Brevet FR2682715A1 — publié le 19930423

La présente invention se rapporte à un détecteur de venue de gaz dans un puits de forage pétrolier et, plus particulièrement à un tel détecteur qui est destiné à être installé en profondeur dans le puits. Lors d'un forage pétrolier, l'coutil traverse de nombreuses couches de roches dont certaines contiennent des hydrocarbures gazeux sous-pression. La pression des gaz étant en général supérieure à celle de la boue de forage qui remplit le puits de forage, le gaz pénètre dans la boue et remonte le puits vers la surface. En remontant, les bulles de gaz sous pression se détendent et leur vitesse de remontée augmente, ce qui risque de provoquer des dommages importants, voire même une explosion, à la surface. Divers types de détecteur ont été proposés pour avertir le personnel travaillant en surface afin que celui-ci puisse prendre des mesures de sécurité telles que la fermeture de vannes de sécurité ou l'augmentation de la densité de la boue de forage. Le document US-A-3.827.295 décrit un appareil de mesure de la pression hydrostatique de la boue de forage à la sortie du puits en surface. Le document US-A-4.273.212 concerne un détecteur dans lequel les ondes acoustiques, envoyées de la surface dans la boue et réfléchies au fond du puits, sont analysées afin de discerner l'arrivée de bulles de gaz dans la boue de forage. Ces deux appareils présentent des inconvénients en ce qu'ils ne sont pas totalement fiables et ne permettent pas de signaler une venue de gaz suffisamment tôt pour assurer la prise des mesures de sécurité nécessaires. La présente invention a donc pour but un détecteur de venue de gaz fiable et qui permet de signaler à temps toute la venue de gaz. Pour ce faire, l'invention propose un détecteur de venue de gaz dans un puits de forage comprenant un capteur destiné à discerner la présence de gaz dans la boue de forage caractérisé en ce que le capteur est monté en un point d'un cuvelage disposé dans le puits, le capteur étant relié à la surface par un câble. Le fait d'être disposé en profondeur dans le puits permet à l'appareil de détecter les venues de gaz peu de temps après leur entrée dans le puits, et l'utilisation d'un câble électrique assure une transmission instantanée, en surface, du signal fourni par le détecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une section d'un puits de forage pétrolier dans lequel est installé un détecteur de venues de gaz selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un sabot de cimentation muni du détecteur de l'invention. Sur la figure 1 est représentée une section de puits pétrolier en cours de forage, la garniture de forage n'étant pas représentée. Le puits 10 présente une section longitudinale étagée et comprend trois sections 12, 14 et 16 de diamètre différent. La première section 12, de plus grand diamètre est munie d'un cuvelage 18 de diamètre inférieur à celui de la section 12. L'espace annulaire entre le cuvelage 18 et la paroi du puits est rempli de ciment 20 à la suite d'une opération de cimentation bien connue en soi. De façon analogue, la deuxième section 14 du puits 10 est munie d'un deuxième cuvelage 22, l'espace annulaire 24 entre le cuvelage 22, la paroi du puits et l'intérieur du cuvelage 18 étant également remplie de ciment 24. Il est à noter que, de manière classique, le diamètre de la section 14 est similaire à celui du cuvelage 18.La dernière section 16 s'étend au fond du puits 10. Selon un mode de réalisation de l'invention, le cuvelage 22 comporte un sabot 26 de cimentation dans lequel est monté un détecteur 28 qui est relié à la surface par un câble électrique 30. Sur la figure 2 est représenté plus en détail le sabot 26 de cimentation pourvu du détecteur 28. Le sabot 26, comportant une partie 31 sensiblement tubulaire, est monté sur l'extérieur du cuvelage 22 par un filetage 32. Un anneau de ciment 34, disposé à l'intérieur du sabot 26, comporte un passage axial 36 qui communique avec l'intérieur du cuvelage 22. Comme représenté sur la figure 2, l'anneau de ciment 34 fait saillie au-delà de l'extrémité de la partie 31, qui est formée avec des rainures radiales 38 et 40 qui assurent une bonne adhérence de l'anneau de ciment 34. Le détecteur 28 est monté dans une ouverture 42 formée au fond de la rainure supérieure 38. Dans un mode de réalisation préféré, le détecteur 28 comprend un capteur de pression relié à la surface par le câble électrique 30. Le capteur 28 est disposé au fond de la rainure 38 afin d'assurer sa protection lors du passage de l'outil de forage à l'intérieur du sabot 26 quand le forage reprend après l'installation du cuvelage 22. Il est essentiel que, lors du passage de l'outil de forage, le capteur 28 soit mis en