Brevet FR2543215A1 — publié le 19840928

La présente invention concerne un appareil permet- tant de déterminer le ou les points o une tige de forage, un cuvelage ou un tube de production est coincé à l'inté- rieur d'un trou de sonde traversant des formations souterrai- nes Cet appareil a essentiellement pour but de détecter le point de coincement au-dessus duquel on peut extraire Le tu- be. On peut estimer à partir des installations en sur- face La position approximative du point de coincement: pour cela, on procède à L'extension du tube libre au-dessus du point de coincement On descend ensuite un indicateur de coincement dans le tube, pour déterminer le point de coin- cement effectif L'indicateur de coincement se compose géné- ralement de deux éléments, espacés l'un par rapport à l'au- tre, raccordés à un moyen capteur qui autorise un certain mouvement relatif des deux éléments l'un par rapport à l'au- tre, en produisant un signal qui représente ce mouvement relatif quand la tige de forage est allongée à partir de la surface. Quand on mesure un point de coincement, chacun des deux éléments est fixé provisoirement au tube, et on applique une force sur la partie supérieure de ce dernier. Cette force peut être dirigée vers le haut ouvers Le bas, ou encore il peut s'agir d'une force tangentielle Par exemple, quand on applique à l'extrémité supérieure du tube une for- ce se présentant sous La forme d'un couple, dans le but de provoquer uné torsion du tube, La partie du tube située au- dessus du point de coincement va se tordre, comme L'indi- que Le déplacement relatif des deux éléments, tandis que la partie du tube située en-dessous dupoint de coincement va rester fixe L'indicateur de coincement est progressive- ment descendu dans le tube, et i L-applique sur ce dernier une force de torsion chaque fois qu'il est fixé à l'inté- rieur du tube, jusqu'à ce qu'il passe au-delà du point de coincement; c'est alors le point o il ne se produit au- cune rotation relative des deux éléments individuels de L'indicateur. Quand le point de coincement a été Localisé, on peut enlever du puits, par des techniques classiques,la par- tie de tube libre située au-dessus de ce point. Le brevet US 2 550 964 décrit un dispositif qui permet de déterminer le point o un tube est coincé dans un puits Ce dispositif comprend deux organes dilatables placés à une certaine distance l'un de l'autre Ces organes sont reliés l'un à l'autre par un ensemble capteur, qui permet aux organes dilatables de subir un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre quand ils entrent en contact avec deux parties différentes de la paroi du tube On applique un cou- ple à l'extrémité supérieure du tube, pour lui faire subir une torsion, et les organes dilatables du dispositif tour- nent l'un par rapport à l'autre, ou bien restent fixes, se- Lon que le couple appliqué à l'extrémité supérieure du tube a produit, ou non, une rotation relative des tronçons du tu- be en contact avec les organes dilatables Un moyen de com- mande électrique, placé dans le dispositif, est sensible au mouvement relatif des deux organes, et il est couplé à un appareil indicateur, placé en surface, qui donne un signal linéaire, indicateur du mouvement relatif des deux organes. Le brevet US 3 004 427 décrit un indicateur de coincement qui fait appel à une inductance variable pour me- surer les mouvements relatifs de deux parties du dispositif fixées au tube Toutefois, avant de pouvoir effectuer une mesure du point de coincement, il faut placer les différents éléments de l'inductance variable dans une position initiale l'un par rapport à l'autre On applique un courant continu aux différents éléments de l'inductance variable, pour créer une attraction magnétique entre ces éléments, puis on les a- mène à la position initiale requise Cette opération est né- cessaire, car le signal provenant de l'inductance est non- linéaire, la déviation la plus grande apparaissant au moment o les deux sections dudispositif commencent à se séparer. Le brevet US 3 762 218 décrit un élément en forme de coin à spirale mobile qui crée un entrefer après torsion du tube, de façon à créer une inductance variables Cette dernière est quasiment Linéaire et c'est e L Le qui est mesu- ree L'élément spirale en forme de coin change de position avec La torsion du tube et produit un entrefer Il est dit dans ce brevet que l'on élimine ainsi la nécessité de ré- g Ler le moyen capteur sur une position initiale. L'invention concerne un dispositif pouvant être descendu dans un tube à l'extrémité d'un câble pour Loca- liser le point de coincement du tube dans un puits Cette Localisation correspond à un certain mouvement relatif de deux éléments écartés l'un de L'autre Le dispositif possè- de un élément supérieur et un élément inférieur reliés par un moyen donnant une indication du