Brevet FR2664327A1 — publié le 19920110

Dispositif de diagraphie en zone claire La présente invention a pour objet un dispositif comprenant un câble à fonctions multiples, associé aux modifications correspondantes sur les outils de diagraphie utilisés, permettant de modifier dans un puits lors des opérations de diagraphie l'environnement dans lequel travaillent ces outils grâce à des possibilités d'injection ou de circulation de fluides depuis la surface au point de mesure. Celle-ci et les avantages du dispositif seront mieux compris par la description d'un exemple d'application. Celui-ci illustré par les figures 1 à 7 décrit l'utilisation d'une caméra CCD dans un forage. La mise en oeuvre d'une caméra dans les forages se heurte principalement à deux problèmes bien connus des spécialistes.L'un concerne la limite en température -environ 50 C- du substrat de silicium utilisé dans les caméras CCD et qui convertit point par point les informations lumineuses en charges électriques. L'autre est dû à la présence dans tous les forages profonds de "boue" totalement opaque dont les fonctions essentielles sont les suivantes - remonter à la surface les débris de roche provoqués par la rotation du trépan, - maintenir à l'intérieur du puits une pression permettant de contrebalancer celle des formations traversées et éviter des éruptions connues sous le nom de ("blow-out"), - recouvrir les parois des formations perméables d'un "gâteau de boue"- résultat de la filtration de la boue à travers la formation- protégeant les parois du puits d'effondrements éventuels. Ces deux problèmes ont jusqu'à ce jour limité les applications caméra CCD en forage, que ce soit en application couleur ou noir et blanc, aux seuls forages d'eau, cette appellation impliquant que soient satisfaites les deux conditions suivantes : faible température, donc faible profondeur, et forage en eau claire. L'invention, objet de la présente demande de brevet, met en oeuvre, dans son principe de base, un câble à fonctions multiples 1, associé à un outil de diagraphie 3, mettant en oeuvre des principes de mesure et circuits associés traditionnels mais comportant quelques modifications pour tirer parti des possibilités du câble 1 et pouvoir ainsi résoudre les deux problèmes ci-avant. Les figures annexées ci-après facilitent la compréhension du dispositif - la figure 1 décrit l'environnement général d'un puits en cours de mesures traditionnelles et les principaux ensembles utilisés dans l'invention; - les figures 2 et 3 détaillent les modifications apportées au câble et aux composants associés à sa mise en oeuvre; - les figures 4,5 et 6 illustrent une application du dispositif (utilisation d'une caméra CCD en milieu opaque) mettant en oeuvre divers modes de réalisation, et les modifications nécessaires à réaliser sur les outils de diagraphie; - la figure 7 détaille une réalisation possible de la connection câble/outil. L'ensemble des composants habituellement mis en oeuvre dans une opération de diagraphie, apparait sur la figure 1 et ceux-ci comprennent - un câble 1 enroulé sur le touret 2 d'un camion laboratoire 7, bien connus des spécialistes; - un outil 3 connecté mécaniquement et électriquement à la partie inférieure du câble 1 ; le câble 1 comprend, dans les applications courantes, deux couches de fils métalliques 8 constituant sa structure mécanique, des fils électriques isolés 5 permettant l'alimentation en énergie de l'outil de fond 3, l'envoi de commandes à l'outil et la transmission des mesures vers la surface; des standards existent, quant aux nombres de conducteurs, en fonction des opérations à réaliser ; dans le domaine pétrolier ces standards mettent en jeu le plus souvent ou des câbles à sept conducteurs (diamètre 7/16" ou 15/32", 213,36/16cm ou 467,20/32cm) pour les opérations de diagraphie en trou ouvert (non en production et rempli de boue) ou des câbles monoconducteurs (diamètre 5/16", 152,40/16cm) pour des opérations de perforation pour mise en production, ou monoconducteurs avec câble de faible diamètre (3/16", 91,44/16cm ou 7/32", 213,36/32cm) pour des opérations devant être effectuées dans un puits