Brevet FR2769665A1 — publié le 19990416

I La présente invention concerne un système et une méthode de mesures et/ou d'interventions dans des puits forés ou des conduites. La méthode est particulièrement bien adaptée aux conduits comportant une portion sensiblement horizontale d'assez grande longueur. Dans le domaine des mesures ou " Jogging " dans des puits, on connaît plusieurs méthodes pour déplacer des instruments de mesure dans des conduits très inclinés et même horizontaux. I1 est possible d'utiliser des tiges de forage vissées bout à bout et équipées d'un câble de transmission placé dans leur espace intérieur, un tube continu en acier (coiled tubing câblé) comportant également un câble de transmission, ou des moyens mécaniques de déplacement d'outils de mesure, tels des tracteurs à énergie hydraulique, électrique ou électro-hydraulique. Les tracteurs de sonde de mesure sont généralement alimentés par un câble électrique qui fournit l'énergie électrique à un moteur électrique d'entraînement d'une pompe hydraulique haute pression. Le fluide hydraulique haute pression actionne des roues disposées contre la paroi du trou ou de la conduite. La force de traction ou de poussée est de l'ordre de 5 à 10 kN. Ces tracteurs sont mécaniquement complexes et coûteux car ils ne peuvent pas être trop lourds, mais doivent cependant résister aux hautes pression et température auxquels ils peuvent être soumis dans le conduit. De plus, la résistance à la traction du câble d'alimentation électrique n'autorise pas un poids excessif du tracteur. La puissance électrique pouvant être transmise est également limitée. De plus, la capacité de traction ou poussée est fonction du coefficient de friction entre les roues d'entraînement 2 2769665 et la paroi de la conduite. Ceci explique, notamment les capacités de poussée ou de traction relativement limitées compte tenu du poids du câble d'alimentation, du poids du tracteur lui-même, et du poids des outils que le tracteur doit déplacer. Or, un câble de diagraphie conventionnel possède une armature en acier présentant un poids linéaire et un coefficient de frottement à la paroi assez important. Lorsqu'une certaine longueur de câble est à l'horizontale, la force du tracteur peut ne plus être suffisante pour déplacer la charge totale. De plus, les tracteurs ne fonctionnent pas dans les trous non tubés, (" open hole ") car les irrégularités de la parois rocheuse ne permettent pas un contact correct et efficace des roues motrices. L'utilisation d'un tube continu (" coiled tubing ") équipé d'un câble de logging à l'intérieur ne supprime pas ces inconvénients, bien au contraire, car son poids linéaire est encore plus grand. De plus, l'installation de surface pour manoeuvrer un coiled tubing est encombrante et très coûteuse. Ainsi, la présente invention concerne un système pour déplacer des instruments dans un conduit comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale. Le système comporte en combinaison: un ensemble d'instruments lié mécaniquement à une première extrémité de moyens de déplacement à énergie électrique, une tige semi-rigide en matériau composite pouvant être enroulée sur un touret et comportant au moins un conducteur électrique. Une extrémité de la tige est fixée sur la seconde extrémité desdits moyens de déplacement. Les instruments peuvent comporter des sondes de mesures, des caméras, des équipements de puits de type packer, bouchon ou vanne, des outils de perforation des parois. L'autre extrémité de la tige semi-rigide peut être enroulée hors du conduit sur un touret. Le conduit peut comporter une portion suffisamment inclinée pour que des charges se déplacent sous l'effet de la gravité, et des barres de charge peuvent être connectées sur l'autre extrémité de la tige semi- rigide, les barres étant suspendues dans le conduit à un câble enroulé sur un treuil à l'extérieur du conduit. Des moyens d'extension d'une longueur déterminée peuvent être intercalés entre lesdits moyens de déplacement et lesdits instruments. Les moyens d'extension peuvent comporter une longueur de tige semirigide. La présente invention concerne également méthode de déplacement d'instruments dans un conduit comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale. La méthode comporte les étapes suivantes: À on fixe un ensemble d'instruments à une première extrémité de moyens de déplacement à énergie électrique, a on connecte une extrémité d'une tige semi-rigide en matériau composite pouvant être enroulée sur un touret et comportant au moins un conducteur