mouvement relatif de l'é- Lément supérieur et de L'élément inférieur Les éléments su- périeur et inférieur portent des moyens de fixation indivi- duels, qui entrent en contact avec La paroi du tube Les é- léments supérieur et inférieur peuvent se déplacer L'un par rapport à L'autre, en rotation et axialement Un capteur crée un signal d'induction variable représentatif du mouve- ment relatif de l'élément supérieur et de l'élément infé- rieur. L'inductance est convertie en un signal modulé en fréquence, transmis aux équipements de surface, dans les- que Ls le signal passe d'une intensité ou d'une tension non- linéaire à une intensité ou une tension linéaire, laquelle est comparée ou affichée pour indiquer Le dép Lacement rela- tif de l'élément supérieur et de l'élément inférieur. L'invention a donc pour objet de créer un indica- teur de coincement donnant une indication linéaire du dé- placement relatif des deux éléments écartés L'un de l'autre. L'invention a aussi pour objet de créer un systè- me de mesure du point de coincement sans que le moyen cap- teur soit placé sur une position initiale. L'invention a aussi pour objet de réduire à un minimum les opérations manuelles et nécessaires de montage des équipements en surface, et de transmettre Les informa- tions relatives au point de coincement indépendamment des propriétés électriques indésirables du câble. s 2543215 L'invention sera mieux comprise en regard de La description ci-après et des dessins annexés, qui représentent un exemple de réalisation de L'invention, dessins dans Les- quels: Fig 1 est une coupe partielle présentant une par- tie d'un tube coincé dans un puits, la forme de réalisation préférée du dispositif selon l'invention étant placée dans le tube pour effectuer une mesure du point de coincement. Fig 2 est une représentation schématique du moyen capteur de la forme de réalisation préférée du dispositif selon l'invention, et présente le moyen permettant de capter Le déplacement re Latif de L'élément supérieur et de L'élément inférieur. Fig 3 est une représentation schématique sous for- me d'un schéma synoptique des instruments montés en surface, et eng Lobant une partie de la forme de réalisation préférée du dispositif selon l'invention. La figure I présente une partie d'un tube 10, par exemple un train de tiges de forage, s'étendant dans un puits de forage 12 Ce tube 10 est coincé en un point 14,o une partie de la formation souterraine 16 entourant Le tube s'est refermée autour de La partie du tube 10 située en- dessous dupoint 14 La partie inférieure 18 du tube 10, se trouvant endessous du point de coincement 14, pourra &tre appelée La partie coincée du tube, la partie supérieure 20 du tube 10 en constituant la partie libre Quand le tube se trouve dans Le trou, aucune force ni aucune traction n'étant exercée sur son extrémité supérieure, la plus gran- de part de La partie supérieure 20 sera en compression, du fait du poids du tube situé au-dessus du point de coince- ment 14 Cette compression diminue progressivement jusqu'à l'extrémité supérieure de La partie Libre 20 Si on appli- que à l'extrémité supérieure du tube 10 une force dirigée vers le haut, la partie libre 20 subit un allongement, Le- quel est sensiblement constant par une unité de longueur sur toute La Longueur de la partie libre 20 du tube Il est aussi bien entendu qu'un couple ou une torsion appliqué 2543215 à L'extrémité supérieure du tube 10 provoquera une contrain- te de torsion sur toute la longueur de la partie supérieure du tube 10, mais ne produira aucune contrainte dans la partie inférieure 18 située en-dessous du point de coince- ment 14. Un dispositif indicateur de point de coincement, portant d'une manière générale le numéro de répère 22, est raccordé à des instruments en surface 24 à l'aide d'un câ- ble 26 Le dispositif 22 comprend une section supérieu- re 28 et une section inférieure 300 laque L Le est reliée à la section supérieure de façon 3 permettre une rotation rela- tive et, dans une certaine limite, un déplacement axial relatif des deux sections, ainsi qu'un moyen capteur 32, re- lié tant à la section supérieure 28 qu'à la section infé- rieure 30, destiné à déceler la position relative de la sec- tion supérieure et de La section inférieure Un ensemb Le d'ancrage supérieur 34 est placé sur la section supérieure 28 et un ensemble d'ancrage inférieur 36 est placé sur la section inférieure 30. On voit sur la figure 2 que le moyen capteur 32 est un circuit à inductance variable, qui comprend un noyau perméable supérieur 38, en forme de U, autour duquel sont enroulées des bobines d'unfil métallique 40, et un noyau perméab Le inférieur 42, en forme de U, de forme correspon- dante Le noyau supérieur 38 est mécaniquement relié à la section supérieure 28, et le noyau inférieur 42 est relié à La section inférieure 30 Le noyau inférieur