sous pression, celui-ci ayant déjà été mis en production - le câble 1 est connecté en surface à un collecteur 9 permettant le passage d'un système en rotation à un système statique - les conducteurs 5 sont prolongés, côté statique du collecteur, par un câble 23 jusqu'à l'organe de contrôle et d'enregistrement de surface 4. L'outil de fond 3, dans l'application décrite sur la figure 4 et illustrant le principe et les avantages de l'invention comprend en partie basse une caméra CCD 11. Cette caméra peut être articulée pour permettre aussi bien une visée axiale que radiale. Eventuellement la visée radiale est obtenue en insérant un prisme à 45 , selon une méthode bien connue des spécialistes. Le principe selon l'invention utilise un câble à fonctions multiples 1, dont un mode de réalisation est décrit sur la figure 2, qui comprend, outre les composants standards décrits précédemment, une âme tubulaire 10 placée au centre du câble. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, le tube 10 est constitué d'un flexible multicouche à résistance à l'éclatement élevée. La nature de ce tube ne pose pas de problème particulier ; les tubes flexibles sont en effet d'une utilisation courante dans la réalisation des outils de diagraphie où ils servent à équilibrer la pression entre le milieu en boue à la pression hydrostatique, et celle du fluide hydraulique contenu dans ces tubes et pouvant servir par exemple à l'alimentation de moteurs hydrauliques. Une réalisation possible du collecteur 9 nécessaire pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention est présentée sur la figure 3. Comme dans les applications courantes, le câble 1 passe à l'intérieur de l'axe 15 du touret 2 et les conducteurs 5 sont connectés au rotor 17 du collecteur 9 ; l'information électrique est récupérée depuis les bagues 21 par les balais 22 avant d'être connectés au câble 23, intermédiaire entre le collecteur 9 et l'ensemble d'enregistrement 4. Dans la mise en oeuvre du dispositif, le collecteur 9 comprend aussi une sortie 19 connectée au tube 10 par l'intermédiaire d'une étanchéité dynamique 20. Dans cette application, le tube 10 répond à deux objectifs - injecter au niveau de chaque mesure ou visée un fluide transparent 14 permettant de déplacer la boue 16 et de constituer une "bulle de clarté" rendant possible l'utilisation de la caméra 11 ; - maintenir l'enceinte où est confinée le substrat de silicium de la caméra CCD à une température inférieure à sa température critique. La présente invention a donc également pour objet un procédé de diagraphie dans un puits de forage dans lequel un outil de relevé est introduit au sein d'une boue de forage. Ce procédé a pour objet de modifier l'environnement de l'outil au moyen d'un fluide d'adaptation en surpression au niveau de la zone et/ou de l'outil de relevé ou de mesure. La modification précitée de l'environnement de l'outil peut consister en une adjonction en surpression dans le puits du fluide d'adaptation. Selon un mode de réalisation avantageux non limitatif qui sera décrit ultérieurement dans la description, le procédé selon l'invention peut consister à engendrer, pour délimiter la zone de relevé, au moins un bouchon visqueux séparant le fluide d'adaptation ajouté de la boue de forage ou du milieux intérieur naturel du puits. Conformément aux indications précédentes, le fluide d'adaptation peut être constitué par un fluide réfrigérant. En outre, le fluide d'adaptation peut être constitué avantageusement par un fluide transparent aux longueurs d'ondes du spectre visible ou à une plage de valeurs de celles-ci. Le procédé selon l'invention consiste alors dans la zone de relevé ou de mesure, constituée en bulle de clarté dans le puits, à effectuer une visualisation au moyen d'un capteur optique ou d'un système de prise de vues. Les caractéristiques physico-chimiques du fluide transparent 14 injecté sont choisies pour permettre de déplacer la boue 16 et de la remplacer par ce même fluide injecté 14 en évitant tout mélange et pollution avec celle-ci ; elles dépendent donc de celles du fluide en place. Dans les cas simples les plus courants, l'eau