Brevet FR2697578A1 — publié le 19940506

CENTREUR POUR SONDAGE L'invention se rapporte aux appareils de puits utilisés dans les sondages et plus particulièrement à un centreur pour maintenir dans l'axe d'un sondage un appareil de puits suspendu à l'extrémité d'un câble. On connaît de nombreux types de centreurs utilisés dans les sondages De préférence, les centreurs connus sont réalisés différemment suivant qu'ils sont destinés à être utilisés dans la partie découverte ou dans la partie tubée d'un sondage Un sondage comprend en effet une partie, dite découverte, dont le diamètre varie souvent de façon importante et dont la paroi est formée par des formations géologiques plus ou moins tendres, et une partie revêtue d'un tubage métallique ou partie tubée dont le diamètre varie peu Un centreur optimisé pour la partie tubée ne convient généralement pas à la partie découverte d'un sondage Inversement, un centreur glissant contre les formations n'est pas optimisé pour la paroi dure d'un tubage. Il est donc usuel de concevoir des centreurs différents pour les divers usages. Certains centreurs sont particulièrement adaptés à centrer un appareil de puits dans le tubage d'un sondage Un exemple d'un tel centreur est décrit dans le brevet US 4 595 055 (Vannier) Ce dispositif comprend des roulettes qui viennent en appui contre la paroi du tubage, les roulettes étant montées à l'extrémité de bras articulés et repoussées vers l'extérieur par une combinaison de lames élastiques courbes et de ressorts hélicoïdaux Un tel centreur fonctionne de façon satisfaisante dans un tubage dont la paroi est métallique et dure Il n'est pas adapté à glisser convenablement contre une paroi constituée de formations géologiques ce qui ser/ait le cas si on l'utilisait dans la partie découverte. On connaît aussi des centreurs adaptés à fonctionner dans la partie découverte des sondages Ces centreurs utilisent des lames élastiques courbes dont les parties centrales viennent en appui glissant contre les formations Dans certains centreurs, on prévoit des ressorts hélicoïdaux qui coopèrent avec les lames élastiques pour fournir une force de centrage sensiblement constante sur une gamme étendue de diamètres de sondage La force des ressorts hélicoïdaux est transmise à la partie centrale des lames élastiques par l'intermédiaire de bras articulés. Un centreur adapté à centrer un appareil de puits dans la partie découverte d'un sondage est décrit dans le brevet US 3 915 229 (Nicolas) Ce dispositif comprend un corps et des lames élastiques courbes dont les parties centrales viennent en appui contre la paroi du sondage Les parties centrales des lames sont maintenues à une distance uniforme du corps grâce à des bras articulés sur un collier monté coulissant sur le corps et repoussé par un ressort hélicoidal. Un autre centreur destiné à centrer un appareil dans la partie découverte d'un sondage est décrit dans le brevet US 3 555 689 (Cubberly) Ce centreur comprend un corps sur lequel coulissent deux colliers rappelés l'un vers l'autre par un ressort hélicoïdal. Des lames élastiques courbes montées entre les deux colliers ont des parties centrales qui viennent en appui contre la paroi du sondage. L'action des lames élastiques et celle des ressorts hélicoïdaux se combinent pour appuyer les lames contre la paroi du sondage avec une force sensiblement constante Des bras articulés montés entre les colliers viennent en contact sur les parties centrales des lames pour les maintenir à une distance latérale uniforme du support. Un objet de l'invention est un centreur susceptible d'être utilisé dans la partie découverte ou dans la partie tubée d'un sondage. Un autre objet de l'invention est un centreur à double utilisation dont le coût est relativement réduit. Un autre objet de l'invention est un centreur comprenant un ensemble amovible qui permet de l'optimiser suivant l'environnement dans lequel il est utilisé. Selon un aspect de l'invention, un centreur pour sondage comprend un ensemble principal susceptible de centrer un appareil de puits dans 2 - un tubage l'ensemble principal incluant un corps allongé, des premier et deuxième supports longitudinalement espacés l'un de l'autre montés coulissants sur le corps, des structures de bras articulés disposées autour du corps, chaque structure incluant un premier bras articulé sur le premier support, un deuxième bras articulé sur le deuxième support et une articulation centrale disposée entre les premier et deuxième bras de façon à s'écarter latéralement du corps lorsque les premier et deuxième supports sont rapprochés l'un de l'autre, et des moyens ressort pour écarter latéralement du corps les articulations centrales Le centreur comprend de plus un ensemble d'adaptation comprenant des lames élastiques courbes articulées de façon démontable sur les premier et deuxième supports, les lames élastiques ayant des longueurs choisies de façon que leurs parties centrales soient plus écartées du corps que les articulations centrales après fixation des lames élastiques sur l'ensemble principal L'ensemble d'adaptation coopére ainsi avec l'ensemble principal pour former un centreur adapté à centrer l'appareil de puits dans la partie découverte d'un sondage. De préférence, l'ensemble d'adaptation comprend des premier et deuxième colliers de liaison fixés de façon démontable sur les premier et deuxième supports, les lames élastiques ayant leurs extrémités articulées sur ces colliers de liaison Les articulations centrales portent des roulettes et les lames élastiques sont conçues de façon que leur parties centrales soient latéralement espacées des roulettes. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente, suspendu dans un sondage, un appareil de diagraphie équipé d'un centreur selon l'invention, et la figure 2 est une coupe longitudinale détaillée du centreur de l'appareil de la figure 1. 3 - En référence à la figure 1, un appareil de puits qui, dans l'exemple, est un appareil de diagraphie acoustique 10, est représenté dans un sondage 11 suspendu à l'extrémité d'un câble 12 qui passe sur une poulie 13 et est enroulé autour d'un treuil (non représenté) faisant partie d'un équipement de surface 14 Le treuil de l'équipement de surface 14 permet de descendre et remonter l'appareil de diagraphie 10 le long du sondage Le sondage 11 comporte une partie supérieure revêtue d'un tubage 16, appelée aussi partie tubée En dessous du tubage 16, le sondage 11 a une partie découverte 17 dans laquelle la paroi du sondage est formée par des formations géologiques sans soutènement. L'appareil de diagraphie 10 représenté à titre d'exemple comprend à sa partie inférieure un capteur ultrasonore tournant 20, qui balaie au cours de sa rotation, la paroi du sondage Un tel capteur, connu des spécialistes, émet des impulsions ultrasonores en direction de la paroi et détecte l'écho réfléchi par les formations afin d'obtenir une image acoustique de la paroi L'axe du capteur est maintenu sensiblement dans l'axe du sondage par un centreur 21 et par une couronne d'écartement 22 qui empêche que le haut de l'appareil ne vienne trop près de la paroi du sondage, même dans le cas de sondages déviés. L'appareil de diagraphie 10, relié au câble 12 par une tête de connexion 23 qui porte la couronne d'écartement 22, comprend de façon classique, à sa partie supérieure, une cartouche étanche 24 qui contient des circuits électroniques pour recevoir et transmettre des signaux de commande provenant de l'équipement de surface 14 en vue de commander le fonctionnement de l'appareil 10 Les circuits électroniques servent aussi à l'émission, à la réception, au traitement et à la transmission vers la surface des signaux de mesure du capteur 20 Le centreur 21 se prolonge vers le haut par une enveloppe 25 contenant un moteur pour entraîner en rotation le capteur 20. Le bon fonctionnement d'un tel appareil de diagraphie 10 est lié à la qualité du centrage fournie par le centreur 21 Ce centreur doit maintenir le capteur 20 avec une bonne précision au centre du sondage même en cas de sondage fortement incliné Mais surtout, la 4 - résistance au frottement du centreur le long du sondage ne doit pas présenter d'à-coups, même en cas de variations brusques du diamètre du sondage, de façon que lors de la mesure, la vitesse de l'appareil reste aussi uniforme que possible. L'appareil de diagraphie à transducteur ultrasonore tournant tel que représenté sur la figure 1, est utilisé pour fournir une image de la paroi du sondage constituée par les formations Il existe aussi une version d'appareil de diagraphie à transducteur ultrasonore tournant qui sert à l'évaluation in situ de la corrosion des tubages et de la qualité de leur cimentation et qui est donc déplacé le long de la partie tubée du sondage Un tel appareil utilise alors deux centreurs obtenus par une modification simple du centreur 21 comme on le verra par la suite Le centreur 21 est ainsi utilisable soit dans la partie tubée soit dans la partie découverte du sondage. En référence à la figure 2, le centreur 21 comprend un corps tubulaire 30 ayant, du haut vers le bas, une partie supérieure de diamètre réduit 32, une partie centrale 33 et une partie inférieure de diamètre réduit 34 L'extrémité supérieure du corps 30 est vissé à l'enveloppe 25 et son extrémité inférieure est vissée au capteur Sur la partie supérieure 32 du corps est monté coulissant un premier support annulaire 36 entre une position haute limitée par une butée 37 et une position basse limitée par un épaulement 40 tourné vers le haut situé entre la partie supérieure de diamètre réduit 32 et la partie centrale 33 du corps. De même, sur la partie inférieure 34 du corps est monté coulissant un deuxième support annulaire 41 dont la course est limitée vers le bas par une butée 42 et vers le haut par un épaulement 43 disposé entre la partie inférieure de diamètre réduit 34 et la partie centrale 