possède un certain degré de liberté en rotation Les faces correspon- dantes du noyau supérieur et du noyau inférieur forment un angle, qui conduit à une variation d'inductance presque identique quand la section supérieure et la section infé- rieure s'écartent l'une de l'autre, par allongement ou ro- tation. Dans la forme de réalisation préférée du dispo- sitif selon L'inventionle moyen capteur 32 est présenté comme une inductance variable montée en parallèle avec une résistance Le moyen capteur est connecté à un circuit os- ci L Lant 44, qui produit une fréquence de sortie proportion- nelle à la variation d'inductance provoquée par le mouvement de séparation de L'élément supérieur et de l'élément infé- rieur, lequel mouvement crée un entrefer entre Les noyaux. Le signal de fréquence de sortie part de l'oscillateur 44 pour arriver à une commande de ligne 46, laquelle transmet le signal modu Lé en fréquence sur le câble 26. Sur les figures Iet 3, les ensembles d'ancrage 34 et 36 sont de préférence électromagnétiques, et peuvent être mis sous tension grâce à une alimentation 48 L'ali- mentation 48 fournit aussi l'énergie nécessaire aux équipe- ments électroniques de fond présentés surla figure 2 Le câble 26 relie La commande de ligne 46 à un moyen 50 desti- né à couvertir le signal modulé en fréquence en une tension continue Cette dernière est ensuite envoyée à un moyen de Linéarisation 52, qui convertit la tension non Linéaire en une tension linéaire Ce moyen 52 est de préférence un am- plificateur Logarithrique La sortie de 52 peutêtre trans- mise à un moyen enregistreur 54 et/ou un instrument indi- cateur 56. Le dispositif selon l'invention fonctionne comme suit: on descend l'indicateur de coincement 22 dans le tu- be 10 à L'aide d'un c b Le 26 jusqu'à une certaine profon- deur désignée La mise en place, par rapport à La profon- deur estimée, peut être réalisée à L'aide d'un collier comp- teur, non-représenté On utilise des techniques connues, quai se fondent sur certaines mesures effectuées en surfa- ce pour prédire la profondeur estimée. Quand L'indicateur est placé à la profondeur prédéterminée, les électroaimants 34 et 36 sont mis sous tension grâce à l'alimentation 48, et fixent au tube 10 la section supérieure 28 et la section inférieure 30 du dispositif 22 Presque immédiatement après, un moyen de commande de temporisation 58, présenté sur la figure 2, déplace le noyau inférieur 42 par rapport au noyau supé- rieur 38 jusqu'a une position initialisée, pour laquelle l'inductance sera mesurée à la valeur 'zéro'. L'extrémité supérieure 20 du tube 10 est mise sous con- trainte, sous l'effet d'une tension ou d'un Couple appliqué. Comme La partie supérieure 28 du dispositif 22 est fermement reliée à un tronçon du tube 10 grâce à l'ensemb Le d'ancrage 34, et la section inférieure 30 à une autre partie du tube par l'ensemble d'ancrage 36, on peut déterminer le point de coincement 14 en notant si la contrainte appliquée à l'ex- trémité supérieure 20 du tube 10 a provoqué un déplacement relatif suffisant de la section supérieure 28 et de La sec- tion inférieure 30 de l'indicateur de coincement 22. La contrainte appliquée au tube 10 à partir de la surface, par rotation et/ou montée, provoque une varia- tion incrémentielle de La profondeur désignée L'éventue L déplacement des points de fixation du dispositif 22 sera Lébèrement différent selon qu'i L s'agit de la section infé- rieure 28 ou de la section supérieure 30 En conséquence, le moyen capteur 32 va indiquer le déplacement relatif du noyau supérieur 38 et du noyau inférieur 42 Une variation d'inductance produit une variation de la fréquence produite par l'osci L Lateur 44, laque Lle est transmise au câb Le à l'- aide de La commande de ligne 46 En surface, la variation de fréquence est convertie en une tension continue,-et Linéarisée à l'aide d'un moyen amp Lificateur logarithmi- que 52 Cette transformation est réalisée en prenant le co- logarithme de la tension non linéaire, ce qui produit une réponse presque parfaitement linéaire Cette dernière peut être utilisée sur toute sa Longueur, ce qui permet une in- terprétation cohérente du déplacement relatif des différen- tes sections du dispositif selon l'invention Cette inter- prétation peut être commodément reliée au déplacement exact de l'extrémité supérieure 20, ce qui donne une mesure quan- titative de la profondeur du point de coincement Les ré- sultats sont présentés sur Les instruments d'enregistre- ment et d'affichage 54 et 56. Tout déplacement du noyau mobile 42 provoque une variation d'inductance, due à une modification des ca- ractéristiques électriques et du déplacement relatif des sections 28 et 30 IL est nécessaire d'effectuer une initia- lisation Apres positionnement des systèmes d'ancrage d'étec- lectromagnétique, un circuit de commande/temporisation 58 crée