Dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement pour puits de production

Description

[0001] L'invention porte sur un dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement souterrain, que l'on installe à demeure dans un puits cuvelé.

[0002] Un tel dispositif trouve ses applications par exemple dans des puits équipés pour la production d'un gisement souterrain et notamment d'un gisement pétrolifère. Dans des applications de ce genre, un dispositif de surveillance permet de faire différents types de mesures : vérifier l'état du puits, surveiller les équipements dans le puits, faire des relevés des émissions acoustiques produites par la zone au cours de la production, réaliser des relevés sismiques pour connaître l'évolution au cours du temps de la zone souterraine surveillée etc. Par les demandes de brevet français publiées Nos. 2 593 292 et 2 642 849, on connait des méthodes pour installer un ensemble de capteurs dans un puits qui, pour les besoins de la production de fluides pétroliers, est équipé d'un tube de cuvelage scellé dans un puits par cimentation. Les capteurs sont installés à l'extérieur du tube de cuvelage et celui-ci une fois mis en place dans le puits, ils sont noyés dans le ciment que l'on injecte pour le coupler avec les parois du puits. Dans la demande de brevet 2 642 849 précitée, constituant l'art antérieur correspondant au préambule de la revendication 1, est décrit un dispositif pour faciliter l'installation d'un équipement de surveillance de puits. Il comporte des éléments de protection fixés extérieurement à certaines sections du tube de cuvelage, délimitant des logements où l'on peut encastrer des ensembles de réception. Chacun de ces ensembles comporte un support avec des cavités pour des capteurs acoustiques ou sismiques et des circuits électroniques pour amplifier et corriger les signaux captés avant leur transmission par une ligne de transmission remontant le long du tube jusqu'à un poste central de commande et d'enregistrement installé en surface. Le dispositif est conçu pour protéger efficacement les équipements de surveillance placés à l'extérieur du tube de cuvelage contre les chocs et tassements qui se produisent généralement lors des manoeuvres de descente et de mise en place de celui-ci dans les puits forés.

[0003] L'installation dans un puits du dispositif antérieur rend nécessaire l'utilisation de sections de tube modifiées avec soudure de nervures épaisses et d'éléments d'ancrage, dans le but de délimiter les logements pour les boîtiers contenant les capteurs et l'équipement électronique d'acquisition et de transmission. L'adjonction de ces éléments de protection doit souvent être effectuée par modification de sections de tube disponibles sur le site même d'équipement du puits. En outre les éléments que l'on rapporte à l'extérieur du tube de cuvelage viennent en surépaisseur et la section totale est très sensiblement augmentée, ce qui est souvent pénalisant dans les puits relativement étroits.

[0004] Par la demande de brevet GB-A-2 196 410, on connait un procédé de surveillance de l'espace intérieur d'une colonne tubulaire dans un puits consistant essentiellement à inclure des appareils de mesure de paramètres dans des logements ménagés dans des raccords entre les sections de la colonne, ces logements communiquant ou non avec l'intérieur de chaque raccord et des sections tubulaires adjacentes, pour mesurer différents paramètres en rapport avec la circulation de fluides à l'intérieur : pressions, températures, activité acoustique, nucléaire, électromagnétique.

[0005] Le dispositif perfectionné selon l'invention permet l'intégration simplifiée d'équipements de surveillance des tubes de cuvelage destinés à être cimentés une fois mis en place dans des puits, en utilisant des éléments qui peuvent être fabriqués en atelier et amenés sur un chantier d'équipement de puits pour être directement raccordés à des sections du tube de cuvelage au moment de leur assemblage.

[0006] Le dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement souterrain faisant l'objet de la revendication 1 annexée, est destiné à être installé dans un puits pourvu d'un tube de cuvelage ou "casing" comportant une pluralité de sections interconnectées les unes aux autres par des moyens de raccordement, ce tube de cuvelage étant maintenu en place par injection de ciment dans l'espace annulaire entre lui et le puits. Le dispositif comprend des capteurs de surveillance et il est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un raccord tubulaire disposé entre deux sections successives du tube de cuvelage, pourvu d'une première cavité séparée de l'extérieur du tube de cuvelage par une plaque contenant un module de surveillance principal incluant des capteurs de surveillance, ce module de surveillance principal étant relié par l'intermédiaire de connecteurs étanches et des moyens de liaison, à une unité centrale de contrôle et d'enregistrement. Au moins un deuxième raccord tubulaire entre deux autres sections de tube de cuvelage est pourvu également d'une cavité séparée de l'extérieur du tube par une autre plaque, contenant un module secondaire de surveillance incluant des capteurs de surveillance et des moyens de liaison étanches pour l'interconnexion de chaque deuxième module de surveillance au premier module.

