Brevet FR2659145A1 — publié le 19910906

La présente invention concerne l'inspection des trous de forage et, plus particulièrement, un procédé et un appareil de détermination de l'interférence magnétique dans un collier de forage non magnétique disposé dans un train de tiges de forage à l'intérieur d'un trou de forage, résultant de la présence de sections magnétisées du train de tiges de forage au-dessus et au-dessous du collier de forage. Il est bien connu d'inspecter des trous de forage qui ne sont pas revêtus d'un tubage d'acier en effectuant des mesures dans le trou, utilisant un boîtier de magnétomètre à trois axes et d'un accéléromètre à trois axes à l'intérieur d'un instrument d'inspection de manière à déterminer une série de paramètres comme l'angle d'inclinaison et l'angle d'azimut, indiquant la direction du forage dans diverses positions au long du forage Mais la détermination de l'angle d'azimut est basée sur des mesures du champ magnétique terrestre, faites par le magnétomètre et ces mesures sont inexactes en raison de la présence de champs magnétiques perturbateurs associés dus à des sections magnétisées du train de tiges de forage au-dessus et au-dessous des instruments d'inspection. L'effet de cette interférence magnétique peut être réduit au minimum en disposant les instruments dans un collier de forage réalisé en un matériau non magnétique et s'étendant sur une certaine distance à la fois au-dessus et au- dessous de la position de mesure Cependant, l'utilisation de colliers de forage non magnétiques suffisamment longs pour assurer une mesure de haute précision est coûteuse et n'est pas praticable dans certains cas. Le brevet anglais N O 1 578 053 décrit un procédé qui permet d'effectuer une inspection de haute précision en utilisant un instrument d'inspection disposé dans un collier de forage non magnétique relativement court, dans lequel une correction est appliquée à l'angle d'azimut mesuré pour compenser l'effet des champs magnétiques perturbateurs En se basant sur le fait que l'effet des champs magnétiques perturbateurs peut être considéré comme un vecteur d'erreur dans la direction de l'axe du forage, la correction est déterminée en fonction du champ magnétique terrestre vrai, ainsi qu'il est déterminé par des tables de consultation par exemple, du champ magnétique local mesuré par l'appareil d'inspection et des valeurs de l'angle d'inclinaison et de l'angle d'azimut apparents, déterminés à partir de valeurs du champ magnétique mesuré et du champ de gravitation. Le brevet anglais N O 2 143 644 décrit un autre procédé de détermination d'une correction de l'angle d'azimut, destinée à compenser l'interférence magnétique. Selon ce procédé, l'angle d'azimut corrigé est déterminé sans mesurer directement la composante du champ magnétique terrestre, le long de l'axe du forage De plus, le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 709 486 décrit un autre procédé dans lequel l'angle d'azimut est déterminé directement à partir des mesures de champ magnétique et de champ de gravitation sans correction des mesures de champ magnétique Cependant, tous ces procédés peuvent s'avérer imprécis dans certaines conditions Par exemple, le dernier procédé ne peut être utilisé pour inspecter une longueur de forage dont la direction ne change pas de façon significative suivant sa longueur D'autres imprécisions importantes peuvent résulter de facteurs comme un mauvais alignement, une polarisation et des erreurs de facteurs d'échelle lorsqu'on inspecte une longueur presque horizontale de forage. Un objet de l'invention est donc de proposer un procédé qui peut être utilisé pour éliminer des imprécisions majeures dans la plupart des cas. L'invention concerne donc un procédé de détermination de l'interférence magnétique dans un collier de forage non magnétique disposé dans un train de tiges de forage à l'intérieur d'un trou de forage, résultant de la présence de sections magnétisées du train de tiges de forage au-dessus et au-dessous du collier, le procédé consistant à espacer l'un de l'autre deux détecteurs magnétiques, suivant l'axe du collier de forage de manière que chaque détecteur se situe dans une position appropriée sur l'axe du collier, à effectuer des mesures avec les détecteurs pendant que le collier de forage est maintenu dans une position commune de mesure à l'intérieur du forage de manière que chaque mesure indique la composante du champ magnétique suivant l'axe du collier dans une position respective correspondant à la position du détecteur associé dans cette position de mesure et à calculer l'interférence magnétique résultant de sections magnétisées