Brevet FR2648180A1 — publié le 19901214

_ 1 - L'invention concerne un dispositif pour extraire un liquide hors d'un tube de grande longueur, clos à l'une de ses extrémités dans tous les cas o l'on ne peut pas établir faciLement de communication entre cette extrémité fermée et une source d'un fluide de substitution. Un tel dispositif trouve ses applications par exemple pour l'évacuation des liquides hors de tubes descendus dans des puits profonds. Il est particuliereme-t utile dans le domaine du pétrole ou des colonnes tubulaires (ou "tubing") sont utilisées pour de nombreuses applications, qu'il s'agisse de supporter des outils de forage, équiper des puits pour la production, ou guider des outils de mesure descendus pour faire des tests en cours de forage ou durant la phase de production. Pour tester un puits en cours de forage, il est connu de descendre jusqu'au niveau des couches à tester, un appareil de prélévement comportant une colonne tubulaire fermée à sa base par une vanne à ouverture commandée et pourvue à son pourtour d'un organe déformable d'obturation du type "packer" Cet organe est adapté, en position d'expansion, à venir s'appliquer étroitement contre la paroi du forage (ou d'un cuvelage extérieur désigne généralement par "casing") et ainsi maintenir en place la colonne tubulaire. Un élément de mesure de la pression est disposé à la base de la colonne. La pression à l'intérieur de la colonne tubulaire, à sa base, quand la vanne est close, est égale à la pression atmosphérique si le tube ne contient pas d'eau. On peut l'augmenter a volonté en remplissant d'eau ure partie de la colonne de manière a limiter à une valeur déterminéee la différence de pression de part et d'autre de la vanne. -2 Du fait de la dépression à la base de la colonne par rapport à la pression régnant dans le puits, il se produit une aspiration à l'ouverture de la vanne et la pression dans Le puits subit une chute très sensible qui est compensée au moins en partie par Les formations testées après un certain retard caractérisant la permeabilité des roches. Plusieurs cycles successifs d'ouverture et de fermeture de la vanne, sont effectués. Une analyse de l'évolution en fonction du temps de la pression et du débit mesurés, permet de caractériser une formation géologique, comme il est bien connu des spécialistes. Le test une fois réalisé, il faut équilibrer les pressions de part et d'autre du "packer" avant de remonter l'appareil, vider la colonne et redescendre l'ensemble si de nouveau tests doivent être réalisés à une profondeur différente. Lorsque plusieurs tests successifs sont nécessaires dans un même puits, l'intervalle de temps entre les mesures effectives est très allongé du fait de la multiplicité des manoeuvres. Le principe de l'évacuation d'un tube par extraction de son contenu au moyen d'un piston mobile déplace dans le tube, est connu. On ne peut y parvenir facilement sans relier la base du tube à une source d'un fluide de substitution tel qu'un gaz par exemple, et L'introduire derrière le piston au fur et à mesure de l'évacuation. Dans tous les cas ou la base du tube est peu accessible et notamment dans l'application décrite ci-dessus o la colonne tubulaire est très longue et descendue dans un puits étroit, l'installation d'une tuyauterie quelconque permettant la liaison avec une source de gaz s'avère souvent difficile sinon irréalisable dans la pratique. Le dispositif selon l'invention permet d'évacuer une partie au moins des fluides contenus dans un tube de grande longueur, clos à l'une de ses extrémités et ouvert à son extrémité opposée, sans avoir à établir de liaison entre la base du tube et une source de fluide de substitution et donc d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus. Il comporte un élément mobile dont le déplacement vers l'ex'rémite ouverte du tube chasse le liquide au dehors et des moyens moteu-s pour 3 2 6 4 2648180 déplacer l'élément mobile dans le tube. Il est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens associés à l'éLément mobile pour engendrer un gaz de substitution entre l'élément mobile et l'extrémité fermée du tube. Suivant un mode de réalisation avantageux, les moyens pour engendrer le gaz de substitution comportent un volume d'une substance générant du gaz par combustion. Les moyens moteurs comportent par exemple un élément de connexion pour relier l'élément mobile à un ensemble de traction extérieur au tube et les moyens pour engendrer le gaz comportent une cartouche contenant une substance pyrotechnique et des moyens de commande pour déclencher sa mise à feu. Suivant un mode d'application particulier, le dispositif selon l'invention permet d'évacuer du fluide contenu dans une colonne tubulaire de grande longueur descendue dans un puits, ladite colonne étant pourvue de moyens d'ancrage intermittents contre les parois du puits et de moyens de fermeture pour