Brevet FR2570818A1 — publié le 19860328

2570818.- La présente invention concerne un procédé et un appareil de télémétrie destinés à un appareillage de forage utilisé par exemple dans les champs pétrolifères. La pratique habituelle du forage met en oeuvre des tronçons de.tubes de forage de dimensions normalisées, chaque tronçon ayant un filetage à une extrémité et un taraudage complémentaire à l'autre. Lorsque la profondeur de forage augmente, des tronçons supplémentaires sont fixés au "train de tiges".- L'opération de forage est telle que le trou a un diamètre supérieur à celui du train de tiges. Pendant le forage, de la boue est pompée le long du train de tiges et remonte dans.le trou de forage à l'extérieur du train de tiges, avec entraînement des détritus de forage. Il est très souhaitable que l'opérateur puisse contrôler le fonctionnement de la tête de forage au fond du trou. Il faut noter que les conditions de travail du forage et- les conditions environnantes sont normalement extrêmement hostiles, et la mise en oeuvre de la télémétrie à partir de la tête de forage jusqu'à la plate-forme de forage est difficile. On a déjà proposé une forme limitée de télémétrie par mise en oeuvre de dispositifs ultrasonores uniquement; La boue de forage pompée' le long du train de.tiges à une pression considérable peut subir une modulation de la pres- sion qui crée des "impulsions" systoliques qui remontent dans le train de tiges. Ces impulsions proviennent de. la région de la tête de forage et sont détectées à la surface:- L'analyse et l'interprétation des signaux donnent une cer- taine information sur ic;pération de forage,' bien qu'elle- soit limitée.. -. La pré!snte invention a pour objet un procédé et un dispositif permetajnt la transmission de-signaux télé- métrjues créés par uin cnscmble d'i.istruments placé derrière la tâLe de forage, d.ihns une transmission à large bande, le long des tronçons SocCOSSIS de tubes et VerS la tête de puits, si bien que des mesures dynamiques peuvent être réalisées sur un certain nombre de paramètres pendant une 2570818. opération réelle de forage. - Un appareil selon l'invention destiné à la transmis- sion de signaux télémétriques dans un tronçon de tube, com- prend un revêtement cylindrique destiné à se loger dans le trou du tube et placé pratiquement sur toute la longueur du tube, le revêtement comprenant deux parties annulaires d'extrémités raccordées par une partie intermédiaire, la partie intermédiaire comprenant des conducteurs de signaux qui y sont enrobés et qui partent d'une première extrémité vers l'autre, chaque partie d'extrémité contenant des dis- positifs émetteurs-récepteurs à haute fréquence, des circuits diinterface destinés à connecter les dispositifs émetteurs- récepteurs aux conducteurs de signaux et une alimentation destinée à fournir de l'énergie électrique aux dispositifs émetteurs-récepteurs et aux circuits d'interface, tous ces éléments étant incorporés. L'invention concerne aussi un procédé de transmis- sion de signaux télémétriques dans un tronçon de tube, com- prenant la réception de signaux à haute fréquence à une première extrémité du tronçon, la régénération et la trans- formation des signaux à haute fréquence en signaux destinés à être transmis par des conducteurs rejoignant l'autre ex- trémité de la tuyauterie et à retransformer les signaux . -._.. .. en signaux à-haute fréquence destinés à être retransmis vers un tronçon adjacent de tuyauterie. L'expression "conducteur des signaux utilisée. dans le présent mémoire désigne tout trajet guidé de propa- gation des signaux:tel que des conducteurs électriques ou. des fibres optiques.-.--,- -- -; ? '::-- D'autres. caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel:- la figure 1 est une coupe d'un tronçon de tube la figure 2 représente un revêtement de tube de forage;- - -.. - la figure 3 représente un détail de la partie d'ex- trémité du revêtement; et 2570818. la figure 4 représente un détail de la paroi du revêtement. Lors du forage d'un puits de pétrole, la tête de forage est portée à l'extrémité inférieure d'un-train de tiges rotatif. Ce train de tiges est constitué de tronçons identiques de tube 1 (figure 1) ayant chacun, à une première extrémité, un collier 2 soudé et ayant un taraudage conique et, à l'autre extrémité, un collier 3 ayant un filetage conique complémentaire. Lorsque l'opération de forage pro- gresse et lorsque l'extrémité supérieure du dernier tronçon ajouté approche du niveau du plancher de la plate-forme de forage, la rotation du train- de tiges est interrompue., un nouveau tronçon est vissé à la partie supérieure du train de tiges et la rotationh du train de tiges reprend. De la boue est pompée le long du train de- tiges comme décrit pré- cédemment. La présente invention est mise en oeuvre dans l'hy pothèse o la tête de forage comporte. un ensemble d'instru- ments capables de mesurer divers paramètres tels que la pression et la température, et de créer des signaux à haute fréquence de faible puissance qui leur correspondent. Chaque tronçon de tube a à l'intérieur. un mince revêtement (figure 2) destiné à assurer la-communication des signaux entre la tête de forage. et la plate-forme. Le revêtement comprend essentiellement des parties annulaires 4, 5 d'extrémités supérieure et inférieure reliées- par une partie intermédiaire 6 à paroi mince. Le revêtement est de préférence formé d'un matériau souple et.a des dimensions lui permettant un ajustement dans le tronçon de tube. Normale- ment, les colliers soudés 2, 3 forment tun petit gradin dans le trou de la tuyauterie et ces gradins sont utilisés pour le pesitionnement du revêtement dans la tuyauterie. Un émet- teur-réceptc'ur 7 à haute fréquence (figure 3) et des dispo- sitifs 8 de conversion