[0007] Du fait que les cavités ménagées dans les raccords sont séparées de l'extérieur du tube et des formations environnant le puits par une plaque on peut y placer des équipements acoustiques ou sismiques pour surveiller un gisement souterrain.

[0008] Le dispositif comporte par exemple au moins un module secondaire de surveillance relié au module principal par des moyens de transmission analogique.

[0009] Le dispositif peut aussi comporter au moins un module secondaire relais pourvu de moyens d'acquisition de signaux reçus par des capteurs de surveillance d'au moins un autre module secondaire de surveillance.

[0010] L'unité électronique du module de surveillance principal comporte par exemple des moyens de transmission numérique pour les communications entre elles et ladite installation de surface.

[0011] Le dispositif peut encore comporter au moins un module secondaire de surveillance incluant des moyens de liaison numérique avec le module principal de surveillance.

[0012] Suivant un mode de réalisation, le dispositif comporte des raccords tubulaires dissymétriques pourvus d'une paroi plus épaisse sur une partie de son pourtour, cette paroi plus épaisse étant pourvue de plusieurs cavités isolées de l'extérieur du tube de cuvelage par des plaques, pour des éléments du module de surveillance.

[0013] Suivant un mode de réalisation, le dispositif comporte des câbles de liaison disposés à l'extérieur du tube de cuvelage.

[0014] Suivant un autre mode de réalisation, le dispositif comporte des moyens de liaison disposés au moins en partie à l'intérieur des différentes sections du tube de cuvelage.

[0015] L'invention a également pour objet une méthode de surveillance d'un gisement selon la revendication 8 annexée.

[0016] Avec le dispositif selon l'invention, l'installation du tube de cuvelage peut s'effectuer plus facilement par interconnexion de sections au moyen de raccords prééquipés en capteurs sensibles et en modules électroniques, que l'on réunit les uns aux autres au fur et à mesure de la mise en place par des cables que l'on raccorde par des connecteurs étanches. Les opérations d'équipement des puits sont donc grandement facilitées.

[0017] D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où :

• la Fig. 1 montre schématiquement un tube de cuvelage ou casing avec des raccords pour l'interconnexion de ses différentes sections;
• la Fig.2 montre schématiquement un module de surveillance principal installé dans un raccord intermédiaire;
• les fig.3 à 6 montrent des vues en coupe du même raccord suivant plusieurs plans de coupe;
• la Fig.7 montre schématiquement le raccordement de lignes conductrices d'un câble de transmission extérieur au tube de cuvelage avec des conducteurs intérieurs à un module de surveillance;

[0018] Un puits 1 ayant été foré dans le but de mettre en production un gisement souterrain, on y installe généralement un tube de cuvelage ou casing 2 (Fig. 1) constitué par l'interconnexion bout à bout d'un ensemble de sections au moyen de raccords 3 et on le maintient en place par une injection de ciment dans l'espace annulaire entre lui et le puits 1.

[0019] La surveillance de la zone de production nécessite la mise en place dans le puits d'un ensemble de capteurs sensibles adaptés au type de mesures à effectuer. Cette mise en place est assurée avec le dispositif selon l'invention, en remplaçant les raccords classiques utilisés pour raccorder les sections du tube de cuvelage par les raccords spéciaux 3 décrits ci-après en relation avec les Fig. 2 à 7.

[0020] Les raccords 3 sont tubulaires et excentrés avec, à chaque extrémité, un embout 4 où l'on vient emboîter et visser une extrémité d'une section du tube de cuvelage. Sur une partie de leur pourtour, les manchons 3 présentent une surépaisseur 4 de leur paroi. Dans chacune de ces surépaisseurs 4, sont ménagés différents logements 5 pour des éléments capteurs appropriés 6 tels que par exemple trois géophones Gx, Gy, Gz dont les axes sont orientés suivant trois directions orthogonales, de façon à déterminer l'amplitude et la direction d'arrivée des ondes captées. D'autres logements 7 sont ménagés pour une unité électronique E. Selon les cas, l'unité électronique peut comporter un ou plusieurs circuits ou cartes 8 adaptés à traiter les signaux reçus par les différents capteurs 6. Des conducteurs électriques 9 (Fig. 7) associés aux différents capteurs 7 et/ou aux cartes 8, sont connectées par des connecteurs étanches 10, dans une cavité latérale 11 de la partie supérieure du manchon 3, avec différentes lignes conductrices 12 d'un câble multi-conducteurs 13. Le câble 13 traverse la paroi du raccord (Fig.7) et débouche dans la cavité latérale 11. Sa gaine extérieure 14 est maintenue en place par rapport à lui au moyen d'un cône de blocage 15. Une fois les connexions établies entre les lignes 12 et les connecteurs étanches 10, la cavité 11 est remplie de graisse isolante et refermée par une plaque extérieure 16. Le câble 13 est placé par exemple à l'extérieur du tube de cuvelage et remonte jusqu'à une unité centrale de commande et d'enregistrement C en surface (Fig. 1).

