Brevet FR2789439A1 — publié le 20000811

PROCEDE DE SAUVEGARDE D'UN TRAIN D'OUTILS INSTALLE DANS UN PUITS PETROLIER ET ENSEMBLE DE TRANSMISSION CORRESPONDANT DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un procédé conçu pour permettre de sauvegarder au moins en partie un train d'outils installé à demeure dans un puits pétrolier tel qu'un puits en production, en cas de panne localisée sur l'un des outils ou sur un câble électrique reliant en série une installation de surface à chacun des outils. L'invention concerne également un ensemble de transmission, incluant un câble électrique reliant en série une installation de surface à chacun des outils d'un train d'outils installé à demeure dans un puits pétrolier, et agencé de façon à permettre la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique Dans un puits pétrolier en production, un train d'outils est généralement installé à demeure, afin de pouvoir mesurer et contrôler un certain nombre de gran- deurs caractéristiques du puits. Un tel train d'outils comprend un certain nombre d'outils disposés dans le puits, les uns en dessous des autres, à des profondeurs déterminées. Chaque outil est indépendant des autres et dispose notamment de moyens de mesure d'une ou plu- sieurs grandeurs, ou de moyens de contrôle de l'écoule- ment du fluide pétrolier dans le puits, ou encore de moyens de mesure et de moyens de contrôle associés. Un câble électrique relie habituellement en série une installation de surface à chacun des outils du train d'outils ainsi constitué. Ce câble électrique assure à la fois l'alimentation électrique de chacun des outils et la transmission de signaux électriques de l'installation de surface vers chacun des outils, et inversement. Selon un agencement existant, la liaison comprend deux conducteurs torsadés logés dans un tube en acier inoxydable. Dans l'installation de surface comme dans chacun des outils, l'émission et la réception des signaux s'effectuent au travers d'un transformateur. L'alimentation électrique est alors assurée en mode commun. Dans cet agencement, qui se caractérise par une liaison électrique en série entre l'installation de surface et chacun des outils, la coupure d'un conduc- teur électrique ou l'apparition d'un court-circuit a pour conséquence de rendre inopérant l'ensemble du train d'outils. Exposé de l'invention L'invention a précisément pour objet un procédé permettant de sauvegarder au moins en partie un train d'outils installé dans un puits pétrolier, malgré la survenance d'un court- circuit ou d'une coupure dans le câble ou dans l'un des outils. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé de sauvegarde d'un train d'outils installé dans un puits pétrolier, en cas de panne localisée, une liaison reliant en série une installation de surface à chacun des outils dudit train, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à découper la liaison en tronçons reliés successivement les uns aux autres par des moyens de commutation, à localiser une panne éventuelle en fermant l'un après l'autre chacun des moyens de commutation en partant de l'installation de surface, jusqu'à l'apparition de ladite panne, et à ne fermer que les moyens de commutation précédant le moyen fermé en dernier. Du fait de la présence de moyens de commutation sur la liaison, il devient possible de sauvegarder la partie du train d'outils située au- dessus de l'endroit o s'est produit la panne, en laissant ouvert le moyen de commutation le plus bas reliant l'installation de surface au tronçon ou à l'outil défaillant. Dans une mise en oeuvre préférée de l'inven- tion, on utilise une liaison formant une boucle entre l'installation de surface et les outils. On localise alors la panne en fermant les moyens de commutation dans les deux sens sur ladite boucle, à partir de l'installation de surface, et on ne ferme, dans chaque sens, que les moyens de commutation précédant le moyen fermé en dernier. De préférence, on associe un moyen de commuta- tion à chacun des outils. Avantageusement, on fait communiquer séparément chaque outil avec chacun des deux tronçons reliés entre eux par le moyen de commutation associé à cet outil. Grâce à ces caractéristiques combinées, il est possible soit de maintenir en fonctionnement tous les outils lorsque la panne se produit sur un tronçon reliant deux des outils, soit de ne mettre hors circuit que l'un des outils lorsque la panne se produit à l'intérieur même de cet outil. Selon une mise en oeuvre préférée de l'inven- tion, la liaison comprend un cable électrique. On assure alors, avantageusement à la fois l'alimentation des outils en mode commun et l'échange de signaux entre l'installation de surface et chacun des outils par un câble à deux conducteurs. L'invention a également pour objet un ensemble de transmission comprenant une liaison reliant en série une installation de surface à chacun des outils d'un train d'outils installé dans un puits pétrolier, ensemble caractérisé en ce que la liaison est formée de tronçons successifs, reliés les uns aux autres par des moyens de commutation aptes à être ouverts pour isoler au moins un tronçon ou un outil défaillant. Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion, en se référant aux dessins annexés, dans les- quels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale représentant schématiquement un ensemble de transmis- sion conforme à l'invention, associé à un train d'ou- tils installé à demeure dans un puits de forage; et - la figure 2 est une vue comparable à la figure 1, illustrant schématiquement une variante de réalisation de l'ensemble de transmission. Exposé détaillé d'un mode de réalisation préféré de l'invention Sur la figure 1, la référence 10 désigne un puits pétrolier en production. Un train d'outils est placé dans le puits pétrolier 10 pour y effectuer les mesures et les contrôles utiles à l'exploitation du puits. Dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple, ce train d'outils comprend quatre outils, numérotés 12-1 à 12-4 en partant de la surface et installés dans le puits à différentes profondeurs, les uns au-dessus des autres. Comme on l'a seulement illustré pour l'outil 12-3 sur la figure 1, dans un but de simplification, chacun des outils 12-1 à 12-4 comprend une partie active 14. Selon la nature de l'outil considéré, cette partie active 14 peut comprendre un ou plusieurs capteur(s), un ou plusieurs actionneur(s), ou à la fois des capteurs et des actionneurs. Elle inclue également un module électronique servant à la transmission des signaux dans l'un et l'autre sens ainsi qu'aux diffé- rentes commandes. Les outils 12-1 à 12-4 sont reliés entre eux, ainsi qu'à une installation de surface 16, par un câble électrique 18. Dans le mode de réalisation représenté, ce câble électrique 18 comprend deux conducteurs élec- triques 19, de préférence torsadés, disposés à l'inté- rieur d'un tube en acier inoxydable (non représenté) assurant la protection des conducteurs électriques 19. De façon plus précise, la liaison 18 relie en série l'installation de surface 16 à chacun des outils 12-1 à 12-4, en suivant dans ce cas l'ordre d'installation des outils à l'intérieur du puits 10. Comme on l'a représenté uniquement dans le cas de l'outil 12-3, dans un but de simplification, un moyen de commutation 20 est associé à chacun des outils 12-1 à 12-4, de façon à découper la liaison 18 en tronçons successifs reliés les uns aux autres par les moyens de commutation 20. Dans le mode de réalisation représenté o le câble 18 inclut deux conducteurs électriques 19, chacun des moyens de commutation 20 comprend deux commutateurs implantés respectivement sur chacun de ces conducteurs électriques. A une première extrémité du câble 18, les deux conducteurs électriques 19 sont connectés à l'enroule- ment secondaire d'un transformateur 22 qui fait partie de l'installation de surface 16. L'enroulement primaire de ce transformateur 22 est relié à des moyens d'émis- sion 23 et de réception 24 de signaux. L'installation de surface 16 comprend en outre une source d'alimentation électrique 25 en mode commun, reliée au point milieu de l'enroulement secondaire du transformateur 22. Les moyens de fermeture du circuit d'alimentation électrique sont illustrés schématique- ment par un interrupteur 26. Comme on l'a seulement illustré pour l'outil 12-3 sur la figure 1 dans un but de simplification, chacun des outils 12-1 à 12-4 inclut un transformateur 28 dont l'enroulement primaire est connecté électrique- ment entre chacun des conducteurs électriques 19 du câble 18, en amont des moyens de commutation 20 de l'outil considéré, c'est-à-dire vers le haut du puits par rapport à ces moyens de commutation. Le bobinage secondaire du transformateur 28 qui équipe chacun des outils est connecté électriquement à la partie active 14 associée à cet outil, par l'intermédiaire de moyens d'émission 30 et de réception 29. Chaque transformateur 28 assure ainsi, en asso- ciation avec la liaison 18, la transmission des signaux entre l'installation de surface 16 et l'outil considéré. Plus précisément, chaque transformateur 28 permet de transmettre à la partie active 14 de l'outil correspondant