Brevet FR2722238A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne un ensemble de mesure constitué par un assemblage d'éléments de mesure descendu dans un puits afin d'effectuer ce que la profession appelle 1 0 du "logging". L'ensemble ou sonde est généralement long de plusieurs dizaines de mètres. Certains éléments de mesure peuvent nécessiter une orientation particulière par rapport à l'axe du puits afin d'effectuer leur mesure dans une direction privilégiée. Dans ce cas, la technique connue pour orienter certains éléments de mesure d'une sonde de logging consiste à faire tourner sur son axe la totalité de l'ensemble de mesure en 1 5 appliquant une rotation sur les tiges de manoeuvre à l'extrémité desquelles est fixé la sonde. Cette opération crée plusieurs inconvénients: - Le contrôle de l'orientation des éléments de mesure est difficile dans les puits o la friction sur la sonde et les tiges est importante. C'est le cas des forages déviés et en particulier des drains horizontaux o la friction est telle que la déformation en torsion des tiges et de la sonde empêche le contrôle précis de la position angulaire. - De plus, dans ces conditions, le contrôle imparfait de l'effet d'une rotation en surface sur la sonde peut provoquer la rupture par torsion au niveau de la sonde dont l'inertie est généralement plus faible que celle des tiges de manoeuvre. - Dans des puits horizontaux notamment, le poids de la sonde peut être tel que la rotation à partir de la surface peut ne pas être effective pour entraîner en rotation l'ensemble de la sonde. Ainsi, la présente invention concerne un ensemble de mesure descendu à l'intérieur d'un puits par des moyens de manoeuvre, ledit ensemble comportant plusieurs éléments de mesure assemblés les uns aux autres selon un axe longitudinal, lesdits moyens de manoeuvre étant fixés à une extrémité supérieure dudit ensemble, au moins un tronçon comportant au moins un élément de mesure dudit ensemble comporte à ses deux extrémités des moyens d'assemblage avec d'autres éléments de mesure. Selon l'invention, les moyens d'assemblage de l'extrémité du tronçon située du coté de l'extrémité inférieure dudit ensemble comporte un joint tournant autour de l'axe longitudinal, et l'ensemble comporte des moyens d'entraînement en rotation dudit tronçon. Chacun des moyens d'assemblage dudit tronçon peut comporter un joint tournant. Les moyens d'entraînement en rotation peuvent comporter une motorisation située dans le voisinage dudit tronçon, ladite motorisation étant commandée à partir de la surface du sol. Les moyens de manoeuvre peuvent être constitués par des tiges vissées les unes aux autres au dessus desdits éléments et remontant à la surface du sol, les moyens d'entraînement peuvent être situés à la surface du sol et entraîner en rotation lesdites tiges et ledit tronçon sans entraîner l'extrémité inférieure de l'ensemble de mesure. Les moyens de manoeuvre peuvent être constitués par un câble enroulé sur un touret à la surface du sol et ledit câble peut comporter une ligne de transmission des mesures et des commandes de ladite motorisation. Les moyens de manoeuvre peuvent être constitués par une tige semi-rigide enroule sur un touret à la surface du sol et ils peuvent comporter une ligne de transmission des mesures et des commandes de ladite motorisation. La tige peut être un tube métallique. La motorisation peut être alimentée par ladite ligne de transmission. Au moins un des moyens d'assemblage peut comporter des moyens de blocage en rotation du joint tournant et lesdits moyens de blocage peuvent être commandés par le moyen de la ligne de transmission. L'ensemble peut comporter des moyens de mesure de l'orientation dudit tronçon autour de l'axe longitudinal de l'ensemble. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus nettement à la description qui suit d'exemples particuliers, non limitatifs, illustrés par les figures suivantes: - La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention, - La figure 2 représente un autre mode de réalisation, - La figure 3 schématise une variante d'un moyen d'orientation d'un tronçon. La figure 1 représente schématiquement un puits 1 comportant une partie verticale et une partie inclinée, par exemple, pratiquement horizontale. Un ensemble de mesure 2 est constitué par un assemblage d'une pluralité d'éléments de mesure 2a, 2b, 2c, 2d et 2e. Cet ensemble de mesure est en contact plus ou moins continu avec les parois du puits. L'ensemble de mesure 2 est descendu dans le puits 1 par l'intermédiaire d'une garniture 3 de tiges de forage assemblées les unes aux autres pour mettre en place l'élément de mesure dans