du train de tiges de forage à partir de mesures effectuées par les détecteurs à la position de mesure. L'invention concerne également un procédé de mesure dans un fond de puits, destiné à déterminer l'interférence magnétique dans un collier de forage non magnétique disposé dans un train de tiges de forage à l'intérieur d'un forage, résultant de la présence de sections magnétisées du train de tiges de forage au-dessus et au- dessous du collier, l'appareil comportant un ensemble de boîtier agencé pour être positionné coaxialement dans le collier de forage dans le but d'effectuer des mesures magnétiques dans une position de mesure à l'intérieur du forage, deux détecteurs magnétiques à l'intérieur de l'ensemble de boîtier espacés l'un de l'autre suivant l'axe de l'ensemble de boîtier de manière que chaque détecteur se situe dans une position appropriée sur l'axe du collier lorsque des mesures magnétiques doivent être effectuées à la position de mesure, chaque détecteur étant agencé pour effectuer une mesure magnétique respective indiquant la composante du champ magnétique suivant l'axe du collier de forage dans une position respective correspondant à la position du détecteur dans la position de mesure et des moyens de fourniture de mesure destinés à fournir les mesures effectuées par les détecteurs à la position de mesure de manière à permettre que l'interférence magnétique résultant des sections magnétisées du train de tiges de forage puisse être calculée à partir de ces mesures. Les deux détecteurs magnétiques sont de préférence des magnétomètres à entrefer et ils sont de préférence disposés dans un boîtier d'appareillage commun constituant l'ensemble du boîtier Mais les détecteurs magnétiques peuvent en variante être disposés dans des boîtiers séparés qui constituent ensemble l'ensemble de boîtier Le boîtier ou chaque boîtier d'appareillage peut également contenir des détecteurs pour effectuer des mesures magnétiques indiquant les composantes du champ magnétique suivant deux axes mutuellement perpendiculaires, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe du collier de forage, le boîtier ou chaque boîtier d'appareillage pouvant également incorporer des détecteurs pour effectuer des mesures de gravitation indiquant les composantes du champ de gravitation suivant deux ou trois axes mutuellement perpendiculaires. Il est en outre préférable que les détecteurs magnétiques soient espacés l'un de l'autre dans une région qui se trouve entre une extrémité axiale du collier de forage et le point milieu entre les deux extrémités axiales de ce collier, en en étant espacés. Pour que l'invention soit plus complètement comprise, un mode préféré de réalisation en sera maintenant décrit à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 montre une partie du train de tiges de forage comprenant le collier de forage à l'intérieur duquel est disposé l'appareil d'inspection; la figure 2 est un schéma synoptique de l'appareil d'inspection; et la figure 3 est un schéma illustrant les positions des détecteurs magnétiques à l'intérieur du collier de forage. Comme le montre la figure 1, un train de tiges de forage 16 comporte, à une extrémité, un outil de forage ou trépan 10 et un collier de forage non magnétique 12 ainsi qu'un ensemble de colliers magnétiques 14 au moyen duquel le trépan 10 est accouplé avec la partie principale du train de tiges de forage 16 Le collier de forage non magnétique 12 a une longueur prédéterminée et il contient un appareil d'inspection 18 (représenté en pointillés sur la figure 1). Comme le montre schématiquement la figure 2, l'appareil d'inspection 18 comprend une section de magnétomètre à entrefer 22 qui consiste en trois magnétomètres destinés à mesurer les composantes B,, By et B, du champ magnétique suivant trois axes mutuellement orthogonaux et une section d'accéléromètre 24 consistant en trois accéléromètres destinés à mesurer les composantes g,, g, et g 2 du champ de gravitation, dans chaque cas, l'axe z étant dirigé suivant l'axe du forage En plus, une autre section de magnétomètre à entrefer 23 est prévue, espacée suivant l'axe du collier de forage 12 de la section à vanne de flux 22 Cette section à vanne de flux 23 peut consister simplement en un magnétomètre qui mesure la composante B du champ magnétique ou, en variante, elle peut consister en trois magnétomètres d'une manière similaire à celle de la section à vanne de flux 22 Dans le but de distinguer les sorties B des sections 22 et 23, elles sont mentionnées ci-après, respectivement par B,1 et B 2 - Les sorties B,, By, BX 1 B 2 t G,, Gy et G 2 se présentent sous la forme de