Brevet FR2642849A1 — publié le 19900810

L'invention a pour objet un dispositif perfectionné de surveillance sismique d'un gisement souterrain, adapté à être instaLLé dans un puits de production et qui permet d'effectuer des mesures de nature très diverse. Le dispositif selon l'invention convient particulièrement pour la vérification de l'état de puits, La surveillance des écoulements dans le puits ou bien la réalisation de relevés sismiques pouvant indiquer l'évolution au cours du temps de la zone de production surveillée etc. IL trouve ses applications notamment dans la surveillance d'un gisement pétrolier. Par la demande de brevet français publiée n 2 593 292, on connait une méthode pour installer un ensemble de capteurs dans un puits qui, pour les besoins de la production de fluides pétroliers, est équipé d'un tube de cuvelage scellé dans le puits par cimentation. Selon cette méthode, on dispose des capteurs à l'extérieur du tube. Une fois celui-ci mis en place dans le puits, on Le scelle par injection de ciment. Les capteurs sont noyes dans le ciment et donc sont coupLés efficacement avec les formations souterraines. Les capteurs sont connectés à un laboratoire d'enregistrement -en surface, chacun par une ligne distincte. Les différentes lignes sont maintenues par des colliers contre la paroi du tube. Les capteurs peuvent être directement plaqués contre celui-ci ou bien encore être logés dans des manchons rapportés enserrant Ledit tube. La mise en place des différents capteurs doit s'intégrer Le mieux possible dans le processus d'installation du tube. Les sections du tube descendues successivement dans le puits sont relativement lourdes et nécessitent des moyens de levage importants. -2 - Pour réduire Les coûts d'instaLation, leur mise en place s'effectue à un rythme relativement rapide et sans précautions particulières. Les sections du tube de cuvelage sont assez robustes pour supporter Les contraintes qui peuvent Leur être appLiquées au cours des manoeuvres. IL importe donc que les éléments que l'on veut mettre en place à l'extérieur dudit tube pour effecteur La surveillance sismique en profondeur, puissent supporter sans défaiLLance des chocs et des tassements contre les parois du puits. Avec les diamètres standards choisis pour Le forage et leurs tubes, Les espaces annulaires entre eux sont généralement réduits et donc la protection des éléments rapportés doit tenir compte de l'exiguité de l'espace libre. Les géophones utilisés sont souvent descendus à grande profondeur. Les signaux qu'ils produisent en réponse aux ondes captées sont faibles. Après propagation sur des lignes de transmission pouvant faire plusieurs kilomètres, ils sont très atténués et souvent difficilement discernables du bruit de fond. L'atténuation est encore plus sévère si les câbles de transmission qui sont pris dans le ciment, présentent des fuites électriques. -Le dispositif perfectionné de surveillance sismique selon l'invention permet d'éviter les inconvénients ci-dessus mentionnés. IL est adapté à être installé dans un forage équipé d'un tube de cuvelage maintenu par cimentation et comporte des moyens capteurs, au moins une unité de réception de signaux fixée à l'extérieur du tube pour contenir les moyens capteurs et des moyens pour transférer hors du forage les signaux délivrés par les moyens capteurs. IL est caractérisé en ce que le tube est solidaire extérieurement d'éléments de protection et d'ancrage en saillie, chaque unité de réception étant encastré et fixé entre Lesdits éléments de protection et en ce que chaque ensemble de réception comporte un ensemble de support allongé pourvu d'au moins. une cavité pour les moyens capteurs communiquant avec au moins une autre cavité pour des moyens d'amplification des signaux délivrés par les moyens capteurs, l'ensemble de support étant -3- disposé dans une enveloppe extérieure pourvue d'embouts adaptés à être fixés à des éléments de protection solidaires du tube. Suivant un mode de réalisation, les éléments en sailLie constituent un logement allongé de protection et d'ancrage orienté parallèlement à l'axe longitudinal du tube et délimité par deux longerons latéraux dont l'écartement est adapté à celui de ladite unité, par une première butée et par une seconde butée, ladite unité de réception de signaux comportant un ensemble de support allongé pourvu de cavités pour au moins un capteur et pour des moyens d'amplification des signaux