la zone o celui ci doit opérer ses mesures. Sur la figure 1, l'extrémité supérieure de la garniture 3 de tubes est suspendue par des moyens 5 sur une table 6 1 0 pouvant tourner, et pour cela appelée conventionnellement table de rotation. Un câble 4 comporte des conducteurs adaptés à transmettre les mesures et l'énergie nécessaire au fonctionnement de l'ensemble de mesure. Le câble 4 est descendue dans l'espace intérieur des tiges 3, généralement par gravité et/ou par pompage. Un dispositif de connexion 7 permet la liaison des conducteurs du câble 4 avec les éléments de mesure de 1 5 l'ensemble 2. Le câble est conventionnellement manoeuvré à partir de la surface par un treuil 8, les conducteurs du câble étant raccordés à une installation d'enregistrement et de contrôle 9 des mesures réalisées par l'ensemble 2. Dans cette premiere réalisation, seul un élément de mesure situé proche de l'extrémité supérieure de l'ensemble 2, doit être orienté dans le puits pour effectuer des mesures dans une direction déterminée. Pour cela, le moyen d'assemblage de l'élément 2a avec l'élément 2b comporte un raccord tournant 10. Bien entendu, le raccord tournant 10 comporte également des moyens rotatifs adaptés à la transmission des mesures ou des informations qui transitent par le câble 4 vers les éléments de mesure de l'ensemble 2. Par exemple, si le câble comporte des conducteurs électriques, un collecteur électrique tournant coopérera avec le joint rotatif, leurs axes de rotation étant identiques. Ces moyens mécaniques ne sont pas détaillés ici, car ils sont bien connus dans la profession. Dans la configuration illustrée par la figure 1, la partie de l'ensemble 2 du coté de l'extrémité inférieure procure la plus grande quantité de frottement sur les parois du puits, à cause du poids, de sa longueur ou même de bras de mesure ou des centreurs en contact avec les parois. Ainsi, l'invention présente l'avantage de permettre la rotation dans le but d'orientation de l'élément 2a sans entraîner en rotation les éléments 2b, 2c, 2d et 2e. La rotation se fait ainsi avec un couple le plus faible possible. Dans cette exemple illustré par la figure 1, il est possible que la garniture 3 de tiges comporte un raccord à entrée latérale ("side entry sub" selon l'appellation conventionnelle). Le raccord permettant au câble 3 de sortir de l'espace intérieur de la garniture 3 pour remonter vers la surface dans l'espace annulaire entre la garniture 3 et le puits 1. Ainsi, on peut déplacer l'ensemble de mesure 2 en ajoutant ou retirant des tiges au-dessus du raccord à sortie latérale tout en ayant continuellement la liaison de l'ensemble 2 avec la surface grâce aux conducteurs du câble 3 qui reste connecté par les moyens 7 pendant les ajouts ou retraits de tiges. 1 0 La figure 2 montre une variante de l'invention dans laquelle l'ensemble 2' est constitué par une pluralité d'éléments de mesure 2'a, 2'b, 2'c, 2'd, 2'e. Dans ce cas, l'élément de mesure 2'b est assemblé à ses voisins 2'a et 2'c par des moyens d'assemblage 11 et 12 comportant chacun un raccord rotatif et également des moyens rotatifs pour réaliser la continuité des conducteurs reliant les éléments de mesures à la surface du soL Les moyens 1 5 d'assemblage 11 et 12 peuvent l'un ou l'autre, ou les deux, comporter des dispositifs équivalents à des embrayages dont la fonction est de lier en rotation deux éléments de mesure consécutifs. Ces dispositifs d'embrayage sont de préférence tél1comrnmandés à partir de la surface du sol, soit par le moyen des conducteurs du câble 4, soit par d'autres systèmes connus de transmission d'information. Egalement, le tronçon comportant l'élément de mesure 2'b peut comporter une motorisation placée dans son voisinage, soit entre les deux moyens d'assemblage 11 et 12, soit de part et d'autre, c'est-à-dire ici au bout de l'élément 2'a ou de l'éléments 2'c. La référence 14 indique un moyen simple d'orientation de l'élément de mesure 2'b: on peut souder un balourd sur le corps de la sonde de façon à ce que l'élément 2'b ait tendance à s'orienter sous la seule action de la gravité. Dans la variante selon la figure 2, les moyens de manoeuvre 13 peuvent de préférence être constitués soit par: - une garniture de tiges 3 telle que décrite précédemment et illustrées par la figure 1, - un tube métallique du type "coil tubing" enroulée sous déformation plastique sur un touret, - une tige continue en matériau composite enroulée sur un touret en surface. - un câble de logging classique. Dans ces quatre exemples de moyens de manoeuvre 13, la transmission des mesures et/ou des commandes peut transiter par le moyen d'un câble, comme celui