Brevet FR2952119A1 — publié le 20110506

DISPOSITIF TRANSDUCTEUR AYANT UN BOÎTIER POUR BOBINE DE REPRISE D'EFFORT DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne de façon générale des systèmes de télémétrie de forage. Plus précisément, l'invention concerne des dispositifs transducteurs destinés à 5 transmettre des signaux le long d'un train de tiges de forage CONTEXTE DE L'INVENTION Lors d'opérations de forage de fond de puits, des outils de mesure de fond de puits sont utilisés pour collecter des informations concernant des formations géologiques, l'état 10 d'outils de fond de puits, et d'autres conditions de fond de puits. Ces données sont utiles aux opérateurs de forage, aux géologues, aux ingénieurs et à d'autres personnels se trouvant en surface. Ces données peuvent être utilisées pour ajuster des paramètres de forage, tels que la direction de forage, la vitesse de pénétration, etc., afin d'extraire efficacement du pétrole ou du gaz d'un réservoir oléifère ou gazifière. Les données peuvent être collectées en divers 15 points du train de tiges de forage, par exemple en provenance d'un ensemble de fond de puits ou de capteurs répartis le long du train de tiges de forage. Une fois qu'elles ont été collectées, un appareil et des procédés sont nécessaires pour transmettre de manière rapide et fiable les données vers la surface. On utilisait traditionnellement la télémétrie à impulsions de boue pour transmettre des données vers la surface. Cependant, la télémétrie à impulsions de boue 20 se caractérise par un très faible débit de transmission des données (typiquement dans la gamme de 1-6 bits/seconde) et ne convient donc pas pour la transmission en temps réel de grandes quantités de données. D'autres systèmes de télémétrie, tels que le système de télémétrie à tube câblé et le système de télémétrie sans fil, ont été développés ou sont en cours de développement pour obtenir un débit de transmission beaucoup plus élevé que ne le 25 permet le système de télémétrie à impulsions de boue. Le système de télémétrie à tube câblé utilisant une combinaison de principes électriques et magnétiques pour transmettre des données entre le fond d'un puits et la surface est par exemple décrit dans les brevets U.S. N° 6670880, 6992554 et 6929493. Le brevet U.S. N° 6670880 indique par exemple qu'un système de ce type transmettra des données à un débit d'au moins 100 bits/seconde et, de manière envisageable, à un débit pouvant atteindre 1 000 000 bits/seconde. Dans ces systèmes, des transducteurs inductifs sont disposés aux extrémités de tubes câblés. Les transducteurs inductifs se trouvant aux extrémités opposées de chaque tube câblé sont électriquement connectés par un conducteur électrique parcourant la longueur du tube câblé. La transmission de données met en jeu la transmission d'un signal électrique par l'intermédiaire d'un conducteur électrique dans un premier tube câblé, la conversion du signal électrique en un champ magnétique lorsque ce signal sort du premier tube câblé en utilisant un transducteur inductif à une extrémité du premier tube câblé, et la reconversion du champ magnétique en un signal électrique à l'aide d'un transducteur inductif situé à une extrémité du second tube câblé. Typiquement, plusieurs tubes câblés sont nécessaires pour la transmission de données entre le fond du puits et la surface. Pour la transmission ininterrompue de données du fond du puits vers la surface, les dispositifs transducteurs utilisés dans le système de télémétrie à tube câblé doivent être électriquement et structurellement fiables. Plusieurs mesures ont été prises pour garantir la fiabilité électrique de transducteurs inductifs. Le brevet U.S. N° 6992554 décrit par exemple un élément de transmission de données robuste (un transducteur inductif) permettant de transmettre des informations entre des composants de fond de puits. Dans ce brevet, l'élément de transmission de données comprend un boîtier annulaire en U. Un élément magnétiquement conducteur et électriquement