Brevet FR2787504A1 — publié le 20000623

La présente invention concerne un système d'installation permanente des sondes de mesure contre la paroi intérieure de conduits. Le système d'installation selon l'invention peut trouver des applications dans de nombreuses industries. Il est utile notamment pour positionner des sondes de mesure diverses utiles dans des opérations de longue durée de surveillance de zones souterraines, telles que des gisements d'hydrocarbures dans les phases d'exploration et/ou de production, ou bien des réservoirs de stockage ou d'enfouissement. Le système peut servir par exemple à la mise en place de capteurs sismiques (géophones, hydrophones etc.) couplés avec la o paroi d'un puits pour des opérations de surveillance, qu'il s'agisse de surveillance active avec utilisation d'une source sismique placée en surface, dans un autre puits ou éventuellement dans le même, ou de surveillance passive pour détecter les réactions de la zone en réponse aux opérations d'exploitation qui y sont menées. Il peut également être utilisés pour ancrer dans des puits des sondes descendues au bout d'un câble comportant des récepteurs, notamment des capteurs sismiques. Etat de la technique Il est connu de descendre des récepteurs sismiques dans un puits au moyen d'un support tel qu'un tube qui est descendu dans le puits jusqu'à une profondeur de mise en oeuvre. Les récepteurs sont placés dans des sondes, boîtiers ou patins mobiles assujettis à des systèmes d'ancrage adaptés sur commande à déplacer les récepteurs jusqu'à leur couplage avec la paroi du puits, directement ou par l'intermédiaire d'un tube de cuvelage ou casing. Les systèmes d'ancrage peuvent comporter des bras mobiles déplaçables par des T - I [ ri vérins hydrauliques ou de ressorts. Le déplacement jusqu'à la position d'extension est assuré par des moyens de déclenchement électriques ou hydrauliques commandés par un opérateur depuis la surface, une fois la profondeur d'installation atteinte. Ils peuvent aussi être assujettis à des lames flexibles telles que des lames d'excentrement du tube, et plaquées par elles contre la paroi du puits. Par le brevet FR-A-2 656 034 (US 5 181 565), on connaît un système de mise en place à demeure dans un puits d'une sonde pour des capteurs sismiques ou acoustiques au moyen d'une colonne tubulaire telle qu'un tubing i0 de production par exemple. La sonde (ou chacune d'elles) est associée à un système fixé extérieurement à la colonne. Sur une commande de l'opérateur, chaque sonde est déplaçable d'une position de repli o elle est couplée avec la colonne à une position de couplage avec la paroi du puits (ou un tube de cuvelage du puits) et découplée acoustiquement de la colonne. Définition de l'invention Le système selon l'invention est adapté, sur commande d'un opérateur, à installer au moins une sonde de mesure (contenant des récepteurs sismiques par exemple) contre la paroi d'un conduit tel qu'un puits ou un tube, à un emplacement de celui-ci o elle est amenée par déplacement d'un élément support allongé suffisamment rigide (un câble électro-porteur, une tige, un tube, un tubing, etc.). Le système est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de couplage de chaque sonde comprenant au moins élément déformable réalisé au moins partiellement dans un alliage à mémoire de forme, auquel est fixée la sonde, cet élément déformable étant adapté à passer sous l'action d'une variation de température, d'une position de repli éloignée de la paroi du tube ou du puits à une position d'extension o la dite sonde est plaquée contre la paroi de ce tube ou puits et découplée acoustiquement de l'élément support allongé, et des moyens de chauffage intermittent de cet élément à mémoire de forme. Suivant un premier mode de réalisation, le système comporte des moyens de positionnement transversal de l'élément support dans le puits ou tube, le dispositif de couplage comprenant un manchon tubulaire supportant chaque élément déformable, la section transversale de ce manchon tubulaire étant supérieure à celle de l'élément support, l'élément déformable étant dimensionné de façon à immobiliser le manchon tubulaire contre l'élément 1o support, dans sa position de repli et à découpler le manchon tubulaire de l'élément support quand il est dans sa position d'extension, du fait de la déformation de cette pièce par l'échauffement. Suivant une variante de ce mode de réalisation, chaque dispositif peut comporter des moyens d'amortissement élastique disposés entre le manchon et l'élément support, pour découpler mécaniquement chaque sonde de l'élément support en position d'extension de chaque élément déformable. Les éléments déformables peuvent être par exemple des plaques ou lames réalisées entièrement en un matériau à mémoire de forme dont les extrémités opposées sont assujetties aux manchons. Ces éléments déformables peuvent aussi être partiellement réalisées en un alliage à mémoire de formeet comporter par exemple une ou plusieurs parties (articulées ou non) fixées à des pièces réalisées dans un matériau à mémoire de forme, dimensionnées de façon que l'élément déformable atteigne la dite position d'extension. Suivant un autre mode de réalisation, chaque dispositif comporte au moins un élément tubulaire réalisé en un alliage à mémoire de forme, disposé entre des butées solidaires de l'élément support, cet élément tubulaire étant déformable entre une position de repli o sa section transversale est inférieure à la section transversale du tube ou puits et une position d'extension o sa section transversale est au moins égale à la section transversale du tube ou puits, o elle est découplée des butées. Suivant un autre mode de réalisation, l'élément support est un câble, au moins une sonde étant descendue dans le conduit suspendue à ce câble, cette sonde comportant un corps, un bras d'ancrage qui peut être écarté du corps par déformation d'au moins un élément réalisé en un alliage à mémoire de forme, to et des moyens pour chauffer sur commande le dit élément et obtenir l'écartement de chaque bras d'ancrage et le couplage du corps contre la paroi du conduit. Suivant un premier mode de mise en oeuvre, les moyens de chauffage intermittent comportent une installation de pompage pour faire circuler dans le i5 conduit (le puits ou le tube), un fluide à une température suffisante pour provoquer la déformation de chaque élément déformable jusqu'à sa position d'extension. Suivant un autre mode de mise en oeuvre, les moyens de chauffage comportent des résistances électriques intégrées dans chaque élément déformable et un circuit d'alimentation électrique relié à une source de courant. Suivant une variante utilisable lorsque la face extérieure du tube est accessible, le système comporte des moyens de chauffage mobiles pouvant être positionnés extérieurement au tube au niveau de chaque dispositif de couplage. Le système peut être utilisé par exemple pour installer une série de sondes sismiques contre la paroi d'un puits foré au travers d'une zone souterraine, et il comporte dans ce cas des moyens de transmission à une station d'enregistrement en surface, de signaux captés par les différentes sondes sismiques. L'élément support utilisé pour descendre les différents dispositifs de couplage jusqu'à la profondeur de mise en place peut être soit un tubing qui reste en place dans le puits o il sert à l'acheminement de fluides (production d'hydrocarbures, injection de fluides de balayage, de gaz, de substances à stocker etc.), ou bien encore un simple tube que l'on retire une io fois les sondes sismiques couplées avec la paroi du puits, ou bien encore un câble de suspension d'une ou plusieurs sondes dans un puits. D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisation, en se référant aux dessins annexés o: - les Fig. 1, 2 montrent schématiquement un dispositif de couplage utilisant un élément de couplage à mémoire de forme, associé à un tube de guidage, représenté en position de repli convenant pour le déplacement d'une sonde de mesure le long d'un tube (Fig.l), et en position d'extension convenant pour coupler la sonde avec la paroi du tube (Fig.2) - la Fig.3 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'élément de couplage dans sa position de repli - la Fig.4 montre schématiquement la position prise par l'élément de couplage de la Fig.3 en position d'extension; - les Fig.5, 6 montrent schématiquement un troisième mode de réalisation de chaque dispositif de couplage dans sa position de repli, vu respectivement longitudinale (Fig.5) et transversale (Fig.6) - les Fig.7, 8 montrent schématiquement le même troisième mode de réalisation de chaque dispositif de couplage dans sa position dilatée d'extension, également vu respectivement en coupe longitudinale (Fig.7) et transversale (Fig.8); et - les Fig.9, 10 montrent schématiquement un autre mode de réalisation du système appliqué à une sonde descendue dans un puits au bout d'un câble, de type électro-porteur par exemple, et qui est couplée avec la paroi par écartement d'un bras réalisé en un alliage à mémoire de forme. Description détaillée Le système de mise en place selon l'invention est adapté à acheminer à l'intérieur d'un conduit 1, un ou plusieurs dispositifs de couplage 2 pour des sondes de mesure. Dans les applications souterraines par exemple, le conduit 1 peut être la paroi d'un puits creusé au travers d'une formation ou éventuellement un tube classique de cuvelage ou casing, cimenté dans le puits. Les dispositifs de couplage 2 sont conduits tout le long du conduit 1, jusqu'aux endroits de couplage, par un élément support 3 quelconque suffisamment rigide: une tige, un tube ou un tubing utilisé pour le passage de fluides entre-la surface et la zone souterraine dans un sens ou en sens inverse selon les applications. Suivant le mode de réalisation des Fig. 1, 2, l'élément support 3 qui est ici un tube, est associé à des éléments excentreurs 4 disposés de part et d'autre de chaque dispositif de