pourra être utilisée. L'utilisation d'un gaz, comme de l'azote par exemple, peut être envisagée. Dans ce cas, en raison des différences de densité entre le gaz et la boue en place, les moyens d'injection de surface seront suffisants pour contrebalancer la pression de la boue au niveau de la mesure. Des applications plus contraignantes pourront nécessiter des produits similaires aux graisses optiques utilisées notamment pour améliorer le couplage optique entre un cristal et un photomultiplicateur d'un détecteur de rayons gamma à scintillation. La figure 4 illustre la création de la bulle de "clarté" après injection du fluide transparent 14, par l'intermédiaire du tube 10, et déplacement de la boue 16. La mise en place de "bouchons" constitués de fluides spécifiques et à des fins particulières (par exemple pour acidifier les parois du réservoir) au sein d'une colonne de boue dans un forage est une technique couramment appliquée et ne nécessite pas de plus amples explications. La figure 2bis illustre un autre mode de réalisation d'un câble à fonctions multiples 1, incorporant outre une âme tubulaire 10, des conducteurs électriques 5 et les fils de structure métallique 8, une ou plusieurs fibres optiques 12. Les capacités de transmission des fibres optiques étant de beaucoup supérieures à celles des câbles électriques, en général une seule fibre optique est largement suffisante pour des applications utilisant des sondes équipées d'un système de multiplexage, les conducteurs électriques étant réservés à l'alimentation en énergie. Dans un mode possible de réalisation, le tube 10 est moulé au centre d'une gaine en matériau polymérique 36 les conducteurs électriques 5, eux-aussi moulés dans le matériau 36 et réservés à l'alimentation en énergie, sont au nombre de quatre. Les fibres optiques 12 sont placées dans des tubes 13, eux-mêmes moulés dans le matériau 36, selon une implantation parallèle à celle des conducteurs 5. Un jeu suffisant des fibres 12 à l'intérieur des tubes 13 et l'implantation hélicoidale usuelle permettent d'absorber les phases d'allongement/raccourcissement qui se produisent dans les courbes notamment au passage des poulies d'enroulement. La figure 2ter représente un autre mode de réalisation où le tube 10 est fractionné en plusieus petits tubes en nombre égal à celui des conducteurs 5 et implantés symétriquement entre les conducteurs 5. La fibre optique 12 dans son tube 13 est implantée au centre du câble 1, dans la position de la fibre neutre et n'est plus soumise alors, dans les zones de pliage, ni à allongement ni à raccourcissement. Le collecteur 9 associé au câble mixte 1 comprenant une ou plusieurs fibres optiques est illustré par les figures 3bis et 3ter. Dans le cas d'un câble mixte à fonctions multiples 1 n'incorporant qu'une seule fibre optique 12, la connection 37 entre le côté statique et le côté en rotation sera réalisée axialement, permettant ainsi de résoudre de façon simple le problème critique de l'alignement des connecteurs de fibres optiques. La connection entre le tube 10 et la sortie statique 38 du collecteur utilise une étanchéité dynamique 39 illustrée elle aussi sur la figure 3bis. Bien qu'une seule fibre optique 12 soit suffisante quand les outils de fond disposent d'un multiplexage, le recours à un nombre supérieur peut être envisagé. Il n' existe pas dans ce cas de solution fiable de connection 100 % optique à l'intérieur d'un collecteur, entre un système statique et un système tournant. La transformation des signaux optiques en signaux électriques est alors effectuée dans un module tournant 40 et les signaux électriques retransmis ensuite par le câble 23 via le système bague 21/balais 22, à l'ensemble d 'enregistrement 4. Les figures 5 et 6 illustrent des applications nécessitant des précautions particulières permettant d'éviter toute possibilité de mélange du fluide transparent 14 avec le fluide en place 16. Dans l'application de la figure 5, on procède à la mise en place d'un bouchon "visqueux" 18 bien connu des spécialistes notamment pour éviter à deux fluides en place de se mélanger : par exemple pour séparer la boue