isolant (MCEI) en U est disposé dans le boîtier annulaire en U. Un conducteur isolé est situé à l'intérieur de l'élément MCEI en U. Lorsqu'un courant passe dans le conducteur isolé, un flux ou un champ magnétique est créé autour du conducteur isolé. L'élément MCEI confine le flux magnétique créé par le conducteur isolé et empêche toute fuite d'énergie vers les matériaux avoisinants. Le boîtier annulaire est constitué d'un matériau dur qui est électriquement conducteur, généralement un métal. Bien que cela ne soit pas évoqué spécifiquement dans ce brevet, une traversée est prévue dans le boîtier annulaire ainsi que dans l'élément MCEI pour permettre l'insertion d'une ligne d'entrée reliée au conducteur isolé. Par conséquent, un point de fragilité est intrinsèquement créé dans le boîtier annulaire. Le brevet U.S. N° 6992554 décrit le fait que le boîtier annulaire s'étire lorsqu'il est introduit de force à l'intérieur de l'évidement ménagé dans la surface d'emboîtement d'un composant de fond de puits. Cette action d'étirement produit une force de rebond qui ramène le boîtier annulaire à sa position d'origine lorsque la force cesse de s'exercer. Lorsque le boîtier annulaire s'étire, la zone entourant la traversée ménagée dans le boîtier annulaire pour la ligne d'entrée peut absorber une plus grande proportion de l'étirement que le reste du boîtier annulaire. Il en résulte que la contrainte induite dans le boîtier annulaire du fait de l'étirement peut se concentrer autour de la traversée destinée à la ligne d'entrée. Le matériau se trouvant dans cette région soumise à un effort important peut dépasser la limite d'élasticité plus précocement que le matériau constituant le reste du boîtier annulaire, cela ayant pour effet que le boîtier annulaire et le transducteur inductif subissent une défaillance structurelle prématurée. La présente invention décrit la façon d'éviter ou de remédier à cette défaillance structurelle prématurée. RÉSUMÉ Selon un premier aspect, la présente invention concerne un dispositif transducteur comprenant : un boîtier annulaire ayant une paroi de base adjacente à une paire de parois latérales annulaires, les parois de base et latérales définissant une gorge annulaire, la paroi de base ayant un orifice d'accès et au moins une ouverture de reprise d'effort formée dans celle- ci, l'au moins une ouverture de reprise d'effort étant espacée de l'orifice d'accès ; et un conducteur disposé dans la gorge annulaire. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, l'au moins une ouverture de reprise d'effort est une traversée s'étendant de la surface extérieure de la paroi de base vers la gorge annulaire. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, l'au moins une ouverture de reprise d'effort est un trou borgne s'étendant partiellement de la surface extérieure de la paroi de base vers l'intérieur de la paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, l'au moins une ouverture de reprise d'effort est une fente ménagée dans la surface extérieure de la 30 paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, la fente est une demi-fente dont la largeur radiale est inférieure à une largeur radiale de la paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, la fente est une fente entière dont la largeur radiale est égale à la largeur radiale de la paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, une pluralité d'ouvertures de reprise d'effort sont formées dans la paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, les ouvertures de reprise d'effort et l'orifice d'accès sont régulièrement espacés le long de la paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, l'orifice d'accès s'étend de la gorge annulaire vers une surface extérieure de la paroi de base. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, le conducteur passe à travers l'orifice d'accès vers un extérieur du boîtier annulaire. Dans certains modes de réalisation du premier aspect de la présente invention, le boîtier annulaire est apte à être monté sur un tubulaire. Selon un second aspect, la présente invention concerne un outil de fond de puits comprenant : un tubulaire ayant un réceptacle et un dispositif transducteur selon le premier aspect de la présente invention, disposé dans le réceptacle. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS On décrit ci-après les figures des dessins annexés. Les figures ne sont pas nécessairement représentées à l'échelle et certains détails et certaines vues des figures peuvent être illustrés à une échelle exagérée ou de façon schématique pour plus de clarté et de concision. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif transducteur. La figure 2 est une coupe transversale radiale du dispositif transducteur, comprenant des traversées de reprise d'effort. La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif transducteur. La figure 4 est une coupe transversale radiale d'un dispositif transducteur, comprenant des trous borgnes de reprise d'effort. La figure 5 est une vue latérale d'un dispositif transducteur comprenant des fentes de reprise d'effort entières. La figure 6 est une vue latérale d'un dispositif transducteur comprenant des demi- fentes de reprise d'effort. La figure 7 représente le transducteur de la figure 1 monté sur un outil de fond de puits. La figure 8 est une coupe transversale radiale d'un dispositif transducteur, monté dans 10 un évidement ménagé dans un outil de fond de puits. DESCRIPTION DETAILLÉE La présente invention va être décrite ci-après en détail en référence aux dessins annexés. Dans cette description détaillée, de nombreux détails particuliers pourront être décrits pour permettre une compréhension approfondie de l'invention. Cependant, les cas oit 15 l'invention peut être mise en oeuvre sans certains ou la totalité de ces éléments particuliers apparaîtront à l'homme du métier. Dans d'autres cas, des éléments caractéristiques et/ou des étapes de traitement bien connus peuvent ne pas être décrits en détail afin de ne pas alourdir inutilement l'invention. De plus, des références numériques analogues ou identiques peuvent être utilisées pour identifier des éléments communs ou semblables. 20 La figure 1 représente un dispositif transducteur 1 selon certains aspects de la présente invention. Le dispositif transducteur 1 comporte un boîtier annulaire 3 constitué d'une paroi latérale annulaire intérieure 7, d'une paroi latérale annulaire extérieure 8, et d'une paroi de base 5 adjacente aux parois latérales 7, 8. Le boîtier annulaire 3 est constitué d'un matériau dur électriquement conducteur, typiquement un métal tel que de l'acier, du titane, du 25 chrome, du nickel, de l'aluminium, du fer, du cuivre, de l'étain et du plomb. La figure 2 illustre le fait que les parois 5, 7, 8 définissent une gorge annulaire 9. Un ensemble à bobine 11 est disposé dans la gorge annulaire 9. L'ensemble à bobine 11 comporte un conducteur 13 disposé et retenu dans un insert 21, l'insert 21 étant disposé et retenu dans la gorge annulaire 9 du boîtier annulaire 3. Le conducteur 13 est un conducteur isolé comportant un conducteur 30 29 entouré d'un matériau électriquement isolant 31. Le conducteur 13 peut par exemple être un fil d'acier inoxydable revêtu d'un placage de nickel ou d'argent ou revêtu de cuivre. D'autres types de conducteurs sont connus de la technique. Le conducteur 13 peut avoir une section transversale de forme circulaire ou ayant une autre forme, par exemple rectangulaire. Dans l'ensemble à bobine 11, lorsqu'un courant passe dans le conducteur 13, un flux ou un champ magnétique est créé autour du conducteur 13. Sur la figure 1, le conducteur 13 s'étend à travers un orifice d'accès 15 ménagé dans la paroi de base 5. L'orifice d'accès 15 est une traversée, en ce sens qu'elle s'étend à travers l'épaisseur de la paroi de base 5, afin d'établir un trajet entre la gorge annulaire (9 sur la figure 2) et la surface extérieure 35 de la paroi de base 5. Sur la figure 3, un manchon anti-rotation 39 est installé à l'emplacement de