appareil qui doit être introduit dans un puits où règne une température supérieure à la température maximale que peut supporter l'appareil. Cet appareil est, par exemple, mais non limitativement, une sonde de mesure pouvant être de tout type connu en soi. Cette sonde 1 est reliée à l'installation de surface, non représentée, par un câble 2 assurant la transmission de l'énergie et des informations. La sonde 1 peut être avantageusement maintenue, au moins partiellement, à l'intérieur d'une enveloppe de protection thermique de forme tubulaire 3. Celle-ci est fixée à l'extrémité d'un dispositif 18 qui regroupe l'organe 25d'abaissement de température et le convertisseur 26, ce dispositif 18 est fixé à l'extrémité d'un conduit 4 qui, de préférence, sera constitué d'une conduite flexible ou d'un ensemble de tiges de forage rigides. Le câble 2 est logé à l'intérieur du conduit 4 mais, dans le cas où celui-ci est cons titué de tiges rigides, il est avantageux de ne loger le câble 2 dans le conduit 4 que sur la portion inférieure du conduit où la température est supérieure à celle que peut supporter le câble. Pour cela on utilise un raccord à fenêtre latérale 4a qui, comme schématisé sur la figure 2A, permet au câble de traverser la paroi du conduit 4. Un tel raccord est bien connu de l'art antérieur et ne sera donc pas décrit en détail. De préférence, le conduit 4 et l'enveloppe 3 comportent une couche ou gaine de protection thermique telle que par exemple une couche de téflon ou de tout autre isolant thermique, comme représenté en 5 sur les figures 3A et 3B qui montrent le conduit 4 formé respectivement d'un tube rigide ou d'une conduite flexible comprenant une armature 6 de résistance à la pression et une armature 7-8 de résistance à la traction. Lorsque la sonde atteint des profondeurs où la température est trop élevée, on fait circuler dans le conduit 4 un fluide de refroidissement sous un débit déterminé. Ce fluide, après son passage dans le dispositif 18, assure la protection thermique de la sonde 1 et du câble 2 puis remonte dans l'espace annulaire en évacuant les calories, comme le montrent les flèches de la figure 2. Dans le cas où l'appareil est une sonde de mesure, on l'introduit généralement dans le puits et les mesures sont faites en remontant la sonde vers la surface. Dans ce cas, il est possible de diminuer progressivement le débit du fluide réfrigérant au fur et à mesure que la sonde remonte, cette diminution de débit pouvant être régulière ou par palliers, pourvu que la température de la sonde reste dans des limites acceptables. La figure 4 montre l'équipement de surface dans le cas où la conduite 4 est constituée d'une conduite flexible, La conduite flexible 4 est stockée sur un tambour 5, l'alimentation en fluide s'effectuant par un joint tournant 6 bien connu dans la technique et qu'il n'est donc pas nécessaire de représenter en détail. Avant de pénétrer dans le puits, le flexible 4 passe sur une poulie de renvoi 7 supportée par une tour de forage (non représentée). Le déplacement du flexible est assuré par une chenille de traction schématisée en 8-, le tambour étant entraîné en rotation par un moteur synchronisé en fonction de la longueur de conduite flexible qui défile à travers la chenille de traction.Le câble de transmission des signaux délivrés par la sonde est connecté à l'appareillage de traitement des -signaux, schématisé en 9, par exemple par un système de balais en contact avec des bagues solidaires de l'axe du tambour 5. La figure 5 représente schématiquement, à titre d'exemple, l'agencement de l'enveloppe de protection et de l'appareil dans le cas où celui-ci est du type sonde de mesure dite latérolog, sonde de mesure à induction, sonde de mesure sonique ou sonde de mesure neutronique. L'enveloppe de protection thermique comporte ici une tête de connexion 10 fixée à l'extrémité du conduit 4 par tout moyen connu tel qu'un filetage 11. La tête 10 est prolongée par un corps de forme tubulaire 12 fixé par le filetage 13 sur la tête 10. Des canaux 14 ménagés dans la tête 10 mettent en communication l'intérieur du conduit 4 avec l'intérieur du corps 12. La sonde la est fixée à la tête 10 par un raccord schématisé en 15 qui assure également les liaisons électriques entre le câble 2 et la sonde. Le corps 12 sert l'enveloppe à la partie la de la sonde qui contient par exemple les circuits électroniques de celle-ci. La partie active lb de la sonde, qui porte les éléments sensibles tels que des électrodes, émetteurs-récepteurs, etc... est fixée à la partie la par exemple par un connecteur approprié 16, tandis que le corps de la partie lb est pourvu d'un canal 17 qui communique d'une part avec l'intérieur du corps 12 et débouche d'autre part à l'extrémité libre de la partie lb. Ainsi, lors du fonctionnement du dispositif, le fluide réfrigérant circule comme le montrent les flèches pour assurer la protection thermique. Les figures 6 et 6A représentent schématiquement l'agencement du corps de l'enveloppe 12 et de la sonde l, pour des sondes de mesure de densité, des sondes dites microlatérolog, etc... dont la partie active lb est munie d'au moins un patin de mesure 19 qui peut