[0021] Dans la partie inférieure de chaque raccord 3, des connecteurs étanches 17 permettent le raccordement à l'unité électronique, de plusieurs câbles extérieurs 18.

[0022] Ce type de raccord 3 permet différentes organisations du dispositif de surveillance. Selon l'invention celui-ci comporte au moins un module principal dans un raccord d'interconnexion 3 tel que celui des Fig. 2 à 7. Ce module principal comporte un circuit d'alimentation électrique 8A alimenté depuis l'installation de surface C par des conducteurs 12 du câble multi-conducteurs 13 et produisant les tensions régulées nécessaires au fonctionnement au moins du module principal, plusieurs circuits d'acquisition 8B, 8C, 8D adaptés à amplifier, filtrer et numériser et éventuellement multiplexer les signaux reçus par des capteurs, et un circuit de codage 8E pour la transmission des signaux acquis à l'unité centrale C en surface.

[0023] Le dispositif de surveillance selon l'invention peut comporter aussi au moins un module secondaire dans un autre raccord à une profondeur différente avec des logements pour au moins un ou plusieurs capteurs 6. Ces capteurs peuvent être connectés directement par des câbles 18 avec le module principal et les signaux qu'ils captent sont acquis par les circuits électroniques de celui-ci.

[0024] Suivant un autre mode de réalisation le module secondaire peut comporter aussi des circuits électroniques locaux pour l'amplification et le filtrage des signaux reçus localement avant leur transmission sous une forme analogique au module principal.

[0025] Dans un autre agencement à deux étages, un module secondaire dépourvu de circuits électroniques peut transmettre directement les signaux analogiques produits par des capteurs locaux à un module secondaire relais où l'on a inclus des circuits d'amplification et de filtrage, et ce module relais transmet tous les signaux amplifiés à un module principal par une liaison analogique ou du type numérique.

[0026] Le dispositif de surveillance peut comporter un ensemble important de capteurs divers répartis dans une pluralité de raccords à des profondeurs différentes du tube de cuvelage, avec des modules secondaires sans circuits électroniques, un ou plusieurs modules secondaires relais pourvus de circuits électroniques pour collecter des signaux reçus à un ou plusieurs niveaux inférieurs et les transmettre amplifiés à un module principal pourvu de circuits de codage, de multiplexage et de transmission données collectées vers l'unité centrale C en surface.

[0027] Les éléments passifs (capteurs) et actifs (circuits électroniques) étant regroupés dans les raccords et précâblés, la mise en place du dispositif au moment de la construction du tube de cuvelage 2, consiste essentiellement à établir les connexions électriques des câbles 13 et 18 qui les relient tous à l'installation de surface.

[0028] Dans les modes de réalisation décrits, les câbles (13, 18) pour l'interconnexion des différents modules de surveillance et la connexion d'un module principal sont disposés à l'extérieur du tube de cuvelage. On ne sortirait pas cependant du cadre de l'invention en établissant des liaisons incluses au moins en partie à l'intérieur du tube de cuvelage 42.

Revendications

1. Dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement souterrain destiné à être installé dans un puits pourvu d'un tube de cuvelage ou "casing" (2) comportant une pluralité de sections interconnectées les unes aux autres par des moyens de raccordement, ledit tube de cuvelage étant maintenu en place par injection de ciment dans l'espace annulaire entre lui et le puits, ce dispositif comprenant des capteurs de surveillance et étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un raccord tubulaire (3) disposé entre deux sections successives du tube de cuvelage, ce raccord étant pourvu d'une première cavité séparée de l'extérieur du tube de cuvelage (2) par une plaque (16) contenant un module de surveillance principal incluant des capteurs de surveillance qui est relié par l'intermédiaire de connecteurs étanches (10) et des moyens de liaison (13), à une unité centrale de contrôle et d'enregistrement (C), le dispositif comportant en outre au moins un deuxième raccord tubulaire entre deux autres sections de tube de cuvelage pourvu également d'une cavité séparée de l'extérieur du tube par une autre plaque (16), contenant un module secondaire de surveillance incluant des capteurs de surveillance (6) et des moyens de liaison étanches (17, 18) pour l'interconnexion de chaque deuxième module de surveillance au premier module.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module secondaire de surveillance relié au module principal par des moyens de transmission analogique (18).