l'orifice d'accès (15 sur la figure 1). Un revêtement isolant 32 peut être appliqué sur une partie du conducteur 13. Un empilement d'étanchéité 34 peut être disposé sur une partie ou au-dessus du revêtement isolant 32 afin de former un joint d'étanchéité entre le conducteur 13 et le corps d'un outil (c'est-à-dire lorsque le dispositif transducteur 1 est monté sur le corps d'un outil). De manière générale, l'ensemble à bobine 11 peut avoir une configuration quelconque appropriée pour la conversion d'un champ magnétique en un champ électrique ou d'un champ électrique en un champ magnétique. Des exemples appropriés d'ensembles à bobine sont par exemple décrits dans les brevets U.S. N° 6670880, 6992554 et 6929493. L'insert 21 peut être configuré de façon à remplir des fonctions telles que le fait de confiner un flux magnétique créé par le conducteur 13 à l'intérieur du boîtier annulaire 3 et de transférer un courant magnétique vers un autre insert d'un autre dispositif transducteur pendant une opération de transmission de données utilisant deux dispositifs transducteurs disposés de façon opposée l'un à l'autre. Si l'ensemble à bobine 11 est semblable à ceux qui sont décrits dans le brevet U.S. N° 6992554, l'insert 21 peut alors être un élément magnétiquement conducteur et électriquement isolant (MCIE) en U tel que décrit dans le brevet U.S. N° 6992554. Dans ce cas, l'insert 21 peut être retenu dans la gorge annulaire 3 par l'intermédiaire d'une couche de polymère 23 disposée entre les parois 5, 7 et 8 du boîtier annulaire 3 et l'insert 21. Le conducteur 13 peut être retenu dans une poche 25 formée par l'insert 21 par l'intermédiaire d'une couche de polymère 27 disposée dans la poche 25 entre l'insert 21 et le conducteur 13. Dans l'exemple de variante, l'ensemble à bobine 11 peut avoir une structure semblable à celle décrite dans le brevet U.S. N° 6929493, dans lequel l'insert 21 peut être constitué d'un matériau souple et s'ajuster serré dans la gorge annulaire 9, et le conducteur 13 peut s'ajuster serré dans une poche constituée par l'insert 21. De manière générale, le boîtier annulaire 3 et l'insert 21 peuvent être munis d'éléments de fixation par encliquetage tels que des contre-dépouilles et des évidements pour aider au maintien en place de l'insert 21 à l'intérieur de la gorge annulaire 9 du boîtier annulaire 3. Se référant à la figure 1 ou 3, une pluralité d'ouvertures 40 sont ménagées dans la paroi de base 5. Les ouvertures 40 sont destinées à la reprise d'effort. A l'emplacement de chacune des ouvertures de reprise d'effort 40 et de l'orifice d'accès 15, la paroi de base 5 présente une zone de section transversale réduite. Si les ouvertures de reprise d'effort 40 n'avaient pas été formées dans la paroi de base 5, comme illustré sur la figure 1 ou 3, l'effort induit dans le boîtier annulaire 3 se serait essentiellement concentré dans la zone de section transversale réduite à l'emplacement de l'orifice d'accès 15, cela pouvant conduire à une défaillance prématurée du boîtier annulaire 3, comme expliqué en introduction. Cependant, du fait de la présence des ouvertures de reprise d'effort 40 dans la paroi de base 5, l'effort induit dans le boîtier annulaire 3 (par exemple du fait d'un étirement du boîtier annulaire 3) se répartit entre les zones de section transversale réduite, à l'emplacement des ouvertures de reprise d'effort 40 et de l'orifice d'accès 15. Du fait du partage de la charge d'effort, les ouvertures de reprise d'effort 40 réduisent le niveau de l'effort se concentrant à l'emplacement de l'orifice d'accès 15. Des essais préliminaires suggèrent que la présence des ouvertures de reprise d'effort 40 dans la paroi de base 5 peut le cas échéant augmenter la durée de vie du dispositif transducteur 1 d'un minimum de 2000 % avec un effet minimal sur la résistance et sur la force de rebond du boîtier annulaire 3. Il est préférable qu'il y ait au moins deux ouvertures de reprise d'effort 40 formées dans la paroi de base 5 en plus de l'orifice d'accès 