33 du corps. Six structures ou paires de bras, régulièrement réparties autour du corps 30, sont articulées entre les premier et deuxième supports coulissants 36 et 41 Chaque paire de bras comprend un bras supérieur 45 i articulé par un pivot transversal 46 i sur le premiér support 36 et un bras inférieur 47 i articulé par un pivot transversal 48 i sur le deuxième support 41, i étant un indice allant - 6 - de 1 à 6 Sur la figure 2, seules les première et quatrième paires de bras 451 471 et 454, 474 sont représentées On remarquera que les paires de bras d'indice impair comme par exemple 451 471 sont légèrement décalées vers le haut par rapport aux paires de bras d'indice pair comme par exemple 454, 474 Cette disposition permet un passage plus progressif du centreur d'une section de sondage de fort diamètre à une section de sondage de diamètre plus restreint. Les bras 45, 47 d'une même paire sont articulés entre eux par une articulation centrale 50 i sur laquelle est montée tournante une roulette 51 Des ressorts à lames courbes 52 i dont la base est fixée dans le support 36 viennent en appui sur les bras 45 i au voisinage des articulations centrales 50 i de façon à écarter du corps les roulettes 51 i et rapprocher l'un de l'autre les supports coulissants 36 et 41 La courbure et le nombre de lames des ressorts 52 i sont choisies de façon que la force d'écartement radiale appliquée aux roulettes soit sensiblement constante quelle que soit la distance entre le corps 30 et les roulettes. Le corps 30, les supports 36 et 41, les bras articulés 45 i et 47 i' les roulettes 51 i et les ressorts à lames 52 i et 53 i constituent un ensemble principal susceptible de centrer l'appareil de diagraphie dans la partie tubée d'un sondage En effet, cet ensemble principal comporte toutes les fonctions nécessaires à un centrage optimisé pour tubage, notamment grâce à la présence des roulettes 51 qui sont appliquées contre la paroi d'acier avec une force radiale sensiblement constante. Toutefois, le centreur formé par cet ensemble principal ne convient pas au centrage dans la partie découverte du sondage car la paroi peut être recouverte de cake de boue ou les formations elles-mêmes peuvent être relativement molles, de sorte que les roulettes risquent de s'enfoncer dans la paroi du sondage ce qui les rend inopérantes et même nuisibles En outre, la partie découverte d'un sondage comporte de fréquentes variations de diamètre Dans le cas du centreur constitué par l'ensemble principal décrit précédemment, une réduction brusque de diamètre peut appliquer aux bras'unreffort longitudinal qui engendre une augmentation brutale de-résistancé au déplacement longitudinal de l'appareil Des structurés angulaires 7 - de bras articulés susceptibles de venir en appui contre la paroi ne sont donc pas satisfaisantes pour un centreur destiné à la partie découverte d'un sondage. Comme on va le décrire maintenant, le centreur 21 comprend un ensemble amovible d'adaptation 75 qui permet l'utilisation optimale du centreur dans la partie découverte 17 du sondage. Sur le support annulaire supérieur 36 est fixé par des vis 76 un collier de liaison 77 ayant des pivots 78 i sur lesquels sont articulées les extrémités supérieures de six lames élastiques 801 régulièrement réparties autour du corps Les extrémités inférieures des lames élastiques 80 i sont articulées sur des pivots 81 i disposés sur un collier de liaison inférieur 82 fixé au support annulaire inférieur 41 par des vis 83 Les longueurs des lames élastiques 80 i sont choisies de façon que leurs parties centrales 84 i ne viennent pas en appui sur les roulettes 51 i sauf dans la position o le centreur est complètement fermé, auquel cas les lames viennent toucher les roulettes 51 qui, elles-mêmes, viennent en appui contre la partie centrale 33 du corps 30. Les parties centrales des lames élastiques 80 i sont entourées d'un revêtement souple 85 i en élastomère On a trouvé que l'espacement entre les roulettes 51 i et les parties centrales des lames élastiques 80 i améliorait le comportement du centreur lorsqu'il devait passer d'une zone du sondage de diamètre élevé à une-zonelde sondage de diamètre plus faible En effet, comme les lames 80 i sont distantes des roulettes 51, elle sont susceptibles de se déformer légèrement vers l'intérieur afin de mieux absorber les variations de diamètre du sondage sans provoquer d'à-coups sur le câble Le rétrécissement de diamètre se traduit par une force longitudinale qui écarte les supports coulissants l'un de l'autre et à laquelle s'oppose la force des ressorts à lames 52 i et 53 i Le mouvement vertical de l'appareil de puits est ainsi plus uniforme que celui obtenu avec les centreurs classiques. Comme on l'a vu précédemment, l'enveloppe 25 contient un moteur (non représenté) pour entraîner en rotation le capteur tournant 20 Bien qu'on ne l'ait pas représenté sur la figure, le corps 30 du centreur est traversé longitudinalement par