Brevet FR2789116A1 — publié le 20000804

L'invention concerne un dispositif de manoeuvre d'un câble de mesure dans un puits, en particulier dans un puits sous pression. Dans le domaine de l'exploitation de gisements pétroliers par des puits forés, et en particulier dans le domaine des mesures dans les puits producteurs, on est conduit à descendre des sondes de mesure au bout 1o d'un câble comportant au moins un conducteur destiné à transmettre l'information jusqu'à la surface du sol. Dans le cas o les gisements sont éruptifs, c'est à dire lorsque l'effluent, gaz ou huile, contenu dans le gisement a suffisamment d'énergie de pression pour remonter et s'écouler dans la conduite de production de surface, le puits, une fois fermé par une vanne, est soumis à une pression en tête. Pour descendre les sondes et le câble de mesure, on utilise couramment des équipement spéciaux, tels obturateurs de sécurité, sas et vannes. Ainsi, on opère les sondes de mesure sans "tuer" le puits, c'est à dire sans contrebalancer la pression du gisement par un fluide de puits dont la masse volumique est telle que la pression de fond de puits est équilibrée. Cependant, les opérations de manoeuvre d'un câble dans un puits en pression posent certains problèmes. Pour contenir la pression, un système type presse étoupe est serré autour de la circonférence du câble. La pression du puits s'applique sur la section du câble et crée une force qui a tendance à rejeter le câble hors du puits. Pour permettre aux 2 2789116 sondes, fixées à l'extrémité inférieure du câble, de descendre dans le puits sous l'effet de la gravité, il faut au moins compenser cette force en ajoutant un certain nombre de barres de charge aux sondes. L'introduction de la sonde et des barres de charge nécessite l'usage d'un tube sas monté au dessus des obturateurs de sécurité et couronné par le presse étoupe. La longueur du sas doit être suffisante pour que la sonde et ses barres de charge puissent y être contenues. Si le nombre de barres de charge est important, la hauteur du sas peut être exagérée. Dans le cas des puits à forte pression en tête, par exemple 10000 0 psi (69 MPa), sur un câble d'environ 1 cm de diamètre (la section est de 0. 78 cm2), la force sur la section du câble est ici d'environ 5000 N. Cette force peut représenter une longueur importante de barres de charge, en particulier dans le cas de barres de petit diamètre ou de puits inclinés. On pourrait tenter d'utiliser des dispositifs d'injection de câble selon le même principe que les injecteurs à chaînes utilisés pour déplacer dans un puits un tube métallique déroulé d'un touret, communément appelé "coiled tubing" dans la profession. Mais, il est connu que l'effort de compression sur un câble de "logging" présentant plusieurs couches de fils d'armures de résistance à la traction provoque un endommagement du câble, pouvant à l'extrême créer des "cages d'oiseau", c'est à dire une décohésion des nappes d'armure à la suite d'une augmentation du diamètre extérieur du câble due à un effort de compression sur le câble. Comprimer un câble armé n'est pas recommandé par la profession. Ainsi, pour résoudre cette difficulté, la présente invention concerne un dispositif de déplacement d'un câble dans une enveloppe sous pression 3 2789116 comprenant un système d'étanchéité de type presse étoupe autour dudit câble. Le dispositif comporte à l'intérieur de ladite enveloppe des moyens de traction mécanisés adaptés à appliquer une traction sur ledit câble de façon faire pénétrer ou à retenir le câble à l'intérieur de l'enveloppe. Les moyens de traction peuvent être: à galets, à chenilles, ou à poulies cabestan. Le fond de gorge de la poulie cabestan peut avoir une dimension telle qu'au moins deux spires de câble peuvent y être enroulés. Deux poulies cabestan peuvent être montées en série. La mécanisation des moyens de traction peut comprendre un moteur pneumatique, hydraulique ou électrique. L'enveloppe peut être dimensionnée pour une pression de service d'au moins 70 MPa. L'invention s'applique à des opération de mesures dans des puits pétrolier à haute pression, c'est à dire au delà de 30 MPa. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple, nullement limitatif, de réalisation de la présente invention, illustrée notamment par les figures ci-après annexées, parmi lesquelles: * la figure 1 représente schématiquement le principe de l'invention, * les figures 2 et 2A représentent schématiquement un premier mode de réalisation, M la figure 3 illustre une autre variante. 4 2789116 La figure 1 représente schématiquement un puits pétrolier 1 cuvelé par une tube 2 jusqu'à la surface du sol 3. Des équipements de tête de puits 4, fixés sur l'extrémité supérieure de la colonne de tube 2, permettent le montage des obturateurs de sécurité 20 composés généralement de mâchoires de coupe et d'étanchéité ("shear rams") et de mâchoires d'étanchéité sur le câble ou la sonde. Un tube 21 ou sas est intercalé entre les obturateurs de sécurité 20 et l'obturateur d'étanchéité autour du câble de mesure ou "logging" 6. La longueur du sas correspond à la longueur de la sonde 8, y compris les barres de charge. Le câble de mesure 6 est stocké et manoeuvré en surface par un treuil conventionnel 7. Un ensemble 8 de sondes de mesure est fixée à l'extrémité inférieure du câble 6. L'espace intérieur 9 du puits et du sas est soumis à une pression P. Les obturateurs 5 sur le câble 6 sont du type à garnitures caoutchouc comprimées par des moyens de serrage mécaniques. Ils comprennent également un tube d'injection