15. Comme illustré sur la figure 2, les ouvertures de reprise d'effort 40 formées dans la paroi de base 5 peuvent être des traversées, c'est-à-dire qu'elles peuvent s'étendre à travers la paroi de base 5, de la surface extérieure 35 de la paroi de base 5 vers la gorge annulaire 9, comme illustré sur la figure 2. En variante, comme illustré sur la figure 4, les ouvertures de reprise d'effort 40 peuvent être des trous borgnes, c'est-à-dire qu'elles peuvent ne s'étendre que partiellement dans la paroi de base 5 (en partant de la surface extérieure 35 de la paroi de base 5). Une combinaison d'ouvertures de reprise de charge 40 sous forme de traversées et de trous borgnes peut être formée dans la paroi de base 5, comme illustré sur la figure 1 ou 3. En variante, des ouvertures de reprise d'effort sous forme de traversées seules 40 ou des ouvertures de reprise d'effort sous forme de trous borgnes seuls 40 peuvent être formées dans la paroi de base 5. En variante, comme illustré sur les figures 5 et 6, les ouvertures de reprise d'effort 40 peuvent être des fentes découpées dans la surface extérieure 35 de la paroi de base 5. Sur la figure 5, les fentes 40 sont des fentes complètes en ce sens qu'elles s'étendent sur toute la largeur radiale de la paroi de base 5. La largeur radiale W de la paroi de base 5 est indiquée sur la figure 1. La largeur radiale d'une fente complète est égale à la largeur radiale W de la paroi de base 5. Sur la figure 6, les fentes 40 sont des demi-fentes en ce sens qu'elles ne s'étendent que sur une partie de la largeur de la paroi de base 5. La largeur radiale d'une demi-fente est inférieure à la largeur radiale W de la paroi de base 5. La demi-fente peut partir du côté de la paroi de base 5, à proximité immédiate de la paroi latérale annulaire extérieure (8 sur la figure 1) ou du côté de la paroi de base 5, à proximité immédiate de la paroi latérale annulaire intérieure (7 sur la figure 1), jusqu'en un certain point situé le long de la largeur radiale W de la paroi de base 5. La paroi de chacune des ouvertures de reprise d'effort 40 peut être droite ou peut être inclinée ou chanfreinée. Sur les figures 1, 3, 5 et 6, les ouvertures de reprise d'effort 40 sont espacées de l'orifice d'accès 15 et les unes des autres. Il est préférable que les ouvertures de reprise d'effort 40 et que l'orifice d'accès 15 soient régulièrement espacés le long de la paroi de base 5 afin que l'effort induit dans le boîtier annulaire 3 soit régulièrement réparti le long de la paroi de base 5. Les ouvertures de reprise d'effort 40 peuvent avoir une forme souhaitée quelconque, par exemple circulaire, carrée, rectangulaire, ovale, rectangulaire à coins arrondis et carrée à coins arrondis. Il est préférable que les ouvertures de reprise d'effort 40 n'aient pas de coins à angle aigu sur la surface extérieure 35 de la paroi de base 5, qui peuvent jouer le rôle de concentrateurs de la contrainte. La figure 7 représente le dispositif transducteur 1 monté sur un outil de fond de puits 38. Sur la figure 7, l'outil de fond de puits 28 est un tubulaire. Le tubulaire peut être un tubulaire quelconque apte à être utilisé dans des opérations de forage, par exemple un tube de forage, un tubage, un tube métallique, un tube non métallique, un tube câblé et un tube non câblé. Sur la figure 8, le dispositif transducteur 1 est disposé dans un évidement 36 de l'outil de fond de puits 38. L'outil de fond de puits 38 peut par exemple être un tube câblé, et l'évidement 36 peut être formé dans un épaulement du tube câblé. Sur la figure 8, le boîtier annulaire 3 présente une surface 41 inclinée, et l'évidement 36 présente une surface 43 inclinée de façon opposée à la surface 41 inclinée du boîtier annulaire 3. La surface inclinée 41 du boîtier annulaire 3 joue le rôle de ressort contre la surface inclinée 43 de l'évidement 36. Lorsqu'une force est exercée sur le dispositif transducteur 1, et lorsque la surface inclinée 41 appuie vers le bas sur la surface inclinée 43, le boîtier