Brevet FR2670531A1 — publié le 19920619

La présente invention concerne une méthode et un dispositif pour mesurer la vitesse d'avancement réelle d'un équipement progressant dans un puits. L'invention peut être appliquée dans le domaine du pétrole pour la détermination de la vitesse d'avancement réelle d'un équipement de puits quelconque qu'il s'agisse d'un outil de forage ou d'une sonde de mesure par exemple. La connaissance de la vitesse réelle d'avancement est d'un grand intérêt pour les foreurs mais aussi pour les géologues qui ont besoin de connaître avec précision La configuration du sous-sol traversé par un puits. Des exemples de l'art antérieur dans le domaine de la détermination de la mesure de la vitesse de déplacement d'un outil dans un puits, sont décrits dans les brevets U.S 2 688 871, 3 746 102 ou 4 567 759, La demande de brevet européen EP 289 068 ou les brevets français FR 2 038 700 ou 2 593 606 etc. La vitesse d'avancement d'un outil dans un puits est souvent obtenue indirectement par des mesures faites en surface. Dans le cas d'un outil de forage, une méthode courante consiste à mesurer en surface la vitesse de pénétration dans le sol de la colonne qui supporte l'outil de forage ainsi qu'un autre paramètre tel que La tension dans la colonne ou encore au fond du puits, Le poids appliqué à l'outil de forage. Les résultats obtenus par ce type de méthodes ne sont généralement pas très rigoureux. La colonne est en effet constituée d'un train de tiges ou de tubes plus ou moins flexibles. Elle est de ce fait relativement élastique et sa tension varie en fonction de sa longueur. Des corrections doivent être introduites en conséquence pour tenir compte de ses variations de longueur qui sont d'autant plus grandes que le puits est profond. On doit tenir compte aussi des frictions plus ou moins importantes entre la colonne et les parois ainsi que de l'influence des différentes pressions s'exerçant sur l'ensemble de L'équipement progressant dans le puits.La détermination de la vitesse d'avancement devient donc très complexe si l'on veut prendre en compte tous les facteurs susceptibles de fausser les va leurs des paramètres intervenant dans le calcul, dans la mesure ou l'on peut les connaFtre avec précision. Une autre méthode utilisée dans le cadre d'opérations de forage, consiste à inclure dans L'équipement de fond plusieurs accéléromètres pour mesurer les composantes des accéLérations qu'il subit et à intégrer ces mesures pour obtenir la vitesse suivant la direction du puits. Cette méthode permet bien d'obtenir une mesure directe de la vitesse d'avancement. Cependant, sa mise en oeuvre est rendue difficile du fait des vibrations très importantes de L'outiL au fond du puits et aussi de la dérive propre des signaux fournis par les accéLéromètres sans compensation viendrait fausser les résultats. La méthode selon L'invention a pour objet de fournir des mesures de la vitesse réelle de déplacement d'un équipement le long d'un puits en évitant les inconvénients ci-dessus mentionnés. Elle est caractérisée en ce qu'elle comporte - L'émission de signaux par des moyens d'émission associés audit équipement; - la réception des signaux renvoyés par la paroi du puits par au moins deux unités de réception associées audit équipement et se trouvant en opération à des emplacements différents le long du puits et à une distance bien déterminée L'une de L'autre; - la mémorisation des signaux reçus respectivement par les deux unités de réception; - la reconnaissance de mêmes portions de paroi du puits ayant renvoyé des signaux successivement vers les deux unités de réception par une comparaison des signaux mémorisés reçus respectivement par les deux unités de réception; et - la mesure de l'intervalle de temps séparant les instants de passage des deux unités de réception devant chaque portion de paroi reconnue par ladite comparaison, la vitesse de déplacement dudit équipement étant fonction dudit intervalle de temps mesuré. De préférence, la méthode comporte la détermination explicite de la vitesse de déplacement en fonction de l'intervalle de temps mesuré. La méthode comporte par exemple la mémorisation d'au moins deux ensembles de signaux reçus respectivement par lesdites unités de réception, représentant chacun une image d'une portion au moins de la paroi périphérique du puits, la reconnaissance d'une même portion de surface ayant renvoyé des signaux successivement vers les deux unités de réception étant obtenue par une corrélation des deux images correspondantes. Suivant un mode de réalisation, les signaux de chaque ensemble de signaux sont reçus simultanément suivant plusieurs directions radiales différentes. Suivant un autre mode de réalisation, les signaux de chaque ensemble peuvent être reçus successivement par balayage suivant plusieurs directions radiales différentes. Les signaux émis et reçus peuvent être des ondes acoustiques, des ondes é lect ro-magnét i ques ou des rayonnements corpusculaires. Le dispositif selon L'invention est caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens d'émission associés à L'équipement déplacé dans le puits, adaptés à émettre des signaux en direction de la paroi du puits; - au