du ciment lors d'une opération de cimentation d'un tubage. Le fluide transparent 14 est ensuite injecté comme dans le mode de réalisation précédent.Dans un mode de réalisation similaire illustré par la figure 6, deux bouchons visqueux 18 seront injectés à des profondeurs très proches, le second après déplacement de l'outil 3 d'une amplitude correspondant à la différence de profondeur souhaitée et le fluide transparent 14 sera injecté entre ces deux bouchons visqueux 18. L'enceinte où est confinée le substrat de silicium de la caméra CCD 11 peut être maintenue à une températeur inférieure à la température critique par un circuit de refroidissement spécifique utilisant la ligne d'injection 10. Cette ligne peut être utilisée en dehors des phases d'injection du fluide transparent 14, particulièrement avant la mise en oeuvre de la caméra 11 ; le fluide utilisé est alors choisi en fonction de cette finalité. Comme l'illustrent les figures 4bis et 4ter, le point d'injection pourra être aménagé dans la partie haute de l'outil pour continuer à refroidir l'enceinte en cours de vision sans perturber la zone de transparence observée. Eventuellement une vanne de diversion 35, commandée par le câble 5, peut mettre en communication le tube 10 après refroidissement de l'enceinte du substrat de silicium, soit avec le point d'injection 33 lors du déplacement de la boue par le fluide transparent 14, soit avec un point d'évacuation 34 pendant l'utilisation de la caméra pour la circulation du fluide de refroidissement, ces deux points étant alors placés de façon optimale, l'un près de la caméra, l'autre en partie haute de l'outil, en fonction de l'objectif recherché. L'application du dispositif de câble multifluides à l'utilisation d'une caméra CCD en milieu opaque n'est qu'une illustration des possibilités de modification de l'environnement, souvent perturbateur pour les mesures, dans lequel se trouve un outil de diagraphies. La seule finalité d'un maintien de l'intérieur de l'outil 3 à une température inférieure à celle de la limite de fonctionnement peut largement justifier le recours à un câble multifluides selon l'invention. Les coûts mis en oeuvre pour garantir une électronique de mesure au delà de 120 C, sont multipliés par un facteur de 3 à 5 par rapport à ceux correspondant à de l'électronique standard. Au lieu de solutions 100 % électroniques, on préfère, quand l'environnement le permet, mettre en oeuvre des solutions du genre "dewar flask", ou bouteille thermos. De tels moyens d'isolation retardent l'échauffement de l'électronique de mesure, celle-ci ayant été placée à l'intérieur. Ils ne sont pas utilisables pour de l'électronique de puissance, pour laquelle on recherche au contraire à dissiper la chaleur dégagée.Le dispositif selon l'invention est la seule solution au delà d'un seuil estimé à environ 300/350 C constituant la limite non plus de l'électronique mais des câbles "très haute température" ; au-delà de telles valeurs en effet, les isolants de ces câbles très haute température perdent leurs caractéristiques. La figure 7 détaille un mode de réalisation possible de la connection entre le câble 1 et l'outil 3 par l'intermédiaire de la tête 28. Un doigt de positionnement 25 assure l'alignement des contacts males 26 et femelles 27. Des joints toriques 29 sur la partie mécanique assurent l'étanchéité du système vis-à-vis de la boue 16. D'autres joints assurent l'étanchéité de la ligne d'injection 10 vis-à-vis de l'outil et de l'intérieur de la tête. Un clapet 30, à bille par exemple, assure l'étan- chéité de la ligne 10 quand l'outil n'est pas connecté. Selon une mise en oeuvre bien connue des spécialistes, la liaison mécanique entre le câble 1 et la tête 28 est réalisée par l'intermédiaire d'une "noix de câble" 31. Un certain nombre de brins métalliques 8 du câble 1 sont coincés entre les deux composants côniques mâle et femelle de la noix 31. Le nombre de brins 8 est calculé pour constituer un point faible de façon, en cas de coincement de l'outil 3, à casser à cet endroit précis. La forme et la dimension de la "cloche" 32 de la tête 28 sont prévues pour permettre de