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module secondaire-relais pourvu de moyens d'acquisition de signaux reçus par des capteurs de surveillance (6) inclus dans au moins un autre module secondaire de surveillance.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité électronique (E) du module de surveillance principal comporte des moyens de transmission numérique (8E) pour les communications entre elle et ladite unité de contrôle et d'enregistrement (C) en surface.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un module secondaire de surveillance comporte des moyens de liaison de type numérique avec le module principal de surveillance.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque raccord tubulaire est dissymétrique et comporte une paroi plus épaisse sur une partie de son pourtour, cette paroi plus épaisse étant pourvue de plusieurs logements (5, 7) pour des éléments du module de surveillance, isolés de l'extérieur du tube par une couvercle (16) fixé contre ladite paroi.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de liaison disposés au moins en partie à l'intérieur des différentes sections du tube de cuvelage (2).

8. Méthode pour effectuer une surveillance permanente d'un gisement souterrain comportant l'installation à poste fixe dans un puits, de modules incluant chacun un ou plusieurs récepteurs de surveillance derrière un tube de cuvelage ou casing (2) constitué d'une pluralité de sections tubulaires raccordées les unes aux autres, ce tube étant destiné à être cimenté dans le puits après sa mise en place, la méthode étant caractérisée en ce que l'on insère les récepteurs de surveillance dans des cavités ménagées dans plusieurs raccords (3) intercalés chacun entre deux sections tubulaires consécutives à des profondeurs différentes le long du tube de cuvelage (2), les cavités étant séparées de l'extérieur du tube de cuvelage par des plaques (16), et on les relie entre elles et à une unité centrale de contrôle et d'enregistrement (C) par des moyens de liaison étanches.

Ansprüche

1. Verbesserte Vorrichtung zur Überwachung einer unterirdischen Lagerstätte, die dazu bestimmt ist, in einem Bohrloch installiert zu werden, das mit einem Verrohrungsrohr oder "casing" (2) versehen ist, eine Vielzahl von untereinander über Verbindungsmittel verbundenen Abschnitten umfassend, wobei dieses Verrohrungsrohr am Ort durch Einspritzen von Zement in den Ringraum zwischen ihm und dem Bohrloch gehalten ist, wobei diese Vorrichtung Überwachungsdetektoren aufweist und sich dadurch auszeichnet, daß sie wenigstens einen röhrenförmigen Verbinder (3) umfaßt, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten des Verrohrungsrohres angeordnet ist, wobei dieser Verbinder mit einem ersten Hohlraum getrennt von der Außenseite des Verrohrungsrohres (2) durch eine Platte (16) versehen ist, die einen Hauptüberwachungsmodul umfaßt, der Überwachungsdetektoren einschließt und der mittels dichter Anschlußstücke (10) und Verbindungsmittel (13) mit einer zentralen Regel- und Aufzeichnungseinheit (10) verbunden ist, wobei die Vorrichtung im übrigen wenigstens einen zweiten röhrenförmigen Verbinder zwischen zwei anderen Abschnitten des Verrohrungsrohres umfaßt, welches ebenfalls mit einem Hohlraum getrennt von der Außenseite des Rohres durch eine äußere Platte (16) versehen ist, wobei ein sekundärer Überwachungsmodul enthalten ist, welcher Überwachungsdetektoren (6) sowie dichte Verbindungsmittel (17, 18) zur Verbindung jedes zweiten Überwachungsmoduls mit dem ersten Modul einschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen sekundären Überwachungsmodul, verbunden mit dem Hauptmodul über Mittel zur Analogübertragung (18) umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein Sekundärmodul-Relais umfaßt, das mit Mitteln zur Erfassung von Signalen versehen ist, welche durch Überwachungsdetektoren (6) empfangen wurden, die in wenigstens einem anderen Überwachungssekundärmodul eingeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (E) des im Hauptüberwachungsmoduls Mittel zur digitalen Übertragung (8E) für die Kommunikationen zwischen ihr und dieser Regel- und Aufzeichnungseinheit (C) an der Oberfläche umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein sekundärer Überwachungsmodul Mittel vom Typ digitale Verbindung mit dem Hauptüberwachungsmodul umfaßt.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder röhrenförmige Verbinder asymmetrisch ist und eine dickere Wand über einem Teil seines Umfangs umfaßt, wobei diese dickere Wand mit mehreren Lagerungen (5, 7) für Elemente des Überwachungsmoduls isoliert von der Außenseite des Rohres durch einen gegen diese Wand befestigten Deckel (16) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Verbindungsmittel umfaßt, die wenigstens zum Teil im Inneren der verschiedenen Abschnitte des Verrohrungsrohres (2) angeordnet sind.