moins deux unités de réception associées audit équipement pour recevoir les signaux renvoyés par la paroi du puits, ces deux unités étant disposées en opération à des profondeurs différentes du puits et à une distance bien déterminée L'une de L'autre; - des moyens pour mémoriser les signaux respectivement reçus par les deux unités de réception; - des moyens de traitement permettant, par une comparaison des signaux mémorisés, d'identifier des portions de paroi du puits ayant successivement renvoyé des signaux vers les deux unités de réception; et - des moyens de calcul pour mesurer l'intervalle de temps entre les instants de passage des deux unités de réception devant chaque portion de paroi identifiée par ladite comparaison, et en déduire la vitesse de dépLacement de L'équipement de puits. Suivant un mode de réalisation, les moyens d'émission comportent une seule unité d'émission. Suivant un autre mode de réalisation, les moyens démission comportent au moins deux unités d'émission associées respectivement auxdites unités de réception et dans ce cas, on peut utiliser des transducteurs adaptés à fonctionner à la fois à L'émission et à la réception. Les moyens d'émission comportent par exemple une pluralité d'émetteurs répartis à la périphérie de L'équipement déplacé le long du puits. Chaque unité de réception peut comporter également une pluralité de récepteurs répartis à la périphérie de L'équipement. Les moyens d'émission peuvent comporter au moins un transducteur tournant irradiant la paroi du puits par balayage. Chacune desdites unités de réception peut comporter aussi au moins un transducteur recevant par balayage les signaux reçus par la paroi du puits. D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon L'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où - la Fig. 1 montre schématiquement un équipement de puits relié à une installation de surface; - la Fig. 2 montre schématiquement un mode de réaLisation du dispositif selon L'invention associé à un équipement déplacé le long d'un puits; - la fig. 3 montre un schéma synoptique de l'appareillage électronique de détermination de la vitesse dans le mode de réalisation de la Fig.1; et - la Fig. 4 montre un schéma synoptique d'un ensemble de réception des signaux captés par chaque unité de réception, adapté au même mode de réalisation. Un corps tubulaire 1 (Fig.1) est interposé entre un équipement 2 descendu dans un puits 3 et des moyens de liaison 4 adaptés à relier celui-ci à une installation de surface I comportant une porte de commande C. Dans le cas où l t équipement se rapporte au forage du puits, les moyens de liaison adaptés comportent un train de tiges ou bien un flexible. Dans le cas où L'équipement est une sonde de mesure, par exemple, les moyens de liaison adaptés comportent par exemple un câble électro-porteur. A L'intérieur du corps 1 sont disposés (Fig. 2) des moyens 5 d'émission de signaux. Dans Le mode de réalisation décrit, ces moyens d'émission comportent par exemple une couronne 6 de transducteurs El, E2... Ep du type à céramiques par exemple, disposés à la périphérie du corps 1 et adaptés à émettre des signaux acoustiques vers différentes portions de la paroi du puits sensiblement à La même profondeur. Les moyens d'émission 5 comportent un ensemble d'émission 7 (Fig. 3) adapté à délivrer aux transducteurs émetteurs El à Ep, des signaux à une fréquence relativement élevée de L'ordre de 1 MHz par exemple qui peut être modulée en fréquence ou en amplitude. Dans le corps 1 est disposée une première unité de réception 8 comportant une couronne 9 de transducteurs récepteurs R11, R12... Rîn également du type à céramiques par exemple adaptés à recevoir les signaux émis par les moyens d'émission 5 et renvoyés par portion de la paroi autour du puits. Une deuxième unité de réception 10 analogue à La première unité 8 est disposée dans le corps à un emplacement déca lé longitudinalement par rapport à celui occupé par la première unité 8, le décalage longitudinal entre les deux étant connu avec précision. Les deux unités sont disposées par exemple à quelques dizaines de cm L'une de L'autre ou plus éventuellement. Cette deuxième unité de réception 10 comporte elle aussi une couronne li de transducteurs récepteurs R21, R21... R2n adaptés à recevoir les signaux émis par les moyens d'émission et renvoyés par la paroi du puits. Dans le corps 1 est également disposé un capteur azimutal 12. Il est adapté à fournir un signal représentatif des variations angulaires du corps durant son déplacement dans le puits 3. Les transducteurs R11 à Rîn et R21 à R2n des deux couronnes 9, 10 respectivement, sont connectés à deux ensembles de réception 13, 14. Chacun de ces ensembLes 13, 14 comporte (Fig. 4) un ensemble d'amplificateurs 15a, 15b... 15n connectés respectivement aux transducteurs récepteurs R1, R2... Rn, un ensemble de démodulateurs 16a, 16b, 16n connectés respectivement aux sorties des différents amplificateurs et un ensemble de filtres 17a, 17b... 17n auxquels on applique respectivement les signaux démodulés. Les signaux issus des différents filtres 17 d'un même ensemble de réception 13, 14 sont appliqués aux entrées d'un multiplexeur 18, 19. Les