isoler du puits l'intérieur de la colonne. Il est caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble mobile formant piston qui peut être descendu dans la colonne au travers d'une masse de fluide à évacuer, ledit ensemble étant relié à un appareil de levage dispose en surface et comportant un récipient pour une substance dont la combustion engendre du gaz et des moyens de liaison permettant la mise à feu de lad4te substance de manière a creer au-dessous dudit ensemble mobile une quantité de gaz suffisante au fur et à mesure de son retrait vers l'extrémité ouverte. Un tel dispositif peut comporter un piston de section adaptée à celle de la colonne, un corps allonge traversant ledit piston pourvu d'une première extrémité reliée à l'appareil de levage et d'une seconde extrémité ouverte au-dessous dudit piston, le corps comportant un compartiment pour la substance combustible. Quel que soit le mode de réalisation, l'élément mobile peut comporter avantageusement au moins un ensemble de coupeLles déplacables disposées de manière à venir s'appliquer étroitement cortre ladite colonne et former piston quand il est déplacé vers l'extrémité ouverte de celle-ci. 2648 18 0 -4- Suivant un mode de réalisation, chaque ensemble de coupeLles est adapté à former piston pour des colonnes de section variable. Chaque ensemble de coupelles comporte par exemple une pluraLité de lèvres deformables et notamment de lèvres réalisées en une substance élastique. L'élément mobile peut comporter plusieurs ensembles de coupelles étagées le long du corps avec un écartement suffisant les uns par rapport aux autres de manière qu'un ensemble au moins soit toujours en contact avec la colonne, quelles que soient les inegalités de section de ladite colonne. Des moyens peuvent être inclus dans le dispositif selon l'invention pour mesurer la pression régnant dans la colonne entre l'élement mobile et l'extrémité fermée de ladite colonne. On peut aussi utiliser des moyens de mesure de La pression régnant dans la colonne de part et d'autre de l'élément mobile. Le dispositif peut comporter par exemple un élément mobile pourvu d'une vanne télécommandee pour mettre en communication à volonte les côtés opposés dudit élément mobile. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon l'invention apparaitront mieux a la lecture de la description ci-apres en se référant aux dessins annexes o: - la Fig.1 montre un schéma de principe d'un système à colonne d'un type connu permettant de tester une formation souterraine, ou le dispositif d'évacuation selon l'invention peut être avantageusement utilisé; - la fig.2 montre une partie du schéma précédent o la colonne est ouverte à sa base pour aspirer les fluides de la formation souterraine; - la Fig.3 montre une vue schématique du dispositif set-.- l'invention descendu dans la colonne pour extraire le fluide qu'elle contient à la fin de chaque test; - la Fig.4 montre une vue analogue du dispositif dans la phase d'extraction o un fluide de substitution est engendré; - 5 - - la Fig.5 montre un élément mobile a coupelLes agissant en piston pour remonter le fluide hors de la colonne; et - la Fig.6 montre un élément mobile comportant plusieurs étages de coupelles pour mieux s'adapter a d'éventuelles variations de la section de la colonne. L'étude des zones souterraines produisant ou suceptibles de produire des hydrocarbures porte notamment sur la perméabilité des formations traversées par un puits. Une méthode connue pour mesurer ce paramètre consiste a descendre dans un puits 1 nu ou bien équipé d'un tube de cuvelage 2 (ou "casing") (Fig.1), un colonne 3 (ou "tubing") constituée généralement d'une pluralité de sections tubulaires, de longueur suffisante pour atteindre la zone souterraine à étudier. Sa partie terminale inférieure est pourvue de perforations latérales 4. La colonne 3 est associée a un bloc d'obturation (ou "packer") 5 d'un type connu fixe a sa périphérie, Qui comporte par exemple une enceinte deformable pouvant être dilatée jusqu'à venir s'appliquer étroitement contre la paroi du puits 1 ou de son cuvelage 2. Le gonflement du bloc permet ainsi d'isoler la partie basse du puits au niveau de la zone à tester. A l'intérieur de la colonne 3 est disposée une vanne d'un type connu 6 dont l'ouverture et la fermeture peuvent être commandés à volonté depuis la surface par rotation de la colonne 3 ou traction sur celle-ci. Un ensemble de mesure 7 comportant un débitmetre et des capteurs de pression et de température est également dispose à L'intérieur de la colonne 3. Celle-ci, à son extrémité supérieure, peut être raccordée à un appareil A de mesure de débit et de pression. La vanne 6 étant fermée et le bloc 5 étant en position de relâchement, la colonne 3 est descendue dans le puits jusqu'à la profondeur choisie. Le bloc 5 est alors dilate de manière à immobiliser la colonne 3 en isolant la partie