couplage 2 et destinés à positionner le tube 3 par -7- -11V - rapport au conduit 1. Chaque dispositif de couplage 2 comporte un manchon tubulaire 5 de section supérieure à celle du tube 3, pourvu d'un élément déformable 6. On utilise par exemple un élément déformable réalisé entièrement en un alliage à mémoire de forme d'un type connu de l'homme de l'art. De tels alliages sont décrits dans de nombreux documents, notamment dans les "Techniques de l'Ingénieur ". Les alliages de ce type subissent une transformation structurale réversible de type dit martensique thermoélastique qui se produit entre une certain température à laquelle ils ont été déformés et une température-seuil supérieure variable selon les alliages, o ils retrouvent leur forme initiale. Ces alliages sont réalisés par exemple à base de combinaisons titane-nickel ou de cuivre-zinc-aluminium. Quelques propriétés des alliages Ti-Ni et Cu-ZnAl, en ce qui concerne leurs températures d'utilisation ou d'hystérésis et leurs pouvoirs de déformation, sont données dans le tableau ci- après Ti Ni Cu - Zn - AI Température maximale d'utilisation pour la mémoire de forme........................... C 300 100 à 120 Hystérésis de la transformation martensitique............................ .......... C 20 à 40 5 à 15 Déformation maximale en traction récupérable par mémoire.................... % 8 4 Des butées annulaires 7 sont fixées au tube 3 de part et d'autre de chaque manchon. Leur section transversale est inférieure à la section intérieure du manchon 5. L'élément déformable 6 est ici une plaque ou lame, en appui sur le manchon 5 à ses deux extrémités opposées dont la forme mémorisée est..DTD: celle schématisée à la Fig.2. Au moment o le dispositif de couplage est introduit dans le conduit 1, l'élément déformable 6 est déformé vers l'intérieur de façon à venir en appui contre la tube 3. Dans cette position, le manchon est immobilisé longitudinalement par les butées annulaires 7. Lorsque le dispositif de couplage a atteint la position assignée à l'intérieur du conduit, on produit une élévation de la température locale au- dessus de la température-seuil, si bien que l'élément déformable 6 reprend la 1o forme convexe montrée à la Fig.2 et, dans sa partie centrale, vient se plaquer avec force contre la paroi du conduit 1. C'est à cette partie centrale qui vient en appui contre le conduit 1, que l'on fixe la sonde de mesure 8. Les excentreurs 4 sont dimensionnés de façon que le manchon annulaire soit sensiblement centré sur le tube 3 et ses butées 7. La sonde de mesure est par conséquent tout à fait découplée mécaniquement du tube 3. Cet agencement convient particulièrement pour les applications o le tube 3 est un tubing de production que l'on laisse en place pour servir à des transferts de fluides et o les sondes incluent des capteurs de type sismique ou acoustique (géophones par exemple) qui autrement seraient sensibles aux vibrations 2o auxquelles le tubing est soumis en opération. Pour d'autres applications o le tube 3 n'est plus nécessaire, il est possible de le retirer complètement, les dispositifs de couplage restant en place par appui contre la face intérieure du conduit 1. Suivant une variante du mode de réalisation précédent, on peut, en l'absence de moyens d'excentrement 4 stabilisant la position du tube dans le -i -11I [ conduit 1, obtenir un découplage mécanique de chaque sonde de mesure par rapport au tube 3 en interposant entre lui et le manchon des moyens d'amortissement élastique (non représentés). Comme moyens de chauffage, on peut utiliser par exemple une installation de pompage permettant d'injecter dans le conduit un fluide à la température nécessaire à l'extension des lames de couplage 6. On peut obtenir la température de déclenchement des éléments déformables 6 en incluant dans les dispositifs de couplage 2, des résistances électriques alimentées depuis la sortie du conduit I (depuis une installation de surface par exemple) par un générateur électrique (non représenté). Si le conduit 1 est accessible par l'extérieur, on peut utiliser dans ce cas, un moyen de chauffage d'un type quelconque, permettant d'élever localement sa température aux endroits o les dispositifs de couplage 2 sont positionnés. Suivant le mode de réalisation des Fig.3, 4, chaque élément déformable peut encore être réalisée en plusieurs parties. Il comporte deux équerres 10A, l0B, fixées à un boîtier 9 contenant des capteurs. Deux pièces de liaison 1 1A, 1 lB (flexibles ou non) relient les deux équerres 10 aux extrémités du manchon 5. Les deux équerres 10A, 10B sont réalisées dans un alliage à mémoire de forme. La forme mémorisée qui assure le couplage de la sonde 8 avec la paroi du conduit 1, est celle schématisée à la Fig.4. La forme contrainte permettant l'engagement de chaque dispositif de couplage 2 dans le conduit 1, est celle schématisée à la Fig.3. Comme moyen de chauffage, on peut utiliser par exemple des résistances électriques 12 disposées dans le boîtier 9 et