Brevet FR2796151A1 — publié le 20010112

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR DETERMINER LA DENSITE MOYENNE D'UN FLUIDE CIRCULANT DANS UN PUITS D'HYDROCARBURE INCLINE OU HORIZONTAL DESCRIPTION Domaine technique L'invention concerne un procédé conçu pour déterminer la densité moyenne d'un fluide circulant dans un puits d'hydrocarbure en production, lorsque ce puits est incliné ou horizontal. L'invention concerne également un dispositif mettant en ceuvre ce procédé. Etat de la technique Une technique classique pour déterminer la densité moyenne d'un fluide s'écoulant dans un puits d'hydrocarbure en production consiste à mesurer la différence de pression qui existe entre deux points sensiblement alignés selon l'axe du puits et espacés l'un de l'autre parallèlement à cet axe. En effet, pour une distance donnée séparant les deux points de mesure, selon une direction verticale, la différence de pression mesurée est proportionnelle à la densité moyenne du fluide. Dans la pratique, cette technique est mise en #uvre au moyen d'un dispositif comprenant un corps d'outil disposé selon l'axe du puits ou parallèlement à celui-ci. Ce corps d'outil supporte, parallèlement à son axe, un tube ouvert à ses deux extrémités, qui constituent ainsi les points de prise de pression. Un capteur placé dans le tube mesure la différence de pression entre ces deux extrémités. Ce capteur comprend par exemple une membrane déformable dont les faces opposées sont en contact avec le fluide du puits admis par les deux extrémités ouvertes du tube. Dans ces dispositifs classiques, l'écartement entre les points de prise de pression tient compte de la résolution des capteurs utilisés. Dans les premiers dispositifs utilisant cette technique de mesure, la faible résolution des capteurs imposait une distance minimale d'environ 60 cm. Cette distance a généralement été conservée depuis, bien que l'on dispose à présent de capteurs sensiblement plus performants. Les dispositifs classiques réalisés de cette manière fournissent des résultats satisfaisants lorsqu'ils sont utilisés dans des puits verticaux ou de faible inclinaison. En revanche, ils sont inutilisables dans les puits horizontaux ou présentant une très forte inclinaison. Exposé de l'invention L'invention a pour objet un procédé dont la conception originale lui permet de déterminer la densité moyenne d'un fluide circulant dans un puits d'hydrocarbure en production, lorsque ce puits est fortement incliné ou même horizontal. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un procédé pour déterminer la densité moyenne P. d'un fluide circulant dans un puits d'hydrocarbure incliné ou horizontal, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la différence de pression AP entre deux régions situées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits, à déterminer l'inclinaison d'une droite joignant lesdites régionst par rapport à la verticale, et à déduire de la différence de pression mesurée et de l'inclinaison déterminée la densité moyenne p. recherchée. Du fait que les points de prise de pression sont situés à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits, leur espacement selon une direction verticale est sensiblement égal au diamètre du puits lorsque celui-ci est horizontal ou fortement incliné. La résolution des capteurs existants est alors suffisamment élevée pour permettre de déterminer la densité moyenne du fluide avec la précision requise. Pour faciliter la mesure dans des puits non horizontaux, on mesure ladite différence de pression AP entre deux régions décalées l'une de l'autre parallèlement à un axe longitudinal du puits. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la différence de pression est mesurée entre les deux extrémités d'un tube débouchant dans chacune des régions précitées. Dans ce cas, on implante avantageusement le tube sur un bras que l'on déploie sensiblement dans un plan vertical médian du puits, de telle sorte que les extrémités du tube soient placées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits. De préférence, on détermine l'inclinaison de la droite joignant les régions précitées, par rapport à la verticale, en mesurant l'inclinaison du puits par rapport à la verticale et l'inclinaison de cette droite par rapport au puits. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour déterminer la densité moyenne p.,, d'un fluide circulant dans un puits d'hydrocarbure incliné ou horizontal, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de pression pour mesurer la différence de pression AP entre deux régions situées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits et des moyens de mesure d'inclinaison pour déterminer l'inclinaison d'une droite jo'ignant lesdites régions, afin de pouvoir déduire la densité moyenne du fluide de la différence de pression mesurée par les moyens de mesure de pression et de l'inclinaison déterminée par les moyens de mesure d'inclinaison. Lorsqu'on désire effectuer une mesure redondante, le dispositif comprend un corps sur lequel sont articulés deux bras, selon deux orientations différentes. Chaque bras porte alors un tube distinct, associé à des moyens de mesure de pression séparés. Brève description des dessins On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure unique représente schématiquement, en coupe longitudinale, un dispositif conçu pour mesurer la densité moyenne du fluide circulant dans un puits fortement incliné. Exposé détaillé d'un mode de réalisation préféré de l'invention Sur