annulaire 3 s'étire. Cette action d'étirement produit une force de rebond qui ramène le boîtier annulaire 3 à sa position d'origine une fois que la force cesse d'être appliquée. L'étirement du boîtier annulaire 3 induit un effort dans le boîtier annulaire 3. Comme expliqué plus haut, les ouvertures de reprise d'effort 40 formées dans la paroi de base 5 du boîtier annulaire 3 vont répartir l'effort induit le long de la paroi de base 5 afin que le boîtier annulaire 3 ne subisse pas de défaillance prématurée due à la concentration excessive de l'effort en un point unique (c'est-à-dire à l'emplacement de l'orifice d'accès 15 de la figure 1) de la paroi de base 5. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'un nombre limité de modes de réalisation, l'homme du métier, tirant profit de la présente description, notera que d'autres modes de réalisation peuvent être conçus sans s'écarter du cadre de l'invention tel qu'il est décrit ici. Par conséquent, l'étendue de l'invention doit être considérée comme n'étant limitée qu'aux revendications annexées.20 REVENDICATIONS1. Dispositif transducteur (1), comprenant : un boîtier annulaire (3) comportant une paroi de base (5) adjacente à une paire de parois latérales annulaires (7, 8), les parois de base et latérales (5, 7, 8) définissant une gorge annulaire (9), la paroi de base ayant un orifice d'accès (15) et au moins une ouverture de reprise d'effort (40) formées dans celle-ci, ladite au moins une ouverture de reprise d'effort étant espacée de l'orifice d'accès (15) ; et un conducteur (13) disposé dans la gorge annulaire (9). 2. Dispositif transducteur (1)selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une ouverture de reprise d'effort (40)est une traversée s'étendant de la surface extérieure de la paroi de base jusqu'à la gorge annulaire. 3. Dispositif transducteur selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une ouverture de reprise d'effort (40) est un trou borgne s'étendant partiellement d'une surface extérieure de la paroi de base vers l'intérieur de la paroi de base. 20 4. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel ladite au moins une ouverture de reprise d'effort est une fente formée dans une surface extérieure (35) de la paroi de base (5). 5. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 4, dans lequel la fente est une demi- 25 fente ayant une largeur radiale inférieure à une largeur radiale de la paroi de base. 6. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 4, dans lequel la fente est une fente complète ayant une largeur radiale égale à une largeur radiale de la paroi de base. 1520 7. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel une pluralité d'ouvertures de reprise d'effort (40) sont formées dans la paroi de base. 8. Dispositif transducteur selon la revendication 7, dans lequel les ouvertures de reprise d'effort (40) et l'orifice d'accès (15) sont régulièrement espacés le long de la paroi de base. 9. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel l'orifice d'accès (15) s'étend de la gorge annulaire vers une surface extérieure (35) de la paroi de base (5). 10. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel le conducteur s'étend à travers l'orifice d'accès (15) jusqu'à un extérieur du boîtier annulaire (3). 11. Dispositif transducteur (1) selon la revendication 1, dans lequel le boîtier annulaire (3) est apte à être monté sur un tubulaire. 12. Outil de fond de puits (28) comprenant : un tubulaire comportant un réceptacle ; et un dispositif transducteur disposé dans le réceptacle, le dispositif transducteur comprenant : (i) un boîtier annulaire ayant une paroi de base adjacente à une paire de parois latérales annulaires, les parois de base et latérales définissant une gorge annulaire, la paroi de base ayant un orifice d'accès et au moins une ouverture de reprise d'effort formée dans celle-ci, ladite au moins une ouverture de reprise d'effort étant espacée de l'orifice d'accès ; et (ii) un conducteur disposé dans la gorge annulaire.