8. Verfahren zur Durchführung einer permanenten Überwachung einer unterirdischen Lagerstätte, die Installation bei fester Station in einem Bohrloch an Modulen umfassend, die je eine oder mehrere Überwachungsempfänger hinter einem Verrohrungsrohr oder einem Gehäuse (2) einschließen, das aus einer Vielzahl miteinander verbundener röhrenförmiger Abschnitte gebildet ist, wobei dieses Rohr dazu bestimmt ist, in das Bohrloch nach seinem Einsetzen zementiert zu werden, wobei das Verfahren sich dadurch auszeichnet, daß man die Überwachungsempfänger in Hohlräume einführt, die in mehreren Verbindern (3) ausgespart sind, die je zwischen zwei röhrenförmigen aufeinanderfolgenden Abschnitten auf unterschiedlichen Tiefen längs des Verrohrungsrohres (2) zwischengeschaltet sind, wobei die Hohlräume von der Außenseite des Verrohrungsrohres durch Platten (16) getrennt sind, und daß man sie miteinander und einer zentralen Regel- und Aufzeichnungseinheit (C) über dichte Verbindungsmittel verbindet.

Claims

1. Improved device for monitoring an underground deposit designed to be installed in a well fitted with a lining tube or casing (2) having a plurality of sections inter-connected with one another by connector means, the said casing being retained in position by injecting cement into the annular space between it and the well, this device having monitoring sensors and being characterised in that it has at least one tubular connector (3) arranged between two successive sections of casing tube, this connector being provided with a first cavity separated from the outside of the casing tube (2) by a plate (16) and containing a main monitoring module incorporating monitoring sensors which is linked by means of sealed connectors (10) and linking means (13) to a central control and recording unit (C), the device having in addition at least one second tubular connector between two other sections of casing tube also provided with a cavity separated from the outside of the casing by another plate (16), containing a secondary monitoring module incorporating monitoring sensors (6) and sealed linking means (17, 18) for inter-connecting each second monitoring module to the first module.

2. Device as claimed in claim 1, characterised in that it has at least one secondary monitoring module linked to the main module by analogue transmission means (18).

3. Device as claimed in claim 1, characterised in that it has at least one secondary relay module provided with means for acquiring signals received by monitoring sensors (6) incorporated in at least one other secondary monitoring module.

4. Device as claimed in one of the previous claims, characterised in that the electronic unit (E) of the main monitoring module has digital transmission means (8E) for communications between it and the said control and recording unit (C) at the surface.

5. Device as claimed in claim 4, characterised in that at least one secondary monitoring module has means for providing a link of the digital type to the main monitoring module.

6. Device as claimed in one of the previous claims, characterised in that each tubular connector is non-symmetrical and has a wall that is thicker over a part of its circumference, this thicker wall section being provided with several housings (5, 7) for the elements of the monitoring module, isolated from the outside of the tube by a cover (16) fixed against the said wall.

7. Device as claimed in one of the previous claims, characterised in that it has linking means arranged at least partially inside the different sections of casing tube (2).

8. Method for permanently monitoring an underground deposit consisting in installing modules in a fixed position in a well, each of which incorporates one or several monitoring receivers behind a lining tube or casing (2) made up of a plurality of tubular sections connected to each other, this tube being designed so as to be cemented in the well once it has been positioned, the method being characterised in that the monitoring receivers are inserted in cavities arranged in several connectors (3) inserted between two consecutive tubular sections at different depths along the casing (2), the cavities being separated from the outside of the casing by plates (16) and being linked to one another and to a central control and recording unit (C) by means of sealed linking means.

Dessins