électrique, sur une seconde extrémité desdits moyens de déplacement, e on déplace ledit ensemble dans le conduit par l'action combinée de poussée par le moyen de la tige et par le moyen des moyens de déplacement. Dans la méthode, on peut effectuer ladite poussée par la tige en activant des moyens mécaniques d'injection de la tige dans le conduit. On peut effectuer la poussée par la tige en fixant des barres de charge sur l'autre extrémité de la tige, et en suspendant lesdites barres dans le conduit à un câble de type logging. On peut intercaler des moyens d'extension d'une longueur déterminée entre lesdits instruments et lesdits moyens de déplacement. La méthode selon l'invention, peut être appliquée à des puits pétroliers comportant une portion sensiblement horizontale. Dans une variante, la méthode peut s'appliquer lorsque le puits comporte un forage latéral. La méthode peut s'appliquer à l'inspection ou au contrôle à l'intérieur de canalisations rigides ou flexibles. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description des exemples, nullement limitatifs, illustrés notamment par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: 5. La figure 1 représente schématiquement le système selon l'invention mis en oeuvre dans un puits comportant une portion horizontale. * La figure 2 représente également schématiquement une première variante. * Les figures 3A et 3B décrivent une autre variante concernant la disposition des éléments de mesures et/ou d'interventions poussés ou tractés. La figure 1 décrit le système selon l'invention utilisé dans un puits 1, foré dans le sol, et comportant une portion verticale et une portion sensiblement à l'horizontale. Des moyens de déplacement 2 sont reliés à une tige en composite semi-rigide 3 déroulée à partir d'un touret 5 situé à la surface. Des moyens de poussée ou de traction 6 spécifique à la tige peuvent être utilisés en surface, en aval du touret de stockage. La tige semi-rigide utilisée peut être conforme à la description du document EP-352148-B1 cité ici en référence. Ladite tige en matériau composite constitué de fibres de renfort enrobées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable a une âme centrale comportant au moins un conducteur électrique. Les conducteurs de l'âme alimentent en énergie électrique les moyens de motorisation du tracteur 2. De plus, les conducteurs ou une fibre optique intégrés à cette même âme fournissent les moyens de transmission des commandes, des informations ou données acquises par des instruments 4 fixés en bout de tracteur 2. Par exemple, la tige semi-rigide est fabriquée à partir de fibres de verre enrobées dans une matrice de résine époxy ou polyester ou vinylester, pour obtenir un diamètre 19 mm, avec un module dYoung de 41000 N/mm2 et une masse linéique d'environ 0,6 kg/m. Les calculs montrent qu'une telle tige introduite dans un puits ou une conduite horizontale de diamètre intérieur 152,4 mm (6 pouces) pleine d'eau, peut avoir comme limite de déplacement une longueur d'environ 950 m, en considérant un coefficient de frottement de 0,1 entre la tige et la paroi de la conduite. Selon les calculs, la longueur limite est inversement proportionnelle au coefficient de frottement. Ces calculs montrent que les moyens de déplacement 2 n'ont pas besoin de tirer sur la tige semi-rigide 3 tant que celle- ci peut être poussée par les moyens de poussée 6 ou par le poids propre de la partie de la tige verticale ou sensiblement verticale. Il est clair que pour un drain horizontal de plusieurs centaines de mètres, un tel système conserve au tracteur 2 toute sa capacité à pousser sur les instruments et non pas à tirer sur la partie horizontale du câble de logging lorsque conjointement au fonctionnement du tracteur, des moyens d'injection poussent sur la tige semi- rigide. Il existe plusieurs types de tracteurs de fond de puits, par exemple celui décrit dans le document WO 93/18277. Ce tracteur est manoeuvré et commandé à partir d'un câble de logging dont le poids est environ de 1500 kg dans un puits horizontal de 3000 m. Sur la figure 1, le touret 5 comporte un joint électrique et/ou optique 7 pour relier les conducteurs ou la fibre optique à une installation électronique de surface 8. Les instruments 4 fixés en bout de tracteur 2 peuvent être constitués par un ensemble de sonde de mesure du type logging, par des ensembles de capteurs de pression, température, des outils d'équipement de puits, par exemple des obturateurs gonflables (bridge plug, packer) ou des vannes de sécurité, des canons