s'écarter du corps de la sonde pour entrer en contact avec la paroi du puits et éventuellement de patins de centrage, tels que celui représenté en 20, qui viennent également en contact avec les formations géologiques. Dans ce cas, les mécanismes de déplacement des patins ne permettent pas de réaliser dans le corps de sonde le conduit 17 qui est alors remplacé par deux tubes latéraux 17a solidaires du corps de sonde et qui communiquent avec l'intérieur du corps 12 pour permettre la circulation du fluide comme l'indiquent les flèches. La figure 7 montre l'adaptation d'outils du type canon de perforation de tubage, etc. Dans ce cas, au corps 12 de l'enveloppe 6 est substitué un corps perforable qui est remplacé après chaque utilisation de l'outil 21 qui est un outil canon de perforation dans l'exemple illustré par la figure 6. Eventuellement, un détecteur 22, tel qu'un compteur de rayonnement Y, est associé à l'outil pour permettre le positionnement précis de l'outil 21 dans le puits, en se référant à un relevé du rayonnement Y préalablement établi en fonction de la profondeur. Bien entendu, des modifications pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de la présente invention, ces modifications étant par exemple celles apportées à l'enveloppe de protection pour y adapter d'autres types d'appareils. La figure 8 représente un mode de réalisation possible du dispositif 18 selon l'invention, lorsque le fluide de refroidissement utilisé est un gaz. La référence 28 désigne une turbine dans laquelle sont détendus les gaz provenant de la surface. Au cours de cette détente les gaz cèdent une énergie E1 à l'arbre 29 de la turbine. De ce fait, les gaz ont subi un abaissement de température à la sortie de la turbine. L'énergie récupérée par l'arbre 29 est transmise à un générateur de courant électrique 30. Ce générateur comporte un bobinage 31 dans lequel est produit du courant électrique. Dans le cas de la figure 8 le courant électrique est transporté en surface par l'intermédiaire des câbles 33 et du connecteur 34. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 8, l'arbre 29 est porté par des roulements 32 qui peuvent être éventuellement graissés par une réserve de lubrifiant 35 maintenu sous pression par l'intermédiaire d'un ressort 37 qui appuie sur une pièce assurant l'étanchéité 36. Le courant produit par le générateur 30 pourra être continu ou alternatif. Dans le cas où ce courant serait alternatif il pourrait, éventuellement, être redressé par un redresseur placé à son voisinage ou en surface. La référence 38 désigne le connecteur qui relie électriquement la sonde de mesure à la surface. REVENDICATIONS 1. - Méthode pour refroidirun élément (1), tel une sonde de mesure ou un outil de forage situé en un premier lieu, utilisant un fluide de de refroidissement/provenant d'un deuxième lieu éloigné du premier, caractérisée en ce que l'on fait baisser la température dudit fluide en amont et sensiblement au voisinage de l'élément à refroidir (1). 2. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est un gaz. 3. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'énergie prélevée pour faire baisser la température du fluide de refroidissement (E1) est dissipée au moins partiellement, sous forme de chaleur. 4. - Méthode(Eseton la revendication 3, caractérisée en ce que ladite énergie/est dissipée sous forme de chaleur dans le fluide de refroidissement en aval de l'élément à refroidir. 5. - Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'énergie prélevée pour baisser la température du fluide de refroidissement est utilisée au moins partiellement pour fournir du travail. 6. - Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit travail sert à entraîner un appareil fournissant de l'énergie électrique. 7. - Méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'énergie électrique est amenée en un troisième lieu où elle est dissipée sous forme de chaleur dans des résistances. 8. - méthode selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'énergie électrique est amenée en un troisième lieu où elle est utilisée en tant que telle, notamment pour entraîner un moteur électrique. 9. - Méthode selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que le troisième lieu se confond avec le deuxième. 10. - Dispositif pour effectuer des opérations à laide d'un appareil approprié/ans un premier lieu où règne une température supérieure à la température-limite compatible avec un bon fonctionnement de cet appareil, ce dispositif utilisant un gaz provenant d'un deuxième lieu, en tant que fluide de refroidissement, caractérisé en (18) ce qu'il comporte un premier organe/d'abaissement de la température du fluide de refroidissement, tel une turbine(28) situé en amont de l'appareil à refroidir, sensiblement au voisinage de celui-ci. 11. - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième organe qui transforme en chaleur l'énergie prélevée par le premier organe et qui restitue cette chaleur au fluide de refroidissement en un troisième lieu, en aval de ltappareil- lage à refroidir. 12. - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit deuxième organe comporte une génératrice de courant(30).