délivrés par chaque capteur, un premier embout adapté à être fixé à la première butée, un second embout adapté à être fixé à la seconde butée et pourvu d'une extension tubulaire pour loger une première partie terminale de l'ensemble de support, un manchon cylindrique pour isoler ledit ensemble du support et un prolongement tubulaire -pour relier le manchon au premier embout, chaque unité de réception de signaux étant fixée à l'intérieur d'un logement de protection. Le logement de protection comporte par exemple un plot d'ancrage et ledit ensemble de support comporte une cavité adaptée à venir s'emboîter sur ledit plot d'ancrage et des moyens de fixation contre celui-ci. Le prolongement tubulaire est par exemple une coquille de deux éléments semi-cylindriques fixés l'un contre l'autre et maintenus à une première extrémité par engagement dans une extrémité du manchon cylindrique, l'extrémité opposée du prolongement tubulaire venant enserrer le second embout. Le dispositif est encore caractérisé en ce qu'il comporte un câble multilignes pour l'alimentation des moyens d'amplification et la transmission des signaux amplifiés, en ce que ledit premier embout est pourvu de moyens de blocage dudit câble, la première butée est pourvue d'un évidement pour le passage du câble et la partie terminale de l'ensemble de support, du côté du prolongement tubulaire, est associée à des moyens de connexion étanches permettant de raccorder électriquement les différentes lignes dudit câble à des -4- conducteurs électriques à L'intérieur de l'ensemble de support. Le premier embout comporte une face d'appui contre la première butée et une face de contact inclinée de manière que les tractions sur Ledit câble provoque un coincement du premier embout contre la paroi du tube. Avec une telle structure: - chaque ensemble de réception peut être installé rapidement à l'extérieur du tube avant sa descente dans le forage. Son encastrement et sa fixation dans le logement constitué par les éléments de protection en saillie, le protègent des chocs ou des tassements auxquels le tube peut être soumis au cours de son introduction dans le forage ou au cours de son enfoncement; - le montage des éléments constitutifs de chaque ensemble de réception est facilité par le fait que le support intérieur est isolé de façon étanche par une enveloppe externe facilement amovible; - l'encastrement de l'ensemble de réception dans son logement a pour effet d'empêcher tout dégagement éventuel de l'enveloppe extérieure quelles que soient les contraintes qui peuvent être exercees; et - toute traction sur le câbLe multi-lignes que peut comporter le dispositif a pour effet de renforcer la solidarisation de chaque ensemble de réception contre le tube. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon L'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés o: - la figure 1 montre en coupe Longitudinale et en deux parties complémentaires raccordés en tiretés, un ensemble de réception plaqué contre la paroi extérieure d'un tubage; - la figure 2 montre une vue de face d'un ensemble de réception de signaux encastré dans un logement contre la paroi extérieure d'un tube; la figure 3 montre une vue en coupe transversale suivant AA du dispositif; - la figure 4 montre une vue en coupe transversale suivant BB du dispositif; - la figure 5 représente une vue en coupe transversale suivant CC du dispositif, et - la figure 6 représente une vue en coupe transversale suivant DD du dispositif. Le dispositif selon l'invention comporte -une ou plusieurs unités de réception de signaux tels que ceux représentés sur les figures 1 à 6. Chaque unité de réception I comporte (fig. 1, 2) un ensemble de support en deux parties. La première est un corps 2 comprenant une partie centrale 2a et de deux parties terminales 2b, 2c de section inférieure à celle de la partie centrale. La partie terminale 2b est pourvue d'au moins un logement 3 pour un capteur 4 adapté à un type de mesure à effectuer. Elle est pourvue par exemple de trois logements cylindriques 4 dont les axes sont orientés suivant les arêtes d'un trièdre trirectangle. Trois capteurs tels que des géophones sont disposés dans ces trois logements pour mesurer les composantes suivant trois axes des ondes sismiques. La partie terminale 2c est pourvue d'un prolongement tubulaire 5. Sur celuici vient s'emboîter la partie terminale 6a d'un support 6 constituant la seconde partie de l'ensemble du support. Ce