des signaux en provenance de l'ins- tallation de surface 16. A l'inverse, chacun des trans- formateurs 28 permet également de transmettre à l'installation de surface 16 des signaux en provenance de l'outil 12-1 à 12-4 correspondant. En outre, chacun des outils 12-1 à 12-4 comprend un circuit d'alimentation électrique 32, connecté au point milieu de l'enroulement primaire du transformateur 28 associé à cet outil. L'ensemble permet ainsi d'assurer l'alimentation en mode commun de chacun des outils 12-1 à 12-4, à partir de la source d'alimentation électrique 25 implantée dans l'installa- tion de surface 16. L'ensemble de transmission qui vient d'être décrit permet, en cas de court-circuit ou de coupure intervenant dans l'un des outils ou dans l'un des tron- çons du câble 18 reliant les outils, de sauvegarder tous les outils situés au-dessus de l'élément défaillant. Ainsi, dans l'hypothèse d'un court-circuit ou d'une coupure sur le tronçon de câble 18 reliant les outils 12-3 et 12-4, les outils 12-1 à 12-3 peuvent être maintenus actifs en fermant les moyens de commuta- tion associés aux outils 12-1 et 12-2 et en ouvrant les moyens de commutation 20 associés à l'outil 12-3. Seul l'outil 12-4 est alors inopérant. Dans l'hypothèse o la coupure ou le court-circuit se produit à l'intérieur de l'un des outils tel que l'outil 12-3, tous les outils situés au-dessus de celui-ci peuvent continuer à être utili- sés, en laissant ouverts les moyens de commutation 20 associés à l'outil 12-2 et en fermant les moyens de commutation associés aux outils situés au-dessus, c'est-à-dire dans ce cas à l'outil 12-1. Dans cette hypothèse, tous les outils situés au-dessus de l'outil défaillant peuvent continuer à être utilisés, alors que l'outil défaillant et les outils situés en dessous de celui-ci sont inopérants. En l'absence de panne, tous les moyens de commutation 20 sont normalement fermés, de même que l'interrupteur 26. Tous les outils 12-1 à 12-4 sont alors opérants. Lorsqu'une panne se produit, elle est immédia- tement détectée par les moyens d'émission 23 et de réception 24 des signaux reliés à l'enroulement secondaire du transformateur 22. Une commande d'ouverture de l'interrupteur 26 et de tous les moyens de commutation 20 est alors déclenchée. La panne est ensuite localisée en fermant l'un après l'autre les moyens de commutation 20 associés à chacun des outils 12-1 à 12-4, jusqu'à ce que la panne réapparaisse. Plus précisément, des signaux sont envoyés au premier outil 12-1 rencontré en partant de la surface, pour s'assurer de son bon fonctionnement. Lorsque les signaux en ce sens sont reçus par l'installation de surface, on ferme le moyen de commutation 20 associé à ce premier outil. Si cette fermeture a pour conséquence l'appari- tion de la panne, cela signifie que celle-ci est loca- lisée soit sur le tronçon du câble 18 reliant les outils 12-1 et 12-2, soit dans l'outil 12-2. Dans cette hypothèse, aucun des moyens de commutation 20 ne peut être maintenu fermé et seul l'outil 12-1 reste utilisa- ble. Dans l'hypothèse inverse, c'est-à-dire si aucune panne ne se produit lors de la fermeture du moyen de commutation 20 associé au premier outil 12-1, on réitère au niveau de l'outil suivant 12-2 les opéra- tions précédemment effectuées sur l'outil 12-1. Lorsque l'outil 12-2 se révèle en état de marche, on ferme le moyen de commutation 20 correspondant. Comme précédemment, cette fermeture peut avoir pour conséquence l'apparition de la panne ou, au contraire ne révéler aucune panne. Ces opérations sont renouvelées de proche en proche, jusqu'à ce que la panne soit effectivement localisée. Après la réouverture de l'interrupteur 26 et des moyens de commutation 20 précédemment fermés, on referme l'interrupteur 26 ainsi que tous les moyens de commutation 20 précédant celui qui avait été fermé auparavant en dernier et avait conduit à la détection de la panne. Sur la figure 1, on a représenté un mode de réalisation préféré de l'invention qui permet d'amélio- rer encore sensiblement l'efficacité de la sauvegarde. A cet effet, la liaison 18 ne se termine pas au niveau de l'outil 12-4 le plus profond, mais remonte ensuite dans le puits jusqu'à l'installation de surface 16. En d'autres termes, la liaison 18 forme une boucle qui part de l'installation de surface 16, chemine successivement par chacun des outils 12-1 à 12-4, puis revient à l'installation de surface 16. Dans ce cas et comme on l'a illustré schémati- quement sur la figure 1, l'installation de surface 16 est agencée de façon à permettre l'alimentation des outils 12-1 à 12-4 