référencé 4 sur la figure 1. Dans le cas du "coil tubing, le câble de logging 3 peut être inclus dans le coil tubing, ou être dans l'espace annulaire dans le cas o il ne s'agit pas d'un tube équipé d'une ligne électrique. Dans le cas de la tige en matériau composite, celle ci peut avantageusement comporter une ligne de transmission, ligne incorporée en cours de fabrication de la tige. Il faut noter que dans les variantes o les moyens de manoeuvre sont constitués par 1 0 un tube, une tige continus ou un câble de logging, tous enroulés sur un touret, il n'est pas possible de faire tourner le tube, la tige ou le câble autour de son axe longitudinal pour orienter l'élément de mesure. La figure 3 illustre une variante d'un élément de mesure 20 relié aux éléments voisins par des moyens d'assemblage 22 et 21 comportant un raccord rotatif 23 et 24. Les raccords rotatifs 23 et 24 comportent au moins un contact électrique tournant 25 et 26, par exemple du type bague tournante coopérant avec un balai. Ces contacts électriques tournant permettent la transmission des informations, des mesures, des commandes, de part et d'autre des moyens d'assemblage 22 et 21. La pièce 27 a pour rôle d'effectuer les liaisons mécanique et électrique avec les moyens de manoeuvre 13 et le câble de transmission jusqu'en surface. Un moteur 28, par exemple électrique ou électrohydraulique, est activé et commandé depuis la surface pour faire tourner sur son axe longitudinal l'élément 20 afin de l'orienter dans une direction déterminée. Une boite mécanique 29 contient des rapports d'engrenages pour diminuer la vitesse et obtenir un couple de rotation le plus important possible compte tenu de la puissance disponible. Ce dispositif 29 peut comprendre un système de verrouillage en rotation, du type embrayage, du raccord rotatif 23. Un même système 30 peut équiper l'autre moyen d'assemblage 21. La référence 31 indique un moyen de contrôle de la position angulaire de l'élément de mesure 20 par rapport au puits. Le moyen de contrôle 31, solidaire de l'eélément de mesure 20, par exemple par une prise 32, comporte des accéléromètres ou plus simplement un appareil de mesure à pendule. Ces moyens sont conventionnels. Opérations: Exemple 1: Le dispositif est conforme à la configuration de la figure 1, l'objectif étant d'effectuer une orientation de l'élément de mesure 2a. On descend l'ensemble de mesure 2 au bout de la garniture de tiges 3, en ajoutant des tiges. On raccorde électriquement les éléments de mesure en déplaçant par pompage la partie du connecteur 7 fixé au cible 4. On utilise ou non un raccord à fenêtre latérale pour faire passer ou non le cible 4 dans l'espace annulaire. Une fois en place, on effectue une rotation de la garniture 4 en faisant tourner en surface la table de rotation 6 sur laquelle est suspendue la garniture 4. L'élément de mesure 2a tourne dans le même mouvement de rotation, à la déformation de torsion des tiges près, 1 5 sans que les autres éléments 2b, 2c, 2d, 2e soient entraînés en rotation, ni ne procure de résistance grâce à la présence du raccord tournant 10. L'orientation obtenue de l'élément 2a est contrôlée en surface par la transmission par l'intermédiaire du câble 4 de la mesure fournit par un appareillage de contrôle, par exemple du type référencé 31 (figure 3). Si l'orientation désirée n'est pas conforme à ce qui est souhaité, on corrige par rotation de la garniture 3. Ce système présente également l'avantage de pouvoir laisser libre en rotation la plus grande partie de l'ensemble de mesure 2 (2b, 2c, 2d, 2e) pendant la descente de l'ensemble 2 dans le puits. Ainsi, les couples de torsion procurés par le déplacement longitudinal d'une garniture de tiges dans un puits pouvant présenter une trajectoire avec de nombreux coudes ("dog-legs"), ne risquent pas d'endommager l'ensemble 2 par déformation en torsion. Une variante selon l'invention peut comporter un dispositif de verrouillage de la liberté en rotation du raccord 10, par exemple un embrayage normalement débrayé et pouvant être commandé pour être embrayé. Avec ce dispositif pouvant être télécommandé, l'opérateur peut, si les conditions du puits le permettent, entraîner en rotation la totalité de l'ensemble 2 s'il le désire et si les éléments de mesure doivent tous être orientés par rapport au puits. Egalement, un tel système permet d'orienter l'élément 2a par rapport aux autres éléments. Exemple 2: Dans cet exemple, l'ensemble 2 est conforme à la configuration de la figure 2, o l'élément à orienter par rapport au puits ou par rapport aux autres éléments, comporte deux raccords rotatifs 11 et 12 avec les éléments voisins. La mise en