support 6 est pourvue de cavités latérales 7 pour des cartes électroniques 8, 9. Des vis 10 permettent de maintenir le prolongement 5 emboîté sur le support 6. Un canal axial 11 communiquant avec une rainure longitudinale 12 creusée dans la surface extérieure de la partie terminale 2b; permet de faire passer les conducteurs électriques 4a reliant les différents capteurs 4 aux cartes électroniques 8. Sur celles-ci sont montés des éléments électroniques d'un type connu (non représentés) pour amplifier et filtrer les signaux délivrés par les capteurs. Si l'on dispose de trois capteurs, on utilise de préférence trois cartes électroniques fixées à 1200 les unes des autres (fig. 5) autour du support 6, chacune d'elles étant agencée pour l'amplification et le filtrage des signaux provenant d'un des capteurs. - 6 - Sur l'autre carte électronique 9 sont implantés des composants électroniques (non représentés) permettant de réguler les tensions électriques d'alimentation des éléments portés par la carte 8, comme on le précisera par la suite. Le support 6 est pourvu à son extrémité opposée à La partie terminale 6a, d'un prolongement tubulaire 6b de section inférieure à celle du support, sur taquelle vient s'emboîter une première extrémité tubulaire d'un connecteur électrique 13. Un moyen de fixation 14 du type à baIlonnette par exemple, assure la fixation du connecteur 13 à la partie terminale 6b. Une cloison terminale 15 ferme l'extrémité opposée du connecteur. Elle est traversée, de façon étanche, par un ensemble de broches mâles 16. Sur ces broches 16, d'un côté du prolongement tubulaire 6b, sont connectés des conducteurs électriques 17 reliés aux différentes cartes électroniques 8, 9. Des cosses femelles 18 sont engagées sur les différentes broches du côté opposé de la plaque 15. A ces cosses sont soudés des conducteurs électriques 19 d'un câble multi-conducteurs gainé 20. Ce câble est engagé dans une ouverture axiale d'un premier embout 21 et rendu solidaire de celui-ci par des moyens de blocage 22 d'un type connu. Le connecteur électrique 13 et le premier embout 21 sont réunis l'un à l'autre par une coquille constituée de deux éléments hémi- cylindriques 23, 24 appliqués l'un contre l'autre de façon à isoler du milieu extérieur les conducteurs électriques soudés aux cosses 18. Chaque élément hémi-cylindrique 23, 24 comporte vers une première extrémité, une partie terminale rétrécie 25. La paroi extérieure du connecteur électrique 13 est pourvue d'une gorge 26 de dimensions adaptées à celles de ladite partie 25. Vers son extrémité opposée, chaque partie hémi- cylindrique comporte un renflement annulaire 27. Une gorge circulaire 28 de dimensions adaptées à celles du renflement 27, est ménagée dans le premier embout 21. Des vis de fixation 29, 30 permettent de solidariser ensemble les deux éléments hémi-cylindriques 23, 24. Chaque unité de réceptior 1 comporte aussi un second embout 31 pourvu vers une première extrémité, d'un alésage axial 32 de section adaptée à la section de la partie 2b du corps contenant les -7- capteurs, et vers son extrémité opposée, d'un méplat 33. Un manchon cylindrique 34 est engagé à une première extrémité sur La partie 2a du corps et, à son extrémité opposée, sur La partie terminale du connecteur 13 fixée au corps. IL est utilisé pour isoler le support 6 du milieu extérieur. Sa longueur est suffisante pour que l'on puisse engager à l'intérieur la partie rétrécie 25 de la coquille 23, 24. Des gorges sont ménagées à la périphérie du connecteur électrique 13, du support 6, de La partie 2a du corps et de la partie opposée 2b de celui-ci, respectivement pour des joints d'étanchéité 35, 36, 37 et 38. Le dispositif comporte également des moyens de fixation de chaque unité de réception 1 à un tube de cuvelage 39 (ou tubage) du côté extérieur de celui-ci. Ces moyens de réception comportent une première butée 40 solidaire de la paroi du tubage et pourvue d'un évidement longitudinal 41 pour le passage du câble multi-conducteurs 20. Les moyens de fixation comportent aussi une seconde butée 42 solidaire de la paroi du tubage et pourvue d'une face d'appui 43 contre laquelle est appliqué le méplat 33 du second embout 31. Des vis de fixation 44 permettent la fixation du méplat contre ladite face d'appui. Le premier embout 21 comporte un méplat 45 et la première butée 40, une face d'application pour ledit méplat 45. Des vis 46 (fig. 2) permettent de les fixer