communication libre avec la boue de forage circulant à l'intérieur du sabot 26. A cette fin, il faut que la zone de l'anneau de ciment 34 entourant le capteur 28 soit entière arrachée. Pour ce faire, l'anneau de ciment 34 est formé avec une cavité 44 ayant une section légèrement supérieure à celle présentée par le capteur 28.Lors de la fabrication du sabot 26, la cavité 44 peut être remplie par un bouchon en un matériau soluble dans la boue de forage, par exemple un sel, le ciment formant l'anneau 34 étant coulé autour du bouchon. Ainsi, lors du passage de l'outil de forage, la boue de forage vient en contact avec le bouchon et le dissout, ce qui dégage la cavité 44 et met le capteur 28 en contact avec la boue. Selon un autre aspect de l'invention, on peut former l'anneau de ciment 34 en disposant devant le capteur 28 un élément 46 formé d'un matériau ayant une densité différente de celle du ciment afin que, lors du passage de l'coutil de forage, l'élément 46 soit arraché d'une seule pièce, assurant ainsi une mise en communication libre du capteur 28 avec la boue de forage. Dans l'exemple illustré, l'élément 46 a une forme tronconique. Lors de la descente du cuvelage 22 muni du sabot 26 dans le puits de forage, le câble électrique 30 est déroulé à l'extérieur du cuvelage 22, le long de celui-ci. De manière classique, le cuvelage 22 est muni de divers centreurs et racleurs sur sa longueur qui sont montés autour du câble 30. De plus, afin de protéger le câble 30 lors de la descente de l'ensemble dans le puits, des anneaux en matériau élastomère sont montés sur le cuvelage 22 autour du câble 26 à des intervalles le long du cuvelage. En surface, le câble 26 passe à travers le dispositif de suspension du cuvelage et son extrémité est branchée sur une prise de sécurité disposée de façon étanche dans la tête de puits. Une deuxième prise à l'extérieur de la tête de puits permet de relier le capteur 28 à une alarme disposée sur le plancher de forage. Selon un deuxième mode de réalisation, le capteur 28 est monté dans un des tubes qui forment le cuvelage 18 en un point situé au-dessus de l'anneau de retenue des bouchons de cimentation (non représenté). Le capteur, dans cette position, a l'avantage de se trouver, après l'opération de cimentation, au-dessus du niveau du ciment restant à l'intérieur du cuvelage. Le capteur reste, donc, dégagé du ciment et en communication directe avec l'intérieur du cuvelage. Même si une telle localisation est légèrement éloignée du sabot de cimentation 26, elle se trouve néanmoins suffisamment en profondeur pour pouvoir signaler en temps utile une venue de gaz à l'intérieur du cuvelage. D'autres capteurs peuvent être montés dans le cuvelage ou dans le sabot de cimentation 26, soit en remplacement du capteur de pression, soit en combinaison avec celui-ci. Par exemple, on peut faire appel à des capteurs de température ou de densité. L'utilisation d'un capteur de densité présente un intérêt dans le cas où les bulles de gaz sont à la même pression que la boue de forage et ne sont, donc, pas détectées par le capteur de pression. De telles bulles seraient néanmoins détectées par un capteur de densité. De préférence, les capteurs utilisés sont de type passif, démunis d'émetteur de signal afin de réduire la place nécessaire à leur installation dans le sabot. Ce type de capteur est interrogé, à partir de la surface, par l'intermédiaire du câble électrique 30. REVENDICATIONS 1 - Détecteur de venue de gaz dans un puits de forage (10) comprenant un capteur (28) destiné à discerner la présence de gaz dans la boue de forage caractérisé en ce que le capteur (28) est monté dans le puits (10) en un point d'un cuvelage (22) disposé dans le puits (10), le capteur (28) étant relié à la surface par un câble (30). 2 - Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur (28) est monté sur un sabot de cimentation (26) disposé à l'extrémité inférieure du cuvelage (22). 3 - Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur (28) est monté dans le cuvelage (18) en un point situé au-dessus de l'anneau de retenue des bouchons de cimentation. 4 - Sabot de cimentation muni d'un détecteur de venue de gaz selon la revendication 1, le sabot (26) étant pourvu d'une ouverture (42) dans laquelle est monté le capteur (28), l'ouverture étant obturée par un anneau de ciment (34) monté dans le sabot (26). 5 - Sabot de cimentation selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'unie cavité (44) est formée entre le capteur (28) et l'anneau de ciment (34). 6 - Ensemble de complétion comprenant un cuvelage (22), destiné à être inséré dans un puits de forage et muni d'un capteur (28), et un câble (30) destiné à relier le capteur (28) à l'extrémité supérieure du puits.