place de l'ensemble 2' dans le puits peut se faire soit par le moyen d'une garniture de tiges 3, ou par le moyen d'une tige continue, par exemple coil-tubing ou 1 0 tige composite ou encore au bout d'un câble, par exemple, de logging. Le type de moyens de manoeuvre est important pour l'opération d'orientation. Dans le cas o l'ensemble 2' est descendu au bout de tiges assemblées éléments par éléments, l'orientation peut être effectué par rotation de la garniture de tiges à partir de la surface, suivant le même mode opératoire que dans l'exemple 1 lorsque le raccord rotatif 11 est verrouillé par un dispositif 1 5 d'embrayage. Dans ce cas, l'orientation de l'élément 2'b entraîne en rotation également l'élément 2'a mais, comme dans l'exemple 1, sans entraîner en rotation les éléments d'extrémité 2'c, 2'd, 2'e. Mais de plus, une fois que l'on a débrayé ou déverrouillé le raccord 11, on peut contrôler l'orientation de l'élément 2'a seul, indépendamment de tous les autres. Bien entendu, s'il existe un élément 2'a entre l'élément 2b et les moyens de manoeuvre 13, ce qui n'est pas obligatoire dans la présente invention. Lorsque les moyens de manoeuvre ne peuvent pas être entraînés en rotation depuis la surface, on peut adjoindre à l'ensemble de mesure des moyens de motorisation en rotation, par exemple, ceux décrits et illustrés par la figure 3. En effet, un tube ou une tige composite continus et enroulés sur un touret ne peuvent pas entre mis en rotation par la table de rotation, ce qui impose des moyens d'orientation différents et distincts des moyens de manoeuvre. n en est de même si les moyens de manoeuvre sont constitués par un câble de logging. Dans cette dernière variante, des bras de reprise du couple sont de préférence fixés sur les éléments qui ne tournent pas. Un variante simplifiée peut comporter un système de balourd 14 ou équivalent qui oriente l'élément 2'b par rapport au puits en fonction de la gravité et sans nécessiter de motorisation et de commande. REVENDICATIONS 1) Ensemble de mesure descendu à l'intérieur d'un puits (1) par des moyens de manoeuvre (3), ledit ensemble comportant plusieurs éléments de mesure (2a, 2b, 2c, 2d, 2e) assemblés les uns aux autres selon un axe longitudinal, lesdits moyens de manoeuvre étant fixés à une extrémité supérieure dudit ensemble, au moins un tronçon comportant au moins un élément de mesure dudit ensemble comporte à ses deux extrémités des moyens d'assemblage (21, 22) avec d'autres éléments de mesure, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage de l'extrémité du tronçon située du coté de l'extrémité inférieure dudit i 5 ensemble comporte un joint tournant (23, 24) autour de l'axe longitudinal, et en ce que ledit ensemble comporte des moyens d'entraînement (14, 28) en rotation dudit tronçon. 2) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des moyens d'assemblage (11, 12; 21, 22) dudit tronçon comporte un joint tournant (23, 24). 3) Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'entraînement en rotation (28) comportent une motorisation située dans le voisinage dudit tronçon, ladite motorisation étant commandée à partir de la surface du sol. 4) Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de manoeuvre sont constitués par des tiges (3) vissées les unes aux autres au dessus desdits éléments et remontant à la surface du sol, en ce que lesdits moyens d'entraînement (6) sont situés à la surface du sol et entraînent en rotation lesdites tiges et ledit tronçon sans entrîner l'extrémité inférieure de l'ensemble de mesure. ) Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de manoeuvre sont constitués par un câble (4) enroulé sur un touret (8) à la surface du sol et en ce que ledit câble comporte une ligne de transmission des mesures et des commandes de ladite motorisation. 6) Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de manoeuvre sont constitués par une tige semi-rigide enroulée sur un touret à la surface du sol et en ce qu'ils comportent une ligne de transmission des mesures et des commandes de ladite motorisation. 7) Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite tige est un tube 1 0 métallique. 8) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite motorisation est alimentée par ladite ligne de transmission. 9) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un desdits moyens d'assemblage comportent des moyens de blocage en rotation du joint tournant et en ce que lesdits moyens de blocage sont commandés par le moyen de la ligne de transmission. 10) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (31) de l'orientation dudit tronçon autour de l'axe longitudinal de l'ensemble.