tensions proportionnelles qui sont appliquées à une unité de traitement 26 comprenant des convertisseurs analogique-numérique L'unité de traitement 26 produit des sorties gx, gy et g 2 qui sont traitées dans une unité de calcul 28 pour donner des valeurs d'inclinaison 8 et un angle "high side" O selon les expressions données dans le brevet anglais No. 1 578 053 En outre, les sorties de l'unité de traitement 26 peuvent être traitées dans l'unité de calcul 28 de manière à donner une valeur de l'angle d'azimut 4 Ces opérations de calcul peuvent être effectuées dans l'appareil d'inspection et les valeurs calculées peuvent être mémorisées dans une section de mémoire 30 En variante, les sorties des sections de magnétomètres et d'accéléromètres peuvent être mémorisées dans la section de mémoire 30 pour leur traitement dans une unité de calcul séparée 28 à la surface A titre d'autres variantes, les sorties des sections de magnétomètres et d'accéléromètres peuvent être transmises directement vers la surface, par télémétrie Toutes mesures sont faites de préférence quand l'appareil est immobile. L'angle d'azimuty peut être déterminé, par exemple, en utilisant une expression basée sur l'équation ( 14) du brevet anglais N O 1 578 053, la valeur B de cette équation étant remplacée par une valeur Bt qui correspond à la valeur vraie de la composante z du champ magnétique terrestre, compte tenu d'une erreur dans la valeur mesurée, due à l'interférence magnétique Bzi résultant de la présence des sections magnétisées du train de tiges de forage, au-dessus et au-dessous du collier de forage 12. Ainsi pour déterminer une valeur précise de l'angle d'azimut 4 >, il est nécessaire de déterminer l'interférence magnétique B i. La figure 3 montre les positions des détecteurs magnétiques 22 et 23 suivant l'axe du collier de forage 12 ayant une longueur L prédéterminée Comme cela est connu depuis l'article IADC/SPE 11382, de 1983, "Calculation of NMDC Lenght Required for Various Latitudes Developed from Field Measurements of Drill String Magnetisation" de S.J Grindrod et J M Wolff, l'effet des sections magnétiques d'un train de tiges de forage au-dessus et au- dessous du collier de forage 12 peut être considéré comme représenté par un pôle magnétique supérieur P à l'extrémité supérieure du collier 12 et un pôle magnétique PL à l'extrémité inférieure du collier 12 Les détecteurs magnétiques 22 et 23 sont espacés l'un de l'autre suivant l'axe du collier de forage, dans la région qui se trouve à l'écart et entre le pôle PL à l'extrémité inférieure du collier de forage 12 et le point milieu M entre les deux extrémités axiales du collier 12, le détecteur 22 se trouvant à une distance r 1 et le détecteur 23 étant à une distance r 2 du pôle Pu. Comme cela est connu par l'article ci-dessus, l'intensité du champ magnétique (densité du flux) à une distance r d'un pôle magnétique ayant une intensité polaire P est donnée par l'expression: P ( 1) B 4 nr 2 o B est exprimé en Tesla et l'intensité polaire en Weber. Ainsi, le champ magnétique ou l'interférence magnétique Bzli au détecteur 22 due aux pôles Pu et PL est donné par l'expression _I Pl PLI Bz 1 = + ( 2) 12 4 m T(L-r 1)2 et l'interférence magnétique BZ 2 i au détecteur 23 due aux pôles Pu et PL est donnée par l'expression _ PUI IPLI 1 B 2 i = + | ( 3) 4 rtr 22 4 îr(L-r 2)2 Il faut noter que les expressions ci-dessus sont des expressions simplifiées obtenues par simplification d'un système tripolaire en un système bipolaire comme cela est décrit dans l'article ci-dessus. Ainsi la composante vraie du champ magnétique terrestre B t peut être liée aux composantes Bl et B 2 mesurées par les détecteurs 22 et 23, par les expressions ci-après: Bzt Bl + ( 4) 4 Tîr 1 2 4 Tt(L-r 1)2 Bzt = B 2 + ( 5) 2 4 2 4 nr 22 4 n(L-r 2)2 Etant donné que les valeurs de L 1, r 1, r 2 sont connues, les intensités polaires Pu et PL peuvent être déterminées à partir des valeurs mesurées BZ 1 et Bz 2 en utilisant ces expressions et une technique itérative peut être utilisée pour déterminer le gradient magnétique entre les détecteurs 22 et 23 résultant des pôles Pu et PL' L'interférence magnétique peut être déterminée à partir de ce gradient magnétique. REVENDICATIONS 1 Procédé de détermination de l'interférence magnétique dans un collier de forage non magnétique disposé dans un train de tiges de forage à l' intérieur d'un trou de forage, résultant de la présence de sections magnétisées du train de tiges de forage au-dessus et au- dessous du collier de forage, le procédé consistant à effectuer des mesures magnétiques à l'intérieur du trou du forage au moyen d'un appareil de mesure