la figure, on a représenté très schématiquement un dispositif 101 placé dans un puits 12 d'hydrocarbure en production. Plus précisément, la partie du puits 12 dans laquelle se trouve le dispositif 10 est fortement incliné. Le dispositif 10 illustré schématiquement sur la figure est conçu pour déterminer la densité moyenne du fluide circulant dans le puits 12. Il peut éventuellement être associé à d'autres dispositifs d'acquisition de données (non représentés) et comprendre des capteurs supplémentaires qui ne font pas partie de l'invention. Le dispositif 10 conforme à l'invention, ainsi que les autres dispositifs qui lui sont éventuellement associés, sont reliés à une installation de surface (non représentée) par un câble ou une tige souple. Les données acquises dans le dispositif 10 sont enregistrées, ou transmises en temps réel à l'installation de surface, par télémétrie, au travers du câble ou de la tige. Le dispositif 10 conforme à l'invention comprend un corps cylindrique 14, dont le diamètre est sensiblement inférieur au diamètre intérieur du puits 12. Le corps 14 supporte un mécanisme articulé 16, apte à être déployé dans un plan passant par l'axe longitudinal dudit corps. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure, le mécanisme 16 comprend un patin tubulaire 18 et deux bras articulés 20 et 22 reliant le patin 18 au corps 14. La structure du mécanisme 16 ainsi constitué est telle que le corps 14 et le patin tubulaire 18 soient appliqués contre des génératrices diamétralement opposées du puits 12 lorsque le mécanisme est déployé. Le mécanisme 16 peut également occuper un état rétracté, dans lequel le patin tubulaire 18 est replié contre le corps 14 du dispositif ou escamoté dans un logement prévu à cet effet dans le corps 14. Pour permettre au mécanisme 16 de passer de son état rétracté dans son état déployé, et inversement, le bras 22 le plus proche du fond du puits est articulé à ses deux extrémités respectivement sur le corps 14 et sur le patin tubulaire 18. Par ailleurs, une première extrémité du bras 20 le plus proche de la surface est articulée sur le patin tubulaire 18 et son extrémité opposée est apte à se déplacer parallèlement à l'axe longitudinal du corps 10 sous l'action d'un moteur (non représenté) logé dans le corps 14. Dans une variante de réalisation non représentée, les bras 20 et 22 peuvent être remplacés par des ressorts à lame, qui assurent automatiquement le déploiement du mécanisme lorsque le dispositif est introduit dans le puits. Lorsque le dispositif 10 est placé dans un puits incliné ou horizontal, le corps 14 vient automatiquement reposer dans la partie basse du puits c'est-à-dire contre la génératrice inférieure de celui-ci, comme le montre la figure. Lorsque le mécanisme 16 est déployé, celui-ci occupe alors automatiquement l'intégralité du diamètre du puits, au-dessus du corps 14, dans un plan vertical passant par l'axe longitudinal du puits. En variante, il est possible d'équiper le corps 14 de l'appareil d'un dispositif magnétique. Ce dispositif coopère alors avec le cuvelage métallique 13 qui revêt l'intérieur du puits 12, de façon à garantir une bonne orientation du corps 14 dans le plan vertical précité. Conformément à l'invention, le dispositif 10 est équipé de moyens pour mesurer la différence de pression entre deux régions situées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits 12. Dans le mode de réalisation représenté, ces moyens sont doublés, afin d'assurer une mesure redondante. Plus précisément, le dispositif 10 comprend deux capteurs 24 et 26, logés dans le corps 14. Chacun des capteurs 24 et 26 mesure la différence de pression qui règne entre les extrémités ouvertes d'un tube correspondant 28, 30. Le tube 28 chemine le long du bras 20 et traverse le corps 14 ainsi que la partie tubulaire 18, de telle sorte que ses extrémités débouchent dans des régions Bl et Hl situées respectivement à proximité immédiate des génératrices inférieure et supérieure du puits. De façon comparable, le tube 30 chemine le long du bras 22 et traverse le corps 14 ainsi que le patin tubulaire 18, de façon à déboucher à ses extrémités dans des régions B2 et H2 situées respectivement à proximité immédiate des génératrices inférieure et supérieure du puits. Les capteurs 24 et 26, placés respectivement dans les tubes 28 et 30, peuvent être constitués par tous capteurs aptes à mesurer la différence de pression qui règne respectivement entre les régions Hl et Bl et entre les régions H2 et B2. Il peut notamment s'agir de capteurs à membranes déformables ou de tous capteurs présentant une résolution suffisante. Il est à noter que les régions Hl et Bl dans lesquelles débouche le tube 28 sont décalées parallèlement à l'axe du puits. Plus précisément, la région Hl située à proximité immédiate de la génératrice supérieure du puits est plus proche du fond du puits que la région Bl, proche de la génératrice inférieure du puits. Les régions H2 et B2 dans lesquelles débouche le tube 30 sont également décalées parallèlement à l'axe du puits. Ainsi, la région B2 est plus proche du fond du puits que la région H2. Le dispositif 10 conforme à l'invention comprend également trois détecteurs 32, 34 et 36, logés dans le corps 14 du dispositif. Le détecteur 32 mesure l'inclinaison (x du puits 12 par rapport à la verticale, c'est-à-dire l'inclinaison de l'axe du corps 14 par rapport à la verticale. Il peut être constitué par tout détecteur apte à remplir cette fonction. Par ailleurs, chacun des détecteurs 