de graisse de façon à améliorer l'étanchéité et le glissement du tube dans les garnitures. Le principe de l'invention est basé sur la présence de moyens de traction sur le câble 10 dans l'espace 9 en pression. Le sens de la traction 2o appliquée est tel que celle-ci compense pratiquement l'effort de pression P sur la section du câble 6. Un arbre 11 traverse l'enveloppe du dispositif pour être en liaison mécanique avec une motorisation M, extérieure au puits. Bien entendu, des systèmes d'étanchéité sont disposés entre l'enveloppe et l'arbre 11 tournant. Ainsi, il est possible de limiter le nombre de barres de charge à fixer sur l'ensemble 8 de sondes. Lorsque le poids des sondes et du câble 6 2789116 dépasse la force de pression et le frottement du câble dans l'obturateur 5, il n'y a plus nécessité de tirer sur le câble 6 par les moyens 10. On pourra alors débrayer la motorisation M. De même, lorsqu'il s'agira de remonter le câble et la sonde, le système de traction selon l'invention sera rendu5 inopérant par un débrayage de la motorisation ou l'utilisation d'un système de roue libre ou un équivalent mécanique. Cependant, lorsque le poids suspendu de la sonde et du câble devient inférieur à la poussée sur le câble due à la pression, les moyens de traction opèrent alors une force de traction sur le câble pour le retenir et éviter son expulsion hors de l'enceinte en pression. Ainsi, on évite le refoulement du câble de logging à l'extérieur du puits, problème qui arrive quelque fois lorsque la pression du puits augmente de façon inattendue jusqu'à dépasser le poids suspendu au câble. L'invention s'applique plus particulièrement aux puits de grande profondeur, pour lesquels il est souvent utilisé des câbles de logging de diamètre d'environ 1 cm. On peut utiliser des câbles à un, deux ou sept conducteurs de diamètre égal à 23/100 de pouce (0,58 cm), 32/100 de pouce (0,813 cm), 39/100 de pouce (0,99 cm), 42/100 de pouce (1,067 cm). La réalisation des moyens de traction 10 peut prendre plusieurs formes: * au moins une paire de galets serrés sur le câble, * deux bandes continues, type chenilles, serrées également sur le câble et entraînées par un des rouleaux, * une poulie de type "winch" permettant de réaliser une traction par effet cabestan du câble enroulé en une ou plusieurs spires sur ladite poulie. 6 2789116 Cette dernière réalisation est illustrée schématiquement par les figures 2 et 2A. La figure 2 montre la tête de puits 4 surmontée du dispositif selon l'invention comprenant une poulie 12 sur un axe 14 traversant le carter au moins d'un coté pour être relié à une motorisation M. Le câble 6 est sensiblement tangent à la circonférence de la poulie du coté obturateur 5 et du coté puits. Le câble 6 fait au moins un tour pour qu'il y ait effectivement traction sur le câble par la rotation de la poulie 12. En fonction du coefficient de frottement câble sur le fond de gorge de la 1o poulie, on pourra avoir plusieurs spires de câble. Un galet 13 peut être disposé en face du fond de gorge de la poulie de façon à assurer le maintien des spires de câble autour de la poulie. La figure 2A est une coupe radiale de la poulie d'entraînement. Sur cette figure, on a représenté le carter 15 constitué par deux flasques boulonnés et étanches à la pression interne. L'arbre 14 traverse un des flasques du carter pour être entraîné, grâce à des moyens classiques de transmission, par une motorisation pneumatique, hydraulique ou électrique. La forme du fond de gorge de la poulie 12 permet l'enroulement de plusieurs spires de câble, lesdites spires étant maintenues dans cette gorge par un rouleau 13. La figure 3 montre une variante dans laquelle on utilise deux poulies 22 et 23 en série, sur lesquelles le câble 6 s'enroule sur une seule spire, ce qui évite, à l'évidence, les risques de chevauchement des spires. Les motorisations M1 et M2 de chaque poulie, doivent être synchronisées, de façon mécanique, hydraulique ou électrique. 7 2789116 La présente invention permet donc l'utilisation d'un câble de mesure de section relativement importante dans les puits haute pression. De plus, le système simplifie les manoeuvres des sondes en limitant le nombre des barres de charge, et l'effort sur le câble reste toujours de la traction. 8 2789116 REVENDICATIONS 1) Dispositif de déplacement d'un câble (6) dans une enveloppe sous pression comprenant un système d'étanchéité (5) de type presse étoupe autour dudit câble, caractérisé en ce qu'il comporte à l'intérieur de ladite enveloppe des moyens de traction (10, 12, 22, 23) mécanisés adaptés à appliquer une traction sur ledit câble de façon faire pénétrer ou à retenir le câble à l'intérieur de l'enveloppe. 2) Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de traction sont: à galets, à chenilles, ou à poulies cabestan. 3) Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le fond de gorge de la poulie cabestan a une dimension telle qu'au moins deux spires de i câble peuvent y être enroulés. 4) Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel deux poulies cabestan (22, 23) sont montées en série. 2o 5) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite mécanisation des moyens de traction comprend un moteur pneumatique, hydraulique ou électrique. 6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite enveloppe est dimensionnée pour une pression de service d'au moins 70 MPa. 9 2789116 7) Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes à des opération de mesures dans des puits pétrolier à haute pression, c'est à dire au delà de 30 MPa.