l'un à l'autre. Le premier embout et la première butée comportent également deux faces en regard l'une de l'autre respectivement 21a et 40a, inclinées de manière que toute traction sur le câble multi-conducteurs 20 sensiblement suivant la direction d'allongement du tubage ait pour effet de plaquer d'avantage le premier embout contre celui-ci. Les moyens de fixation comportent aussi un plot 47 solidaire du tubage 39 qui vient s'emboîter dans un évidement latéral ménagé dans la partie centrale 2a du corps. Des vis 48 (fig. 2) permettent de fixer le corps au plot 47. Enfin, les moyens de fixation comportent deux longerons latéraux 49, 50 (fig. 2) qui sont soudés au tubage suivant deux -8- génératrices de ceLuici. Leur écartement est sensibLement égaL à L'encombrement Latéral de chaque unité de réception. Leur épaisseur est suffisante pour Les protéger des possibles chocs Latéraux. Les moyens de fixation délimitent un Logement extérieur 51 pour chaque unité de réception. L'agencement de chaque unité de réception permet de faciliter son montage. Le support 6 de La partie électronique ayant été raccordé et fixé au corps 2 contenant Les capteurs au moyen des vis 10 et réuni au connecteur électrique 13 par les moyens de fixation à baillonnette, on effectue les différentes connexions électriques entre les conducteurs électriques associés aux capteurs 4 et les cartes électroniques 8, 9 d'une part et entre celles-ci et les conducteur 17 soudés aux broches mâles 16 du connecteur 13. On enfonce le second embout 31 pour isoler la partie 2a du corps et l'on met alors le manchon 34 en place de façon qu'il vienne recouvrir comolètement le support 6. Le câble multi-conducteurs 20 est fixé au premier emDout 21 et ses conducteurs sont soudés aux cosses 18. Après engagement de celles-ci sur leurs broches mâles respectives, on met en place les deux parties semi-cylindriques 23, 24 de la coquille de manière que leur partie rétrécie 25 s'enfonce sous la partie terminale du manchon 34 et que le renflement annulaire 27 vienne s'engager dans la gorge circulaire 28 et maintenir le premier embout 21. Les deux demicoquilles 23, 24 sont alors fixées l'une à l'autre au moyen des vis 29, 30. L'unité de réception ainsi montée est positionnée dans le logement 51 extérieur au tubage 39 de façon que le premier embout 21 vienne en appui contre la première butée 40 et le méplat 33 soit appliqué contre la seconde butée 42 et l'on fixe les vis 44 et 46 aux deux extrémités. L'unité de réception se trouve alors solidement maintenue aussi bien latéralement que longitudinalement et bien protégée des chocs. Dans le mode de réalisation o chaque unité de réception 1 comporte trois capteurs, on peut la connecter à un laboratoire en - 9 - surface par un câble 20 à sept conducteurs par exempte. Trois conducteurs servent à transmettre vers la surface les signaux captés après leur amplification par les moyens électroniques de la carte 8, un autre constitue leur masse électrique commune. Sur deux autres conducteurs sont appliquées par exemple deux tensions électriques symétriques (+15 volt, -15 volt). Le 7ème constitue la masse de L'alimentation. Les moyens électroniques sur la carte 9 sont utilisés pour réguler les tensions électriques symétriques appliqués aux amplificateurs et filtres de La carte 8. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant le câble multiLignes 20 d'alimentation électrique et de transmission de données par tous autres moyens d'alimentation et de transmission. - 10 - R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Dispositif perfectionné de surveillance sismique d'un gisement pétrolier, adapté à être installé dans un forage équipé d'un tube de cuvelage (39) maintenu par cimentation et comportant des moyens capteurs (4), au moins une unité de réception de signaux fixée à l'extérieur du tubage pour contenir les moyens capteurs et les moyens pour transférer hors du forage Les signaux délivrés par les moyens capteurs, caractérisé en ce que le tube est solidaire extérieurement d'éléments de protection et d'ancrage- (40, 42, 49, 50) en saillie, chaque ensemble de réception étant encastré et fixé entre lesdits éléments de protection et en ce que chaque ensemble de réception comporte un ensemble de support allongé (2, 6) pourvu d'au moins une cavité (3) pour les moyens capteurs communiquant avec au moins une autre cavité (7) pour des moyens d'amplification (8) des signaux délivrés par les