reliées par un câble 13 à un générateur électrique (non représenté). -T 1i[ VT, Suivant le mode de réalisation des Fig.6 à 8, chaque dispositif de couplage 2 comporte un élément tubulaire déformable 14 réalisé en un alliage à mémoire de forme, qui est disposé entre des butées 15 solidaires de l'élément support. Contre la face extérieure de l'élément tubulaire 14 est disposé une sonde de mesure 8. Dans sa position de repli (Fig.5, 6) nécessaire à l'acheminement de chaque sonde vers son lieu de couplage, sa section transversale est inférieure à celle du conduit 1 et au moins partiellement en appui sue les butées d'extrémité 15. Dans la position d'extension que l'on rétablit également par chauffage, l'élément tubulaire 14 reprend une position 1o dilatée o sa section transversale est au moins égale à la section transversale du conduit 1, et o elle est découplée des butées 15 et du tube 3. Cet agencement peut être utilisé pour obtenir en même temps une obturation du conduit 1, à condition que l'élément tubulaire 14 ait une paroi terminale fermée. !5 Le système qui vient d'être décrit peut être utilisé par exemple pour mettre en place une série de sondes sismiques 8, 9 contre la paroi d'un puits I foré au travers d'une zone souterraine, et il comporte dans ce cas des moyens L de transmission à une station d'enregistrement en surface (non représentée), de signaux captés par les différentes sondes sismiques. L'élément support allongé 3 utilisé pour descendre les différents dispositifs de couplage jusqu'à la profondeur de mise en place peut être un tubing qui reste en place dans le puits o il sert à l'acheminement de fluides (production d'hydrocarbures, injection de fluides de balayage, de gaz, de substances à stocker etc.), ou bien encore un simple tube que l'on retire une fois les sondes sismiques couplées avec la paroi du puits, comme on l'a décrit. L'élément support allongé peut être encore un câble électro-porteur servant à descendre dans un conduit ou un puits une ou plusieurs sondes d'un type décrit par exemple dans les brevets FR 2 548 727 (US 4 616 703) ou FR 2 632 010 (US 4 957 162) du demandeur. Une telle sonde comporte (Fig.9, 10) un corps rigide 16 qui peut être plaqué contre la paroi du conduit 1 par ouverture d'un bras d'ancrage 17. Ce bras d'ancrage peut être réalisé soit totalement en un alliage à mémoire de forme et comporter des logements pour des résistances électriques (non représentées) que l'on alimente depuis la surface par des conducteurs électriques dans le câble 18 de support de la l0 sonde. Comme dans le mode réalisation déjà décrit en relation avec les Fig.3, 4, le bras peut être réalisé au moins partiellement en un tel alliage, les moyens de chauffage étant localisés à l'endroit de la partie déformable. Suivant une variante de mise en oeuvre déjà décrite, l'ouverture d'un tel bras peut encore être obtenu par pompage dans le conduit 1 d'un fluide suffisamment chaud. On a décrit des modes de réalisation o l'on couplait des sondes de mesure 8, 9 avec la paroi intérieure d'un conduit en utilisant des éléments déformables constituées d'un alliage à mémoire de forme. Il est bien évident que l'on pourrait utiliser une technique similaire pour coupler des sondes avec la paroi extérieure d'un tube quelconque. REVENDICATIONS 1) Système pour mettre en place au moins une sonde de mesure (8) contre la paroi d'un conduit (1),caractérisé en ce qu'il comporte un élément support allongé (3) au moins un dispositif de couplage de chaque sonde comprenant au moins un élément déformable (6, 10, 11) réalisé au moins partiellement dans un alliage à mémoire de forme, auquel est fixée la sonde de mesure (8), cet élément déformable étant adapté à passer sous l'action d'une variation de température, d'une position de repli éloignée de la paroi du conduit (1) à une position d'extension o la dite sonde (8) est plaquée contre la paroi du conduit (1) et découplée acoustiquement de l'élément support (3), et des moyens de chauffage intermittent pour faire varier la température de cet élément à mémoire de forme. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dispositif de couplage (2) comprend un manchon tubulaire (5) supportant chaque élément déformable (6), la section transversale de ce manchon tubulaire étant supérieure à celle de l'élément support (3), l'élément déformable (6) étant dimensionné de façon à immobiliser le manchon tubulaire (5) par rapport à l'élément support (3), dans sa position de repli et à le 2o découpler de l'élément support (3) quand il est dans sa position d'extension. 3) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (4) de positionnement transversal de l'élément support (3) dans le conduit (1), dimensionnés de façon qu'en position d'extension de chaque élément déformable, chaque dispositif de couplage soit découplé mécaniquement de l'élément support. 4) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque dispositif de couplage (2) comporte des moyens d'amortissement élastique disposés entre le manchon (5) et l'élément support (3), pour découpler mécaniquement chaque sonde de mesure (8) de l'élément support en position d'extension de l'élément déformable (6). ) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments déformables (6) sont réalisés entièrement en un matériau à mémoire de forme dont les extrémités opposées sont assujetties aux manchons (5). to 6) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément déformable (6) comporte un assemblage (10, 11) comprenant des pièces (10) réalisées en un alliage à mémoire de forme et dimensionnées de façon que l'élément déformable atteigne la dite position d'extension, du fait de la déformation des dites pièces obtenues par échauffement. 7) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque dispositif de couplage (2) comporte au moins un élément tubulaire (14) réalisé en un alliage à mémoire de forme, disposé entre des butées (15) solidaires de l'élément support (3), cet élément tubulaire (14) étant déformable 2o entre une position de repli o sa section transversale est inférieure à la section transversale du conduit (1) et une position d'extension o sa section transversale est au moins égale à la section transversale du conduit (1), o elle est découplée des butées (15). 8) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément support est un câble (18), au moins une sonde (16) étant descendue dans le conduit (1) suspendue à ce câble, cette sonde comportant un corps, un bras d'ancrage (17) qui peut être écarté du corps par déformation d'au moins un élément réalisé en un alliage à mémoire de forme, et des moyens pour chauffer sur commande le dit élément et obtenir l'écartement de chaque bras d'ancrage et le couplage du corps contre la paroi du conduit (1). 9) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de chauffage intermittent comportent une installation de pompage (P) pour faire circuler dans le conduit (1), un fluide à une température suffisante pour provoquer la déformation de chaque élément io déformable (6, 14) jusqu'à sa position d'extension. ) Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de chauffage intermittent comportent des résistances électriques (12) intégrées dans chaque élément déformable (6) et un circuit d'alimentation électrique (13) relié à une source de courant. 11) Système selon l'une des revendications i à 8, caractérisé en ce que les moyens de chauffage intermittent comportent un dispositif de chauffage mobile pouvant être positionné extérieurement au conduit (1) au niveau de chaque dispositif de couplage (2). 12) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément support (3) est un tubing adapté pour la circulation de fluides. 13) Système pour mettre en place une série de sondes sismiques (8) contre la paroi d'un puits (1) foré au travers d'une zone souterraine, et à distance les unes des autres, caractérisé en ce qu'il comporte un élément support allongé (3) adapté à être descendu dans le puits depuis une installation de surface, des dispositifs de couplage (2) des différentes sondes sismiques (8) comprenant chacune au moins un élément déformable (6, 10, 11) réalisé au moins partiellement dans un alliage à mémoire de forme, auquel est fixée une sonde sismique (8), cet élément déformable étant adapté à passer sous l'action d'une variation de température, d'une position de repli éloignée de la paroi du conduit (1) à une position d'extension o la dite sonde sismique (8) est plaquée contre la paroi du conduit (1) et découplée acoustiquement de l'élément support allongé (3), des moyens de chauffage intermittent pour faire varier la température de cet élément à mémoire de forme, et des moyens de transmission à une station d'enregistrement en surface, de signaux captés par 1o les différentes sondes sismiques. 14) Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'élément support allongé est un câble (18) supportant au moins une sonde pourvue d'un bras d'ancrage réalisé au moins partiellement en un alliage à mémoire de forme 15) Système selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les moyens de chauffage intermittent comportent une installation de pompage (P) en surface pour faire circuler dans le conduit (1), un fluide à une température suffisante pour provoquer la déformation de chaque élément déformable (6, 14) jusqu'à sa position d'extension. 16) Système selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que les moyens de chauffage intermittent comportent des résistances électriques (12) intégrées dans chaque élément déformable (6) et un circuit d'alimentation électrique (13) relié à une source de courant disposé en surface. 17) Système selon une des revendications 13 et 15 à 16, caractérisé en ce que l'élément support est un tubing d'exploitation de la zone souterraine. 18) Système selon une des revendications 13 et 15 à 16, caractérisé en ce que l'élément support (3) est un tube que l'on remonte en surface après la mise en place des différentes sondes sismiques.