basse du puits. On procède alors à une séquence d'ouvertures et de fermetures successives de la vanne 6 (Fig.2) de manière à étudier la réponse de la formation souterraine à l'aspiration causée par la mise en communication du puits avec l'intérieur de la colonne o la pression est plus basse. A la fin de la séquence de test, la colonne est remplie de 2648'180 - 6 - fluide provenant au moins en partie du puits. Le dispositif selon l'invention tel qu'il est schématisé aux Fig. 3 à 7, permet de restaurer la dépression initiale dans la colonne sans avoir à remonter celle-ci pour la vider de son contenu. Le dispositif selon l'invention comporte un élément mobile 8 pouvant être descendu dans la colonne 3 au travers de la masse de fluide à évacuer. L'élement 8 comprend un corps cylindrique 9 de section inférieure à celle de la colonne 3. A sa périphérie est fixe un piston 10 de section adaptée à la section intérieure de la colonne. Le corps est relié par un câble 11 à un appareil de levage 12 tel qu'un treuil dispose en surface. Un clapet 13 de préférence à commande électromagnétique et pouvant être actionné depuis la surface par une ligne incluse dans le câble 11, est disposé à l'intérieur du corps 9. Des ouvertures 14,15 sont menagees dans la paroi du corps 9, de part et d'autre du piston 10. La descente de l'élément mobile dans la colonne, est rendue possible par l'ouverture commandée du clapet 13 qui ouvre un canal de dérivation par les ouvertures 14,15 au fluide contenu dans la colonne 3. Des capteurs de pression C1, C2 sont disposés dans le corps 9 de part et d'autre du clapet 13 de préférence et reliés par le câble 11 a l'installation de surface. On peut ainsi connaitre à tout moment la profondeur d'immersion de l'élément mobile dans la colonne et la pression régnant dans l'espace entre l'élément mobile et l'extrémite fermée de la colonne. L'évacuation du fluide au-dessus de l'élément mobile est obtenu par effet de pompage, en fermant le clapet 13 et en tirant sur le câble 11 au moyen de l'appareil de levage 12. Ceci n'est possible dans la pratique que si l'on introduit sous le piston 10, un fluide de substitution (Fig. 4). A cet effet, le corps 9 comprend à sa base, un compartiment o l'on dispose des moyens 16 pour fournir ce fluide de substitution. Dans les conditions pratiques d'utilisation du dispositif, le volume de fluide à fournir est souvent considérable. Si l'on considère par exemple le cas o l'on doit vider une colonne tubulaire a>3nt un diametre intérieur de 7cm, il est nécessaire de produire assez de - 7 - fluide pour remplir Les quelques 3,8 m3 laissés par un retrait de 1000 m du piston mobile. La fourniture de ce fluide de substitution peut être assurée par exemple par une ou plusieurs bouteilles de gaz liquéfie. Suivant un mode préféré de réalisation, le fluide ce substitution est un gaz produit par la combustion d'une substance appropriée contenue dans une ou plusieurs cartouches. On utilise par exemple des substances employées généralement dans les systèmes pyrotechniques ou bien encore dans certains obturateurs pour puits ou packers (fabriqués notamment par la firme Baker 0il Tools) pour créer une pression hydraulique. Cette solution est avantageuse car avec des cartouches de faible poids et faible volume, on peut obtenir le volume de gaz très important requis. L'évacuation du fluide hors de la colonne peut être effectuée en une ou plusieurs étapes suivant l'importance du volume à évacuer. L'élément mobile 8 est descendu dans La colonne apres ouverture du clapet 13 (Fig.3) . Lorsqu'il est parvenu à la profondeur choisie, on referme le clapet 13 et on le tracte vers la surface. Les moyens 16 sont actives pour engendrer le fluide de substitution (Fig.4). Les indications du capteur C2 permettent d'ajuster la vitesse de remontée de l'élément mobile au débit de gaz engendré par les moyens 16, de manière que la différence de pression de part et d'autre reste dans des limites admissibles. Si la hauteur de fluide à évacuer est trop importante compte-tenu des conditions pratiques d'operation, on ne descend l'élément mobile dans le fluide que d'une hauteur limitée en fonction des indications fournies par le capteur de pression C1 incorporé dans le corps de l'élément mobile 8. On procède aussi en plusieurs étapes si la paroi intérieure de la colonne présente des irrégularités suffisantes pour que des fuites importantes se produisent sur le pourtour du piston 10. Pour éviter d'avoir à réinstaller de nouveaux moyens générateurs de gaz 16 (bouteilles de gaz ou cartouches pyrotechniques) à chaque remontée de l'élément mobile, il est 2648 180 -- 8 -- préférable d'en installer plusieurs pouvant être commandes separément. L'emploi d'un clapet 13 à télécommande, permet en cas d'anomalie, de rééquilibrer les pressions dans la colonne de part et d'autre du piston. Suivant un mode préféré de réalisation, le piston