une transmission mécanique reliant le moteur électrique au capteur tournant De plus, le corps est traversé par des conducteurs qui assurent une liaison électrique avec le capteur Le corps 30 pourrait aussi être équipé de têtes de connexion supérieure et inférieure permettant une liaison électrique et mécanique démontable avec des sections d'appareil disposées au dessus et au dessous du centreur. Le centreur 21 est très facilement adaptable à un appareil de diagraphie destiné à effectuer des mesures dans la partie tubée du sondage Il suffit en effet d'ôter l'ensemble d'adaptation 75 formé par les colliers de liaison 77 et 82 et les lames élastiques 80 i pour disposer d'un centreur qui, avec ses ressorts à lames 52 i et 53 i et ses roulettes 51 i est optimisé pour la partie tubée du sondage Les colliers de liaison 77, 82 sont adaptés à passer autour de l'ensemble principal lorsque ce dernier est en position fermée de façon que l'ensemble d'adaptation puisse être installé sur cet ensemble principal en l'enfilant par l'une des extrémités du corps Après mise en place, l'ensemble d'adaptation est fixé à l'ensemble principal par les vis 76 et 83. Le centreur qui vient d'être décrit peut faire l'objet de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention tel que défini dans les revendications annexées En particulier, les lames élastiques peuvent être articulées de façon amovible sur -les supports coulissants par d'autres moyens de liaison que les colliers 77 et 82 Les paires de bras peuvent être conçues de façon que les roulettes soient au même niveau Les roulettes peuvent être montées de façon amovible sur les articulations centrales des bras et n'être mises en place que dans le cas o le centreur est utilisé dans la partie tubée du sondage. 8 - REVENDICATIONS 1 Centreur pour sondage comprenant un ensemble principal susceptible de centrer un appareil de puits dans un tubage l'ensemble principal incluant: un corps allongé ( 30); des premier et deuxième supports ( 36, 41) longitudinalement espacés l'un de l'autre montés coulissants sur le corps ( 30); des structures de bras articulés disposées autour du corps, chaque structure incluant un premier bras ( 45 i) articulé sur le premier support ( 36), un deuxième bras ( 47 i) articulé sur le deuxième support ( 41) et une articulation centrale ( 5 Oi, 51 ') disposée entre les premier et deuxième bras ( 45 i' 47 f) de façon à s'écarter latéralement du corps lorsque les premier et deuxième supports sont rapprochés l'un de l'autre; et des moyens ressort ( 52, 53 i) pour écarter latéralement du corps les articulations centrales ( 50, 51 >); caractérisé en ce qu'il comprend de plus un ensemble d'adaptation ( 75) comprenant des lames élastiques courbes ( 80) articulées de façon démontable sur les premier et deuxième supports ( 36, 41), les lames élastiques ( 80) ayant des longueurs choisies de façon que leurs parties centrales soient plus écartées du corps ( 30) que les articulations centrales ( 50 î, 511) après fixation des lames élastiques sur l'ensemble principal, l'ensemble d'adaptation ( 75) coopérant ainsi avec l'ensemble principal pour former un centreur adapté à centrer l'appareil de puits dans une partie découverte de sondage. 2 Centreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'adaptation ( 75) comprend des premier et deuxième organes de liaison ( 77, 82) fixés de façon démontable sur les premier et deuxième supports ( 36, 41), les lames élastiques ( 80) ayant leurs extrémités articulées sur les premier et deuxième organes de liaison ( 77, 82). 9 - - 3 Centreur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premier et deuxième organes de liaison ( 77, 82) sont des colliers entourant les premier et deuxième supports ( 36, 41), au moins l'un des colliers étant adapté à passer autour de l'ensemble principal en position fermée pour pouvoir être enfilé sur ledit ensemble principal. 4 Centreur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens ressort comprennent des ressorts à lames ( 52 f, 53 f) montés entre les supports ( 36, 41) et les structures de bras articulés pour appliquer aux articulations centrales ( 50 o, 51 f) une force radiale sensiblement constante. Centreur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre égal de lames élastiques ( 80 f) et de structures de bras articulés ( 45 i' 47 i), chacune des structures de bras étant disposée entre le corps ( 30) et une lame élastique ( 80 i). 6 Centreur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les articulations centrales ( 50, 51 i) sont équipés de roulettes ( 51 i). 7 Centreur selon les revendications 5 et 6 prises en combinaison, caractérisé en ce que les lames élastiques sont conçues de façon que leur parties centrales ( 84 î) soient latéralement espacées des roulettes ( 51 i). 8 Centreur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les parties centrales ( 84 j) des lames élastiques ( 80 f) ont un revêtement souple ( 85 i).