de signaux qui communiquent avec des conducteurs élecLriques ou des fibres optiques 9 enfouis dans la partie intermédiaire à paroi mince du revêtement - sont enrobés à chaque partie d'extrémité. Les parties 4, 5 d'extrémités peuvent aussi contenir des alimentations 10 des circuits locaux et des circuits 11 de régénération de données le cas échéant. Chaque tronçon de tube ayant un revêtement tel que décrit constitue en fait un segment autonome d'un sys- tème de communication à large bande, d'une manière analogue au comportement général des systèmes biologiques. On considère maintenant les données provenant d'une source quelconque, audessous d'un segment donné déterminé, la communication d'un côté à l'autre du raccord étant réa- lisée par transmission radioélectrique. Les techniques uti- lisées peuvent être en hyperfréquence, par modulation de fréquence, numériques et à fréquence intermédiaire à zéro. Le signal transmis se propage dans la boue et il est reçu - par le circuit récepteur et régénérateur placé à l'extrémité inférieure du tronçon précédent. La distance à parcourir dépasse rarement un mètre. Le récepteur provoque alors la transmission de l'information régénérée par l'intermédiaire - - des conducteurs enfouis dans la paroi du revêtement de ma- - nière que l'émetteur placé à l'extrémité supérieure de son propre tronçon soit modulé, l'opération d'émission à haute fréquence se répétant. Ainsi, les données émises, après plusieurs régénérations, -rrivent sans déformation à la tête du puits, quelle que soit la profondeur du trépan. On a indiqué la presence de batteries d'accumula- teurs placées dans les parties d'extrémités 4, 5 du revête- ment. Evidemment, des batteries ou des piles électriques ' ont une durée d'utilisation limitée avant remplacement ou. recharge. Dans un mode de réalisation avantageux, l'alimen- tation est formée de batteries d'accumulateurs et chaque partie d'extrémité 4, 5 a en outre des dispositifs piézo- électriques, c' est-à-dire sensibles à la pression. La boue pompée vers la partie inférieure du train de tiges est nor- malement soumise à de fréquentes variations de pression. Les dispositifs piézoélectriques sont sensibles à ces va- riations de pression et créent de l'électricité qui est utilisée pour la charge-des batteries3d'accumulateurs. 25708 18 Lorsque les variations de pression sont insuffisantes norrm-- lement, le pompage de la boue peut être pulsé-de manière régulière et cyclique, à l'aide d'un dispositif placé à la tête du puits, afin que les dispositifs sensibles à la pression puissent créer suffisamment d'énergie électrique pour que les batteries d'accumulateurs restent à l'état de fonctionnement pendant de longues périodes. Le revêtement, ainsi que ses parties d'extrémités, est constitué d'un matériau suffisamment souple pour qu'il permette une introduction facile dans la-tuyauterie et, lorsqu'il est en place, encaisse des pressions de boue pouvant atteindre par exemple 700 bars. Le matériau doit avoir un faible coefficient de frottement afin qu'il présente une surface exerçant un frottement minimal contre la boue de forage normalement utilisée. De même, les dispositifs en- capsulés qui sont enrobés dans les parties d'extrémités doivent pouvoir supporter les pressions élevées exercées par la boue. 257081.8. REVENDICATIONS 1. Appareil de transmission de signaux électriques ou électrooptiques télémétriques dans un tronçon de tube, caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement cylindrique destiné à se loger dans le trou du tube et disposé prati- quement sur toute la longueur de celui-ci, le revêtement ayant deux parties annulaires (4, 5) d'extrémités reliées par un partie intermédiaire (6), cette dernière contenant, sous forme enrobée, des conducteurs (9) de transmission de signaux allant d'une partie d'extrémité à l'autre, chaque partie d'extrémité ayant, sous forme enrobée, des disposi- tifs émetteurs-récepteurs à haute fréquence, des circuits d'interface destinés à -relier les dispositifs émetteurs- récepteurs aux conducteurs de signaux, et une alimentation destinée à fournir de l'énergie électrique aux émetteurs- récepteurs et aux circuits d'interface 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie d'extrémité au moins (4, 5) comporte en outre un dispositif de régénération de signaux si bien que les signaux transmis dans les conducteurs (9) sont régé- nérés. - 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et - 2, caractérisé en ce que l'alimentation électrique est cons- tituée par une batterie d'accumulateurs, et des dispositifs sensibles. à la-pression créent de l'énergie électrique de recharge de la batterie. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les conducteurs (9) de signaux enrobés dans la partie intermédiaire (6) du revêtement sont--- des fibres optiques, les circuits d'interface comprenant des sources lumineuses et des photodétecteurs destinés à transmettre des signaux'de données dans les conducteurs de signaux formés de fibres optiques. 5. Procédé de transmission de signaux électriques ou électroooptiques télémétriques dans un tronton de tube, caractérisé en ce qu'il comprend la réception de signaux - à haute fréquence à une première extrémité du tronçon, la 257081'8. régénération et la transformation des signala à iJau-ce fré- quencc eÄn signaux destinés à être transmis par des c-. duc- teurs de signaux rejoicnant l'autre extrémité du tube, et la transformation inverse des signaux en signaux -à haut, fréquence afin qu'il] soient réémis vers un tronçon adjaceiin de tube. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signaux à haute fréquence sont transformés en signaux optiques afin qu'ils soient transmis d'une pre- mière extrémité du tube à l'autre par les-fibres optiques.