allongé ( 18) qui s'étend suivant l'axe du collier de forage ( 12) et à calculer l'interférence magnétique à partir des mesures effectuées, caractérisé en ce que l'appareil de mesure ( 18) consiste en deux détecteurs magnétiques ( 22, 23) espacés l'un de l'autre suivant l'axe du collier de forage ( 12) de manière que chaque détecteur ( 22, 23) se situe dans une position appropriée sur l'axe du collier de forage ( 12), le procédé impliquant des mesures effectuées avec les détecteurs ( 22, 23) pendant que le collier de forage ( 12) est maintenu dans une position commune de mesure à l'intérieur du forage de manière que chaque mesure indique la composante (B 21) ou (B 2) du champ magnétique suivant l 'axe du collier de forage ( 12) dans une position respective correspondant à la position du détecteur associé ( 22, 23) dans cette position de mesure et à calculer l' interférence magnétique résultant des sections magnétisées du train de tiges de forage à partir des mesures effectuées par les détecteurs ( 22, 23) à la position de mesure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux détecteurs magnétiques ( 22, 23) sont disposés dans un boîtier commun. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que d' autres mesures magnétiques sont effectuées par l'appareil de mesure ( 18), ces mesures étant représentatives des composantes (B,, BY) du champ magnétique suivant deux axes mutuellement perpendiculaires, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe du collier de forage ( 12). 4 Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que des mesures de gravitation sont effectuées par l'appareil de mesure ( 18) indiquant les composantes (gm, gy, g 2) du champ de gravitation suivant deux ou trois axes mutuellement perpendiculaires. Appareil de mesure dans un trou, destiné à déterminer l'interférence magnétique à l'intérieur d'un collier de forage non magnétique disposé dans un train de tiges de forage à l'intérieur d'un forage, résultant de la présence de sections magnétisées du train de tiges de forage au-dessus et au-dessous du collier de forage, l'appareil comportant un appareil de mesure allongé ( 18) comprenant un boîtier agencé pour être positionné coaxialement à l'intérieur du collier de forage ( 12) dans le but d'effectuer des mesures magnétiques dans une position de mesure à l'intérieur du forage, et des moyens de fourniture de mesures destinés à fournir les mesures effectuées par l'appareil de mesure ( 18) dans la position de mesure afin de permettre le calcul de l'interférence magnétique à partir de ces mesures, caractérisé en ce que l'appareil de mesure ( 18) consiste en deux détecteurs magnétiques ( 22, 23) dans l'ensemble de boîtier, espacés l'un de l'autre suivant l'axe du boîtier de manière que chaque détecteur ( 22, 23) se situe dans une position appropriée sur l'axe du collier de forage ( 12) lorsque des mesures magnétiques doivent être effectuées à la position de mesure, chaque détecteur ( 22, 23) étant agencé pour effectuer une mesure magnétique respective indiquant la composante (B 1) ou (B 2) du champ magnétique suivant l'axe du collier de forage ( 12) dans une position respective correspondant à la position du détecteur ( 22, 23) dans la position de mesure, les moyens de fourniture de mesure étant agencés pour fournir les mesures effectuées par les deux détecteurs magnétiques ( 22, 23) dans la position de mesure afin de calculer l'interférence magnétique résultant des sections magnétisées du train de tiges de forage. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux détecteurs magnétiques ( 22, 23) sont des magnétomètres à entrefer. 7 Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les deux détecteurs magnétiques ( 22, 23) sont disposés dans un boîtier commun. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le boîtier contient également des détecteurs pour effectuer des mesures magnétiques indiquant les composantes (B, B) du champ magnétique suivant deux axes mutuellement perpendiculaires, qui s'étendent perpendiculairement à l'axe du collier de forage ( 12). 9 Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le boîtier contient également des détecteurs ( 24) destinés à effectuer des mesures de gravitation indiquant les composantes (g, gy, g) du champ de gravitation suivant deux ou trois axes mutuellement perpendiculaires. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les détecteurs magnétiques ( 22, 23) sont espacés l'un de l'autre dans une région qui se trouve à l'écart et entre une extrémité axiale du collier de forage ( 12) et le point milieu entre les deux extrémités axiales du collier de forage ( 12).