autour du corps est constitué d'au moins un ensemble de coupelles d'étanchéité 17 comportant par exemple un manchon 18 disposé autour du corps 9 et pourvu de coupelles ou lèvres 19 réalisées en un matériau deformable tel qu'un élastomère, la section de ces coupelles étant sensiblement égale à celle de la colonne. Une colonne de grande longueur est généralement constituée d'une pluralité de sections raccordées les unes aux autres par vissage. La section de la colonne dans les zones de raccordement est augmentée. Le mode de réalisation de la Fig.6 permet de conserver l'étanchéité autour de l'élément mobile malgré les irrégularités de section de la colonne 3. Il comporte plusieurs ensembles de coupelles 17 étages le long du corps 9 de telle sorte qu'au moins un d'entre eux soit bien appliqué contre la colonne lorsque l'élément mobile passe au niveau d'une zone de raccordement 20 entre les sections. - _- 2648180 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour évacuer des fluides hors d'un tube (3) de grande longueur clos a une première extrémité et ouvert à son extremite opposée, comportant un element mobile (8) dont le depLacement vers l'extrémité ouverte du tube chasse les fluides au S denhors et des moyens moteurs (12) pour deDlacer l'element mobile dans le tube, caractérise en ce qu'il comporte des moyens associées (16) a l'élément mobile pour engendrer un gaz de substitution. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer le gaz de substitution comportent un volume d'une substance genérant du gaz par combustion. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce Oue les moyens moteurs comoortent un élement de connexion (11) pour relier l'élément mobile à un ensemble de traction extérieur au tube et les moyens (16) pour engendrer le gaz comportent une cartouche contenant une substance pyrotecnnique et des moyens de commande pour déclencher sa mise à feu. 4) Dispositif pour évacuer des fluides contenu dans une colonne tubulaire (3) de grande longueur descendue dans un puits, ladite colonne étant pourvue de moyens escamotables d'ancrage contre les parois du puits et de moyens de fermeture pour isoler du puits l'intérieur de la colonne, caractérise en ce qu'il comporte un ensemble mobile (8) formant piston qui peut être descendu dans le tube au travers d'une masse de fluide à évacuer, ledit ensemble étant relie à un appareil de levage (12) disposé en surface, et comportant un récipient pour une substance dont la combustion engendre du gaz et des moyens de liaison permettant la mise à feu de ladite substance de manière à créer au-dessous dudit ensemble mobile (8) une quantité de gaz suffisante au fur et à mesure de son retrait vers l'extrémité ouverte. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un piston (10) de section adaptée a celle de la - 10 - colonne, un corps allonge (9) traversant ledit piston pourvu d'une première extremité reliée a l'appareil de levage (12) et d'une seconde extrémité ouverte au-dessous dudit piston, le corps comportant un compartiment pour la substance combustible (16). 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément mobile (8) comporte au moins un ensemble de coupelles disposées de manière à venir s'appliquer étroitement contre ladite colonne et former piston quand il est déplace vers l'extrémité ouverte. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque ensemble de coupelles (17) comporte une pluralité de lèvres deformables(19). 8) Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérise en ce que chaque ensemble de coupelles est adapté a former piston pour des portions de colonnes de sections différentes. 9) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément mobile comporte plusieurs ensembles de coupelles (17) étagées le long du corps (9) avec un écartement suffisant les uns par rapport aux autres de manière qu'au moins un ensemole soit toujours en contact avec la paroi de la colonne, quelles que soient les inegalités de section de celle-ci. ) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérise en ce qu'il comporte des moyens de mesure (C2) de la pression régnant dans la colonne entre l'élément mobile et l'extremité fermée de ladite colonne. 11) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (C1, C2) de la pression régnant dans la colonne de part et d'autre de l'élément mobile. 12) Dispositif selon l'une des revendicatbns 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément mobile est pourvu d'une vanne télécommandee (13) pour mettre en communication les côtés opposes dudit élement mobile. 13) Dispositif selon la revendication 4, caractérise en ce _- -_ 2648 180 que lesdits moyens escamotables comportent un bloc d'obturation (5) a enceinte gonflable. 14) Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que les moyens (16) pour engendrer un fLuide de substitution comportent des bouteilles de gaz liquéfie.