signaux issus de ces deux multiplexeurs sont appliqués respectivement à deux convertisseurs analogique-numérique 20, 21.Après leur numérisation, les signaux sont stockés dans deux unités de mémoire 22, 23. Un ensemble de contrôle 24 est adapté à synchroniser le fonctionnement de l'ensemble d'émission 7, des multiplexeurs 18, 19, des convertissseurs 20, 21 et des unités de mémoire 22, 23. Le dispositif comporte encore un ensemble de comparaison 25 tel qu'un corrélateur connecté aux deux unités de mémoire 22, 23 et au capteur azimutal 12. Un élément de calcul 26 est connecté à l'ensemble de comparaison 25 pour calculer la vitesse de déplacement du corps. Un moyen de transmission tel qu'une ligne 27 (Fig. 1, 3)) permet de transmettre à l'ensemble de commande C en surface les données mesurées au fond. On peut cependant utiliser une liaison d'un type différent, par ondes transmises dans la boue de forage par ondes électro-magnétiques au travers de la formation ou encore par le train de tiges, etc. Le calcul de la vitesse de déplacement du corps 1 est effectué par le calcul de l'intervalle de temps séparant les passages successifs des deux unités de récepteurs devant une même portion de la paroi du puits. L'identification de ces portions de paroi communes est réalisée par le corrélateur 25 qui est adapté à comparer deux "images" ou "signatures" stockées respectivement dans les unités de mémoire 22, 23 et constituées chacune de signaux reçus par les transducteurs d'une des unités de réception 8, 10. Chaque image est représentative d'une portion de paroi à la périphérie du puits au niveau d'une des couronnes 9, li de transducteurs. Les images à comparer sont ajustées L'une par rapport à L'autre en tenant compte des variations éventuelles de l'azimut détectées par le capteur azimutal 12. Si le corps se déplace vers le bas par exemple, le corrélateur est adapté à comparer toute nouvelle image de paroi récemment mémorisée par L'unité 23 aux images plus anciennes mémorisées dans L'autre unité de mémoire 22. Par balayage des différentes images successivement mémorisées contenues dans L'unité 22, le corrélateur identifie les images sensiblement identiques correspondant à une même portion de paroi.Un instant d'acquisition t1, t2 étant associé à chaque image, l'élément de calcul 26 détermine la vitesse de déplacement à partir de la distance connue D entre les deux ensembles de réception 8, 10 et de l'intervalle de temps séparant les deux instants t1 et t2 Si le déplacement du corps s'effectue dans le puits en sens inverse, la comparaison a lieu bien évidemment entre les images fraîchement mémorisées dans L'unité 22 et celles plus anciennes dans L'autre unité de mémoire 23. Pour un écart longitudinal donné D entre les deux unités de réception on choisit la capacité de chaque unité de mémoire 22, 23 en fonction de la période de répétition des cycles d'émission -réception de signaux et de la vitesse de dépLacement de l'équipement pour pouvoir contenir toutes Les images de la portion de puits intermédiaire. Suivant un deuxième mode de réalisation convenant pour un équipement de puits qui tourne sur lui-même de façon suffisamment régulière au cours de son déplacement, le dispositif selon L'invention peut comporter aussi des moyens de réception à balayage capables d'acquérir séquentiellement des images acoustiques de la paroi qui défi le devant un ou plusieurs transducteurs tournant avec L'équipement de puits. On peut utiliser aussi dans ce cas, des moyens d'émission tournant avec L'équipement de puits et adaptés à irradier la paroi par balayage également. Suivant un troisième mode de réalisation, chaque unité de réception à couronne telle que décrite en relation avec la Fig. 2, peut comporter des transducteurs capables de fonctionner aussi bien à L'émission qu'à à la réception. Dans ce cas, les deux unités d'émission-réception réalisent séparément les cycles successifs d'émission, de réception et d'acquisition de signaux. On ne sortirait pas du cadre de L'invention en formant des images ou signatures de la paroi du puits par irradiation de celle-ci avec d'autres types d'ondes. Le dispositif peut être adapté par exemple pour L'émission et la réception d'un rayonnement électro-magnétique (X ou gamma) ou corpusculaire Dans les modes de réalisation décrits, on procède à une comparaison d'images de la périphérie du puits. On ne sortirait pas du cadre de L'invention, bien entendu, en se limitant à des comparaisons portant sur des portions plus limitées de la paroi du puits. On ne sortirait pas plus du cadre de L'invention, dans le cas où l'on dispose d'une liaison de transmission de données à grand débit, en reportant dans la porte de commande C en surface (Fig. 1) certaines opérations de traitement des signaux captés au fond du puits par les unités de réception. Dans le mode de réalisation décrit, les signaux reçus sont filtrés après démodulation. On ne sortirait pas non plus du cadre de L'invention en inversant L'ordre du traitement effectué sur les signaux reçus. REVENDICATIONS 1) Méthode pour la mesure de la vitesse de deplacement d'un équipement (2) descendu dans un puits (3), caractérisée en ce qu'elle comporte - L'émission