de perforation, ou des caméras vidéo. D'une manière générale, lesdits " instruments " sont tous les éléments que l'on peut être amené à mettre en place dans un puits ou une canalisation. Le poids total des instruments ne dépasse généralement pas 1000 kg, ce qui est donc parfaitement compatible avec les capacités de traction ou poussée reconnues des tracteurs 2, d'autant plus que l'ensemble des instruments est généralement monté sur des roulettes pour faciliter son déplacement. Le système selon l'invention permet de pousser sur le tracteur, lui même en action, par l'intermédiaire de la tige semi-rigide 3 sur des distances de 6 2769665 plusieurs centaines de mètres. Au delà de la longueur limite de tige semi- rigide pouvant être déplacée à l'horizontale par poussée, le tracteur tire sur la tige semi-rigide tout en poussant les instruments. Il est clair que la traction à exercer sur la tige pour continuer sa progression dans le puits horizontal, n'a pas besoin d'être très importante puisqu'elle n'est, dans ce cas, que directement liée au poids apparent et à la friction de la longueur supplémentaire de tige par rapport à la longueur limite, dans la mesure o l'on continue à appliquer par l'installation de surface 6 et 5 une force de poussée sur la tige. Ladite force de poussée est environ la force critique pour laquelle il n'y a plus de progression de tige semi-rigide. Le tracteur en se déplaçant par sa motorisation propre, décoince la tige lorsque celle-ci est arc- boutée par flambage. La figure 2 représente une variante dans laquelle la tige semi-rigide ne remonte pas jusqu'à la surface du sol, mais est raccordée à un câble de transmission 9 de type " logging " conventionnel. Ce câble est manoeuvré par un treuil 10 comportant des moyens électriques et/ou optiques de liaison du câble 9 avec une installation électronique de traitement des informations 11. Selon la présente invention, au bout de la tige semi-rigide 3 est fixé un tracteur 2. Des instruments 4 sont fixés sur le tracteur 2. Une charge 12, généralement sous forme de barres, est fixée à l'extrémité inférieure du câble 9. L'extrémité supérieure de la tige semi-rigide est solidarisée avec lesdites barres de charge 12. Cette variante permet, dans certains cas, de n'utiliser qu'une longueur réduite de tige semi-rigide 3. En effet, la poussée sur la tige semirigide 3 est effectuée uniquement par l'action de la charge 12 qui se situe dans une portion 13 du puits 1 o la gravité est effective pour produire une composante de force selon l'axe du puits. La charge, dans cette variante est manoeuvrée par les appareils conventionnels les moins coûteux, c'est à dire un câble armé 9 et son treuil 10. Bien entendu, les conducteurs et/ou fibres optiques de la tige semi- rigide 3 sont connectés aux conducteurs et/ou fibres optiques du câble 9. Les figures 3A et 3 b décrivent une variante aux deux précédentes réalisations de la présente invention. Cette variante s'applique plus particulièrement à des schémas d'architecture de puits 1 spécifiques. Sur la figure 3A, le puits 1 a un diamètre intérieur correspondant au diamètre intérieur du tube de cuvelage cimenté dans le puits. Le puits i se poursuit dans le sol par un forage de plus petit diamètre 14, ce diamètre étant au plus le plus grand diamètre d'outil de forage qui peut être descendu dans le puits cuvelé 1. Le tracteur 2 fonctionne correctement sur la paroi lisse du cuvelage, mais ne peut pas avancer efficacement dans un trou foré du type " open hole ", c'est à dire non cuvelé. Deux causes principales: le diamètre hors tout du tracteur n'est pas compatible avec la diminution de diamètre, ou les roues d'entraînement perdent de leur efficacité sur des parois irrégulières du forage. Pour cela, une extension 17 est intercalée entre les instruments 4 et le tracteur ce qui permet donc d'atteindre les points éloignés de la zone tubée du puits. Sur la figure 3B, on a représenté une architecture particulière de certains puits de production comportant des forages 15 latéraux au puits principal 1 sensiblement horizontal. Pour les mêmes raisons que précédemment, on dispose avantageusement une extension 18 qui permet de déplacer les instruments 4 dans le forage latéral 15 tout en déplaçant le tracteur selon la présente invention, dans le puits principal tubé 1. Un moyen de guidage 16 peut être introduit dans le puits principal 1 afin d'aider à l'introduction des instruments 4 dans le forage latéral. Ce guidage peut être placé et verrouillé en place par le système selon l'invention, le moyen