34 et 36 mesure l'inclinaison respective 01, 02 des bras 20 et 22 par rapport à l'axe du puits 12, c'est-à-dire par rapport à l'axe longitudinal du corps 14. Ils peuvent être constitués par tous détecteurs aptes à remplir cette fonction. Les différentes mesures effectuées par les capteurs 24 et 26 et par les détecteurs 32, 34 et 36 sont enregistrées et/ou transmises à l'installation de surface. Elles sont utilisées pour calculer la densité moyenne du fluide circulant dans le puits. Pour chacune des deux mesures de pression effectuées par les capteurs 24 et 26, la densité moyenne p. du fluide est calculée à partir de la relation : AP x g x h où - AP représente la différence de pression mesurée par le capteur 24 ou 26, - g représente l'accélération de la pesanteur, et - h représente la distance séparant les régions de prise de pression, parallèlement à la verticale. Dans le cas de la mesure de pression effectuée par le capteur 24, la valeur de la distance h séparant les régions Hl et Bl est déterminée à partir des mesures d'inclinaison a et 01 effectuées par les détecteurs 32 et 34. Dans le cas de la mesure de pression effectuée par le capteur 26, la valeur de la distance h est calculée à partir des inclinaisons (x et 02 mesurées par les détecteurs 32 et 36. Le caractère redondant des mesures effectuées dans le mode de réalisation décrit permet d'être sûr qu'au moins l'une des distances h sur lesquelles sont effectuées les mesures est au moins sensiblement égale au diamètre du puits, quel que soit le sens de l'inclinaison de celui-ci. On peut donc déterminer la densité moyenne du fluide avec une bonne précision, même dans un puits fortement incliné ou horizontal. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Ainsi, un dispositif simplifié peut ne comprendre qu'un capteur de mesure de pression, tel que le capteur 26 sur la figure. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer la densité moyenne p. d'un fluide circulant dans un puits d'hydrocarbure (12) incliné ou horizontal, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la différence de pression AP entre deux régions (Hl,Bl ; H2,B2) situées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits, à déterminer l'inclinaison d'une droite joignant lesdites régions, par rapport à la verticale, et à déduire de la différence de pression mesurée et de l'inclinaison déterminée la densité moyenne p. recherchée. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on mesure ladite différence de pression AP entre deux régions (Hl,Bl ; H2,B2) décalées l'une de l'autre parallèlement à un axe longitudinal du puits (12). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel on mesure ladite différence de pression AP entre deux extrémités d'un tube (28 ; 30), débouchant dans chacune desdites régions (Hl,Bl ; H2,B2). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on implante le tube (28 ; 30) sur un bras (20,22) que l'on déploie sensiblement dans un plan vertical médian du puits (12), de telle sorte que lesdites extrémités soient placées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on mesure l'inclinaison (a) du puits (12) par rapport à la verticale et l'inclinaison (01,02) de ladite droite par rapport au puits, pour en déduire l'inclinaison de la droite par rapport à la verticale. 6. Dispositif pour déterminer la densité moyenne p. d'un fluide circulant dans un puits d'hydrocarbure (12) incliné ou horizontal, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure (24,26) de pression pour mesurer la différence de pression AP entre deux régions (Hl,Bl ; H2,B2) situées à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits et des moyens de mesure d'inclinaison (32,34,36) pour déterminer l'inclinaison d'une droite joignant lesdites régions, afin de pouvoir déduire la densité moyenne (p,,,) du fluide de la différence de pression mesurée par les moyens de mesure de pression (24,26) et de l'inclinaison déterminée par les moyens de mesure d'inclinaison (32,34,36). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de mesure de pression (24,26) mesurent ladite différence de pression AP entre deux régions (Hl,Bl ; H2,B2) décalées l'une de l'autre parallèlement à un axe longitudinal du puits. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, dans lequel les moyens de mesure de pression (24,26) mesurent la différence de pression entre deux extrémités d'un tube (28,30) débouchant dans chacune desdites régions (Hl,Bl ; H2,B2). 9. Dispositif selon la revendication 8, comprenant un corps (14) apte à être reçu dans le puits, sensiblement parallèlement à son axe, et au moins un bras (20,22) articulé sur le corps (14) et apte à être déployé dans le puits, sensiblement selon un plan vertical médian de celui-ci, ledit bras (20,22) portant le tube (28,30) de telle sorte que les extrémités de ce dernier soient placées respectivement à proximité des génératrices inférieure et supérieure du puits. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de mesure d'inclinaison comprennent un premier détecteur (32) apte à mesurer l'inclinaison (a) du puits par rapport à la verticale et un deuxième détecteur (34,36) apte à mesurer l'inclinaison (01,02) d'une droite joignant les extrémités du tube (28,30) par rapport au corps (14). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, dans lequel deux bras (20,22) sont articulés sur le corps (14), selon des orientations différentes, chaque bras portant un tube (28,30) distinct, associé à des moyens de mesure de pression (24,26) séparés.