de signaux par des moyens d'émission (5) associés audit équipement (2); - la réception des signaux renvoyés par la paroi du puits par au moins deux unités de réception (8, 10) associées audit équipement et se trouvant en opération à des emplacements différents le long du puits et à une distance bien déterminée D L'une de L'autre; - la mémorisation des signaux reçus respectivement par les deux unités de réception; - la reconnaissance de mêmes portions de paroi du puits ayant renvoyé des signaux successivement vers les deux unités de réception, par une comparaison des signaux mémorisés reçus respectivement par les deux unités de réception; et - la mesure de l'intervalle de temps séparant les instants de passage des deux unités de réception devant chaque portion de paroi reconnue par ladite comparaison, la vitesse de déplacement dudit équipement étant fonction dudit intervalle de temps mesuré. 2) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on détermine la vitesse de déplacement en fonction dudit intervalle de temps. 3) Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on mémorise au moins deux ensembles de signaux reçus respectivement par lesdites unités de réception, représentant chacun une image d'une portion au moins de la surface périphérique du puits, la reconnaissance d'une même portion de surface ayant renvoyé des signaux successivement vers les deux unités de réception étant obtenue par une corrélation des deux images correspondantes. 4) Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que les signaux de chaque ensemble de signaux sont reçus simultanément suivant plusieurs directions radiales différentes. 5) Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que les signaux de chaque ensemble sont reçus successivement par balayage suivant plusieurs directions radiales différentes. 6) Méthode selon L'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que Les signaux émis et reçus sont des ondes acoustiques. 7) Méthode selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les signaux émis et reçus sont des ondes électro-magnétiques. 8) Méthode selon L'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les signaux émis sont produits par radio-activité. 9) Dispositif pour mesurer la vitesse d'avancement d'un équipement descendu dans un puits, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens d'émission (5) associés audit équipement adapté à émettre des signaux en direction de La paroi du puits; - au moins deux unités de réception (8, 10) associées audit équipement pour recevoir les sigaux renvoyés par la paroi du puits, ces deux unités étant disposées en opération à des profondeurs différentes du puits et à une distance bien déterminée L'une de L'autre; - des moyens pour mémoriser les signaux respectivement reçus par les deux unités de réception (8, 10); - des moyens de traitement (12, 25) permettant par une comparaison des signaux mémorisés, d'identifier des portions de paroi du puits ayant successivement renvoyé des signaux vers les deux unités de réception; et - des moyens de détermination de la vitesse (26) pour mesurer l'intervalle de temps entre les instants de passage des deux unités de réception devant chaque portion de paroi identifiée par ladite comparaison, et en déduire la vitesse de déplacement de l'équipement de puits. 10) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'émission (5) comporte une seule unité d'émission. 11) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que Les moyens démission (5) comportent au moins deux unités d'émission associées respectivement auxdites unités de réception. 12) Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte des transducteurs émetteurs-récepteurs. 13) Dispositif selon L'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les moyens d'émission comportent une pluralité d'émetteurs (6) répartis à la périphérie dudit équipement. 14) Dispositif selon L'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que chaque unité de réception comporte une pluralité de récepteurs (11) répartis à la périphérie dudit équipement. 15) Dispositif selon L'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que les moyens d'émission comportent au moins un transducteur tournant irradiant la paroi du puits par balayage. 16) Dispositif selon L'une des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que lesdites unités de réception comportent chacune au moins un transducteur recevant par balayage Les signaux reçus par la paroi du puits. 17) Dispositif selon L'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que chaque unité de réception (8, 10) comporte une chaine d'acquisition (13, 14, 18, 21) pour numériser les signaux reçus et les moyens de traitement comportant des moyens (72) pour capter les variations d'azimut et des moyens de corrélation (25) des signaux mémorisés. 18) Dispositif selon L'une des revendications 9 à 17, caractérisé en ce qu'une partie de l'ensemble constitué par les moyens de mémorisation des moyens de traitement et des moyens de détermination de la vitesse sont disposés en surface. 19) Dispositif selon L'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission (27) pour relier L'équipement à la surface.