Les séquences de temporisation du réseau d'initialisa- tion électromécanique 58 qui déplace le noyau inférieur 42 jusqu'à la position donnant un circuit fermé avec le noyau supérieur 38 Cette étape élimine le risque d'effectuer par inadvertance une torsion de la section inférieure 30 par rap- port à la section supérieure 28 au moment de La mise sous tension des ancrages électromagnétiques 34 et 36, et de leur fixation sur la paroi du tube Tout déplacement axial rela- tif des sections 28 et 30 va provoquer un-changement de po- sition du noyau inférieur 42, ce qui modifie Les caractéris- tiques électriques du moyen capteur 32 Quand la mesure a é- té effectuée, L'alimentation des ancrages électromagnétiques 34 et 36 est coupée, et Le dispositif 22 est déplacé pour effectuer une mesure en un autre point. On utilise une technique automatique pour initia- liser le capteur La combinaison d'une initialisation auto- matiquep des techniques de modulation en fréquence et de li- néarisation des données permet une interprétation quantitati- ve du déplacement du tube. Bien entendu, L'invention n'est pas Limit-ée aux exemp Les de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de L'- invention. REVENDICATIONS 1 Appareil permettant de déterminer le point de coincement ( 14) d'un tube ( 10) dans un puits de forage ( 12), caractérisé en ce qu'il comprend un élément supé- rieur ( 28); un moyen supérieur ( 34) permettant de fixer cet élément supérieur ( 28) au tube ( 10); un élément inférieur ( 30), un moyen inférieur ( 36) permettant de fixer l'élément inférieur ( 30) au tube ( 10) un moyen pour relier l'élément supérieur ( 28) et l'élément inférieur ( 30), ce moyen per- mettant à l'élément supérieur ( 28) et à l'élément inférieur ( 30) de tourner l'un par rapport à l'autre et de présenter l'un par rapport à l'autre un certain déplacement axial, un moyen d'inductance variable ( 32) destiné à capter le dépla- cement relatif de l'élément supérieur ( 28) et de l'élément inférieur ( 30), un moyen ( 44) destiné à produire un signal modulé en fréquence qui est fonction de l'inductance varia- ble ( 32), et un moyen ( 50) destiné à produire une tension presque parfaitement lindaire en fonction de la modulation en fréquence non linéaire. 2 Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les moyens d'ancrage supérieur ( 34) et infé- rieur ( 36) sont électromagnétiques. 3 Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que le moyen d'inductance variable ( 32) comprend une partie fixe raccordée à l'un des éléments et une partie mobile raccordée à l'autre élément. 4 Appareil selon la revendication 3, caracté- risé en ce que le moyen d'inductance ( 32) comprend un moyen permettant de déplacer la partie mobile pour qu'elle entre en contact avec la partie fixe. Appareil selon la revendication 4 e caracté- risé en ce que le moyen de déplacement est une force élec- tromagnétique pulsée. 6 Appareil selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le moyen de déplacement comprend, en outre, un moyen permettant de déplacer la partie mobile au bout d'une période de temps prédéterminée et brève suivant la manoeuvre des moyens d'ancrage supérieur ( 34) et inférieur ( 36). 7 Procédé pour déterminer Le point de coincement ( 14) d'un tube ( 10) dans un trou de forage ( 12) traversant une formation souterraine ( 16), caractérisé en ce qu'il con- siste à p Lacer un moyen capteur ( 32) de déformation dans le tube ( 10), en deux points situés à une certaine distance verticale l'un de l'autre, à La profondeur à tester; à sou- mettre le tube ( 10), au-dessus du moyen capteur ( 32) de dé- formation, à une variation de contrainte à même de déformer le tube ( 10) entre ces deux points, ce moyen produisant une inductance qui indique La déformation, à mesurer cette in- ductance, à convertir cette mesure d'inductance en un signal modulé en fréquence, à convertir ce signal en une tension quasiment linéaire à même de faire l'objet d'un affichage quantitatif, cet affichage indiquant la déformation diffé- rentie Lie entre Les deux points en réponse à la variation -de contrainte. 8 Procédé se Lon la revendication 7, caractérisé en ce que La contrainte est une contrainte de rotation. 9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen capteur ( 32) de déformation n'est pas prérég Lé avant que le tube ( 10) ne soit soumis à une varia- tion de contrainte. 10 Procédé selon la revendication 7 ? caractéri- sé en ce qu'il comprend L'étape supplémentaire consistant à ancrer d'une manière éLectromagnétique le moyen capteur ( 32) de déformation au tube ( 10). 11 Procédé seton-la revendication 10, caracté- risé en ce qu'il comprend Les étapes consistant à maxima- Liser l'inductance produite par le moyen de création d'in- ductance et à retarder le début de cette étape de maxima- lisation pendant un temps prédéfini.