moyens capteurs (4), l'élément de support allongé (2, 6) étant disposé dans une enveloppe extérieure (23, 24, 34) pourvue d'embouts (21, 31) adaptés à être fixes à des éléments de protection (20, 49, 50, 42) solidaires du tube. 2. - Dispositif perfectionné de surveillance sismique d'un gisement pétrolier, adapté à être installé dans un forage équipé d'un tube de cuvelage (39) maintenu par cimentation et comportant des moyens capteurs, au moins une unité de réception de signaux (1) fixé à l'extérieur du tube (39) pour contenir les moyens capteurs (4) et des moyens pour transférer hors du forage les signaux délivrés par les moyens capteurs, caractérisé en ce'que le tube comporte extérieurement un logement allongé (51) de protection et d'ancrage orienté parallèlement à l'axe longitudinal du tube et délimité par deux Longerons latéraux (49, 50) dont l'écartement est adapté à celui de ladite unité, par une première butée (40) et par une seconde butée. (42), ladite unité de réception de signaux (1) comportant un ensemble de support allongé (2, 6) pourvu de cavités (3, 7) pour au moins un capteur (4) et pour des moyens (8) d'amplification et de filtrage des - 1l - signaux déLivrés par chaque capteur (4), un premier embout (21) adapté à être fixé à la première butée (40), un second embout (31) adapté à être fixé à La seconde butée (42) et pourvu d'une extension tubulaire (32) pour loger une première partie terminale (2b) de L'ensembLe support (1), un manchon cylindrique (34) pour isoler ledit ensemble de support (2, 6) et un prolongement tubulaire (23, 24) pour relier Le manchon. (34) au premier embout (21), chaque unité de réception de signaux étant fixée à l'intérieur d'un logement de protection (51). 3. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le logement (51) de protection et d'ancrage comporte un plot d'ancrage (47) et ledit ensemble de support (2, 6) comporte une cavité adaptée à venir s'emboîter sur ledit plot d'ancrage et des moyens de fixation (48) contre celui-ci. 4. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le prolongement tubulaire est une coquille constituée de deux éléments semicylindriques (23, 24) fixés l'un contre l'autre et maintenus à une première extrémité (25) par engagement dans une extrémité du manchon cylindrique (34), l'extrémité opposée du prolongement tubulaire (23, 24) venant enserrer le second embout (31). 5. - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit ensemble support-comporte un corps (2) pourvu de cavités (3) pour les moyens capteurs et un support (6) pourvu de cavités pour des cartes électroniques (8, 9), le corps (2) et le support (6) étant emboîtés l'un dans L'autre. 6. - Système selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un càble multi-lignes (20) pour l'alimentation électrique des moyens d'amplification et de filtrage et la transmission des signaux amplifiés, en ce que ledit premier embout (21) est pourvu de moyens de blocage (22) dudit câble, la première butée (40) est pourvue d'un évidement (41) pour le passage du câble (20) et la partie terminale du corps (2), du côté du prolongement tubulaire (23, 24) est associée à des moyens de connexion étanches (13) permettant de raccorder électriquement les différentes lignes (19) dudit câble (20) à des conducteurs électriques (17) à l'intérieur - 12 - du corps (2). 7.- Système seLon La revendication 6, caractérisé en ce que Le premier embout (21) comporte une face d'appui (45) contre La première butée (40) et une face de contact (21A) incLinée de manière que des tractions sur Ledit câbLe provoquent un coincement du premier embout (21) contre La paroi du tube (39). 8. - Dispositif seLon La revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque ensemble support (2, 6) comporte des cavités (3) pour pLusieurs capteurs directionneLs (4) orientés suivant des directions différentes, Les signaux déLivrés par Les différents capteurs étant appliqués aux moyens d'ampLification et de fiLtrage (8). 9. - Dispositif seLon La revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'iL comporte pLusieurs ensembles distincts (1) de réception de signaux disposés chacun entre des éLéments de protection ou dans un Logement de protection (51) extérieur au tube (39). 10. - Dispositif seLon La revendication 1 Ou 2, caractérisé en ce que Les différents ensembles (1) de réception de signaux sont disposés à une certaine distance Les uns des autres Le Long dudit tube (39).