et la transmission des signaux indifféremment par l'une ou l'autre des extrémités du câble 18 reliées à l'installation 16. A cet effet, l'installation de surface 16 comprend un deuxième transformateur 22' dont l'enroulement secondaire est relié à la deuxième extrémité du câble 18 et connecté entre les deux conducteurs électriques 19. L'enroule- ment primaire du transformateur 22' est connecté à des moyens d'émission 23' et de traitement 24' de signaux. Pour permettre l'alimentation électrique de chacun des outils 12-1 à 12-4 par la deuxième extrémité du câble 18, le point milieu de l'enroulement secon- daire du transformateur 22' est connecté électriquement à une source d'alimentation électrique 25', par l'intermédiaire de moyens de fermeture du circuit d'alimentation illustrés schématiquement par un inter- rupteur 26' Il est à noter qu'en pratique, les divers éléments de l'installation de surface 16 reliés à cha- cune des extrémités du câble électrique 18 peuvent présenter certaines parties communes, contrairement à ce qui est illustré schématiquement sur la figure 1. Dans ce mode de réalisation préféré de l'inven- tion, chacun des outils 12-1 à 12-4 comporte également des moyens permettant de l'alimenter électriquement et d'assurer la transmission électrique des signaux en aval des moyens de commutation 20 équipant l'outil considéré. Ainsi et comme on l'a illustré uniquement pour l'outil 12-3 dans un but de simplification, chacun des outils inclut alors un deuxième transformateur 28' dont l'enroulement primaire est monté entre les deux conduc- teurs électriques du câble 18, en aval des moyens de commutation 20 de l'outil considéré, c'est-à-dire en dessous de ces moyens de commutation. L'enroulement secondaire de chacun des transformateurs 28' est alors relié à la partie active 14 de l'étage considéré, par l'intermédiaire de moyens d'émission 30' et de réception 29'. Cet agencement permet d'assurer la transmission des signaux, dans l'un et l'autre sens, entre les éléments de l'installation de surface 16 reliés à la deuxième extrémité du câble 18 et l'outil considéré, même lorsque les moyens de commutation 20 de cet outil sont ouverts. En outre, le point milieu de l'enroulement pri- maire du transformateur 28' associé à chacun des outils est relié à un moyen d'alimentation électrique 32' de l'outil considéré. Cet agencement permet d'assurer l'alimentation électrique de cet outil par la deuxième extrémité du câble 18, lorsque les moyens de commuta- tion 20 qui l'équipent sont ouverts. Dans ce mode de réalisation préféré de l'inven- tion, tous les outils peuvent être maintenus actifs si un court-circuit ou une coupure se produit dans l'un des tronçons du câble 18 reliant deux des outils 12-1 à 12-4. En effet, les moyens de commutation 20 des deux outils tels que 12-2 et 12-3, situés de part et d'autre du tronçon considéré sont alors maintenus ouverts alors que tous les autres moyens de commutation sont fermés. Dans ces conditions, les outils tels que 12-1 et 12-2 situés au-dessus du tronçon de câble défaillant sont alimentés et reliés électriquement à l'installation de surface 16 par la partie du câble 18 située au- dessus du tronçon défaillant. Par ailleurs, les outils tels que 12-3 et 12-4 situés en dessous du tronçon défaillant sont alimentés électriquement et reliés à l'installation de surface 16 par l'autre partie du câble 18, reliant dans ce cas l'outil de fond 12-4 à l'installation de surface. Si la panne se situe à l'intérieur de l'un des outils, tel que l'outil 12-2, tous les autres outils, c'est-à-dire dans ce cas les outils 12-1, 12-3 et 12-4 peuvent être maintenus en état de marche. A cet effet, on maintient ouverts les moyens de commutation 20 associés aux outils, tels que 12-1 et 12-3, les plus proches de l'outil défaillant et on ferme les autres moyens de commutation 20, tels que celui qui est associé à l'outil 12-4, en agissant par l'extrémité correspondante du câble. La procédure est identique à celle qui a été décrite précédemment dans le cas o le câble 18 ne forme pas une boucle. Toutefois, elle est alors effec- tuée par chacune des deux extrémités du câble 18. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit en référence à la figure 1, les outils 12-1 à 12-4 du train d'outils installé dans le puits 10 sont reliés en série dans l'ordre dans lequel ils se trou- vent à l'intérieur du puits. Comme on l'a illustré schématiquement en variante sur la figure 2, ce mode de connexion ne constitue qu'un exemple de réalisation nullement limitatif. Ainsi, dans le cas de la figure 2, la première extrémité du câble 18 issue de l'installation de sur- face 16 relie successivement en série cet ensemble à l'outil 12-1 le plus haut, à l'outil 12-3, puis à l'outil 12-4, avant de remonter dans le puits, en passant par l'outil 12-2, jusqu'à l'installation de surface 16. Tout autre mode de connexion en série impli- quant tous les outils du train d'outils, quel que soit leur nombre, peut être adopté, sans sortir du cadre de l'invention. Il est à noter que si l'utilisation d'une alimentation en mode commun de chacun des outils, tel que décrit précédemment, est préférée, on peut aussi alimenter, séparément de la transmission des signaux, chaque outil en dotant le câble d'un troisième conducteur électrique. Dans ce ca, chaque moyen de commutation comprend également un commutateur placé sur ce troisième conducteur. Dans le même esprit, la technique utilisée pour assurer la transmission des signaux entre l'installa- tion de surface et chacun des outils peut également être remplacée par toute technique équivalente, sans sortir du cadre de l'invention. Enfin, l'invention n'est pas limitée au cas o les outils et l'installation de surface sont reliés par un câble électrique. Au contraire, elle s'applique à tout type de liaison, tel qu'une liaison hydraulique. REVENDICATIONS 1. Procédé de sauvegarde d'un train d'outils installé dans un puits pétrolier, en cas de panne localisée, une liaison (18) reliant en série une installation de surface (16) à chacun des outils (12-1 à 12-4) dudit train, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à découper la liaison (18) en tronçons reliés successivement les uns aux autres par des moyens de commutation (20), à localiser une panne éventuelle en fermant l'un après l'autre chacun des moyens de commutation (20) en partant de l'installation de surface (16), jusqu'à l'apparition de ladite panne, et à ne fermer que les moyens de commutation (20) précédant le moyen fermé en dernier. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise une liaison (18) formant une boucle entre l'installation de surface (16) et les outils (12-1 à 12-4), on localise ladite panne en fermant les moyens de commutation (20) dans les deux sens sur ladite boucle, à partir de l'installation de surface (16), et on ne ferme, dans chaque sens, que les moyens de commutation précédant le moyen fermé en dernier. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, dans lequel on associe un moyen de commutation (20) à chacun des outils (12-1 à 12-4). 4. Procédé selon les revendications 2 et 3 combinées, dans lequel on fait communiquer séparément chaque outil (12-1 à 12-4) avec chacun des deux tronçons reliés entre eux par le moyen de commutation (20) associé à cet outil. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite liaison comprend un câble électrique (18). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on assure à la fois l'alimentation des outils en mode commun, et l'échange de signaux entre l'installation de surface (16) et chacun des outils (12-1 à 12-4) par un câble (18) à deux conducteurs. 7. Ensemble de transmission, comprenant une liaison (18) reliant en série une installation de surface (16) à chacun des outils (12-1 à 12-4) d'un train d'outils installé dans un puits pétrolier (10), ensemble caractérisé en ce que la liaison (18) est formée de tronçons successifs, reliés les uns aux autres par des moyens de commutation (20) aptes à être ouverts pour isoler au moins un tronçon de câble ou un outil défaillant. 8. Ensemble selon la revendication 7, dans lequel la liaison (18) forme une boucle entre l'installation de surface (16) et les outils (12-1 à 12-4). 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 7 et 8, dans lequel un moyen de commutation (20) est associé à chaque outil (12-1 à 12-4). 10. Ensemble selon les revendications 8 et 9 combinées, dans lequel chaque outil (12-1 à 12-4) communique séparément avec chacun des deux tronçons reliés entre eux par le moyen de commutation (20) associé à cet outil. 11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel ladite liaison comprend un câble électrique (18). 12. Ensemble selon la revendication 11, dans lequel le câble (18) comprend deux conducteurs et l'installation de surface (16) comprend un transformateur (22,22') dont l'enroulement primaire est relié à des moyens d'émission et de réception de signaux, et dont l'enroulement secondaire est monté en série entre les deux conducteurs du câble, l'installation de surface (16) comprenant de plus une source de courant (25,25'), connectée au point milieu de l'enroulement secondaire.