coiffer cette cloche par un outil de repêchage connecté en bas des tiges et de remonter l'outil. Ce dispositif de câble multifluides reste donc compatible avec les standards utilisés dans ce domaine. REVENDICATIONS 1. Dispositif de diagraphie dans un puits de forage à partir d'installation de surface dans lequel un outil de relevé est introduit au sein d'une boue de forage, caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens générateurs permettant de délivrer un fluide d'adaptation sous pression, - un câble de liaison multifonction, le câble de liaison multifonction comprenant au moins un canal interne de conduite dudit fluide d'adap tation et reliant lesdits moyens générateurs de fluide d'adaptation sous pression audit outil de relevé de diagraphie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit câble multifonction comporte au moins - une âme tubulaire (10) centrale constituant le canal interne de conduite du fluide d'adapta tion, - un enrobage de l'âme tubulaire (10) et pris dans l'enrobage, - une pluralité de fils métalliques (8) formant armature souple inclus dans l'enrobage, - une pluralité de conducteurs électriques (5) destinés à assurer la transmission des infor mations entre le ou les outils de relevé et les installations de surface. 3. Dispositif selon L'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit câble multifonction comporte au moins un conducteur de type fibre optique (12). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'enrobage est constitué par un matériau polymérique (36) dans lequel sont moulés l'âme tubulaire (10), les conducteurs électriques (5) et la ou les fibres optiques (12). 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les fibres optiques (12) sont protégées par un tube étanche (13) et implantées entre les conducteurs électriques (5) selon une disposition bélicoidale parallèle à ces conducteurs. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fibres optiques (12) sont implantées au centre du câble multifonction, l'âme tubulaire (10) étant fractionnée en plusieurs tubes élémentaires implantés entre les conducteurs électriques (5). 7. Dispositif selon l'une des renvendications précédentes, caractérisé en ce que l'outil de diagraphie comporte une vanne de commutation (35) permettant de choisir le point d'injection ou d'évacuation du fluide circulant dans l'âme tubulaire (10). 8. Dispsotif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble de liaison multifonction est connecté à l'installation de surface, notamment aux moyens générateurs de fluide d'adaptation, par l'intermédiaire d'un collecteur (9), l'interconnection entre partie statique et dynamique de la fibre optique à l'intérieur du collecteur (9) étant placée dans l'axe de rotation de ce dernier. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le collecteur (9) comporte un module tournant (40) permettant d'assurer une conversion des signaux optiques en signaux électriques. 10. Procédé de diagraphie dans un puits de forage dans lequel un outil de relevé est introduit au sein d'une boue de forage, caractérisé en ce que celui-ci consiste à modifier l'environnement de l'outil au moyen d'un fluide d'adaptation en surpression au niveau de la zone et/ou de l'outil de relevé. 11. Procédé selon la revendication 10, carac prise en ce que la modification de l'environnement de l'outil consiste en une adjonction en surpression dans le puits. du fluide d'adaptation. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 ou ll, caractérisé en ce que, préalablement à ladite adjonction du fluide d'adaptation, celui-ci consiste à engendrer, pour délimiter ladite zone de relevé, au moins un bouchon visqueux. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 ou 12, caractérisé en ce que ledit fluide d'adaptation est un fluide réfrigérant. 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que ledit fluide d'adaptation est un fluide transparent aux longueurs d'ondes du spectre visible, le relevé consistant, dans la zone de mesure constituée en bulle de clarté dans le puits en une visualisation au moyen d'un capteur ou d'un système de prise de vues optique.