de guidage est dans ce cas descendu en bout de l'ensemble des instruments 4. Les extensions 17 et 18 peuvent être une portion de tige semi-rigide du même type que celle référencée 3, ou d'un diamètre inférieur puisque généralement la raideur nécessaire à la poussée des instruments peut être inférieure à celle de la tige semi-rigide de manoeuvre 3. En effet, le diamètre des forages 14 ou 15 est généralement plus petit, et le poids des instruments 8 2769665 peut être plus faible que la charge pour laquelle est dimensionnée la tige semi- rigide 3. Cependant, il est possible que les extensions soient constituées par des éléments de tiges métalliques ou composites vissées les unes aux autres. Dans ce cas, une liaison par câble entre les instruments de mesure 4 et les conducteurs et/ou fibres optique de la tige semi-rigide 3 doit être adjointe au système. La présente invention ne se limite pas seulement au puits foré pour l'exploitation des hydrocarbures, mais peut être appliquée également dans des canalisations de type pipe-line, ou dans des forages à partir de galerie de mine ou de tunnel pour des inspections par caméra ou des mesures. 9 2769665 REVENDICATIONS 1) Système pour déplacer des instruments (4) dans un conduit (1) comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale, caractérisé en ce que ledit système comporte en combinaison: un ensemble d'instruments (4) lié mécaniquement à une première extrémité de moyens de déplacement (2) à énergie électrique, une tige semi-rigide (3) en matériau composite pouvant être enroulée sur un touret et comportant au moins un conducteur électrique, et en ce qu'une extrémité de ladite tige est fixée sur la seconde extrémité desdits moyens de déplacement. 2) Système selon la revendication 1, dans lequel lesdits instruments (4) comportent des sondes de mesures, des caméras, des équipements de puits de type packer, bouchon ou vanne, des outils de perforation des parois. 3) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une autre extrémité de la tige semi-rigide est enroulée hors du conduit sur un touret (5). 4) Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le conduit comporte un portion suffisamment inclinée (13) pour que des charges se déplacent sous l'effet de la gravité, dans lequel des barres de charge (12) sont connectées sur ladite autre extrémité de la tige semi-rigide (3), en ce que lesdites barres sont suspendues dans le conduit à un câble (9) enroulé sur un treuil (10) à l'extérieur dudit conduit (1). 2769665 ) Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des moyens d'extension (17, 18) d'une longueur déterminée sont intercalés entre lesdits moyens de déplacement (2) et lesdits instruments (4). 6) Système selon la revendication 5, dans lequel lesdits moyens d'extension comportent une longueur de tige semi-rigide. 7) Méthode de déplacement d'instruments dans un conduit comportant une portion fortement inclinée par rapport à la verticale, caractérisé en ce qu'elle comporte les étapes suivantes: * on fixe un ensemble d'instruments (4) à une première extrémité de moyens de déplacement (2) à énergie électrique, ò on connecte une extrémité d'une tige semi-rigide (3) en matériau composite pouvant être enroulée sur un touret (5) et comportant au moins un conducteur électrique, sur une seconde extrémité desdits moyens de déplacement, on déplace ledit ensemble dans le conduit (1) par l'action combinée de poussée par le moyen de la tige (3) et par le moyen des moyens de déplacement (2). 8) Méthode selon la revendication 7, dans laquelle on effectue ladite poussée par la tige en activant des moyens mécaniques (6) d'injection de la tige (3) dans le conduit (1). 9) Méthode selon la revendication 7, dans laquelle on effectue ladite poussée par la tige (3) en fixant des barres de charge (12) sur l'autre extrémité de ladite tige, et en suspendant lesdites barres (12) dans le conduit à un câble (3) de type logging. il 2769665 ) Méthode selon l'une des revendication 7 à 9, dans laquelle on intercale des moyens d'extension (17, 18) d'une longueur déterminée entre lesdits instruments (4) et lesdits moyens de déplacement (2). 11) Application de la méthode selon l'une des revendications 7 à 10, à des puits pétroliers comportant une portion sensiblement horizontale. 12) Application selon la revendication 11, dans laquelle ladite portion comporte au moins un forage latéral (15). 13) Application de la méthode selon l'une des revendications 7 à 10, à l'inspection ou au contrôle à l'intérieur de canalisations rigides ou flexibles.