EP0267096A1 - Outil permettant la mesure de la pression dans un puits de petrole - Google Patents

Outil permettant la mesure de la pression dans un puits de petrole Download PDF

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EP0267096A1
EP0267096A1 EP87402349A EP87402349A EP0267096A1 EP 0267096 A1 EP0267096 A1 EP 0267096A1 EP 87402349 A EP87402349 A EP 87402349A EP 87402349 A EP87402349 A EP 87402349A EP 0267096 A1 EP0267096 A1 EP 0267096A1
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pressure sensor
pressure
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Patrice Corjon
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Flopetrol Services Inc
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    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
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    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
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    • E21B23/004—Indexing systems for guiding relative movement between telescoping parts of downhole tools
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    • E21B34/00—Valve arrangements for boreholes or wells
    • E21B34/06—Valve arrangements for boreholes or wells in wells
    • E21B34/14—Valve arrangements for boreholes or wells in wells operated by movement of tools, e.g. sleeve valves operated by pistons or wire line tools

Definitions

  • the present invention relates to a tool for measuring the pressure created in an oil well by the underground formation where the well is drilled, the latter being delimited by a casing inside which a production column has been installed comprising a section forming a sliding jacket circulation valve, this valve being able to put in communication, on command, the interior space of the production column with the annular space included between it and the casing by facing orifices made in the wall of said section and in the sliding jacket.
  • Pressure measurements in oil wells provide important information about the characteristics of the oil formations where they are drilled.
  • the pressure drop caused by a sudden voluntary increase in surface flow makes it possible to calculate the production index, i.e. the production capacity of the well as a function of the fall in pressure.
  • Knowledge of this index which depends on the permeability and the dimensions of the reservoir that constitutes the underground formation, makes it possible to adjust the production rate to its optimal value.
  • the measurement - at a determined depth - of the pressure created by the underground formation which is that which prevails in the abovementioned annular space, accompanied by the measurement - at the same depth - pressure in the column of production, which depends on the pumping regime, makes it possible to assess the efficiency of the pump used and to detect any damage manifested by abnormal variations in the efficiency.
  • the pressure created by the underground formation must be measured in the annular space between the casing and the production column.
  • the height of the petroleum column in said annular space is directly linked to this pressure, and it has been proposed to measure this height from the time of the return wave of an acoustic wave emitted on the surface of the ground and reflecting on the air-oil interface of this column.
  • packing a tight packing
  • the present invention relates to a tool designed to be lowered inside the production column and locked at the level of the circulation valve section. that it includes.
  • This tool comprises means for tightly sealing - with respect to the pressure prevailing in the production column - the orifices of said valve, brought to each other, with a pressure sensor, so that the latter receives the application, via said orifices and said sealed connection means, of the pressure prevailing in the abovementioned annular space at said section.
  • the tool is composed of two coaxial elements which can slide telescopically, namely a first tubular element with an outside diameter slightly smaller than the inside diameter of the production column, and a second element which can slide over a limited stroke in an internal range of the first element and comprising a sealed connection conduit of the pressure sensor to said orifices.
  • This arrangement allows, by retracting the second element in the first, to clear the top of the latter in order to facilitate its gripping by a descent or ascent tool, possibly via an anchoring mandrel to which the first element subject and which is operable using a lowering or recovery tool and lockable in the section forming the circulation valve of the production column.
  • the second element can take, with respect to the first element, on the one hand a low position determined by an end-of-travel stop, where it is entirely contained in the first element, and, on the other hand, a high position also determined by an end of travel stop, where the said conduit is placed in communication with the orifices of the circulation valve.
  • this conduit opens onto the external surface of the second element in a location such that, when this element is in the high position, the outlet of the conduit is located in the middle region of the internal bearing of the first element and is in communication with at least one channel pierced through the wall of the first element and communicating itself, via an annular space comprised between the outer surface of the first element and the inner surface of the sliding jacket, with the orifices of that and the wall of the section forming a circulation valve.
  • the aforementioned conduit should open into an annular groove hollowed out in the internal bearing of the first element and communicating with the one or more channels crossing the wall of this element.
  • the pressure sensor is carried by the tool, preferably being removably mounted thereon, so that the tool and the pressure sensor can be operated independently.
  • the second element of the tool comprises, at its upper part, a tubular junction end which leads to said connection conduit and which makes it possible to connect thereto, so waterproof, the pressure sensor.
  • the latter is preferably coupled to the nozzle by a separable connection device comprising fingers cooperating with a system of J-grooves and allowing the coupling, then the uncoupling of the pressure sensor and the nozzle by command from the ground surface using a hanging cable.
  • its second element In order to allow the oil to pass through the tool in place in the production column, its second element should have a tubular lower part at the top of which at least one orifice is pierced. Furthermore, the equalization of pressures in the production column during the withdrawal of the tool can be obtained by providing that the stop defining the low position of the second element is constituted by a ring fixed in the first element in a non-definitive manner, which closes at least one drilled orifice through the wall of the first element and that this ring, expelled at the end of use of the tool using a recovery tool designed to force the second element to descend relative to the first, uncovers said orifice, which then connects the spaces outside and inside the first element.
  • FIG. 1 represents an oil well delimited by a casing 10, in which a production column 11 has been installed.
  • the casing 10 has perforations 12 at level of the oil formation 13 where the well is drilled, through which the oil enters. This, due to its pressure, rises to a level N (located below the surface of the ground 18) in the annular space 15 between the casing 10 and the production column 11.
  • N located below the surface of the ground 18
  • At the foot of the latter is fitted with a submerged pump 16 (fitted with a non-return valve) which delivers the oil, via said column, to the surface, where it is available on a Christmas tree 17.
  • the annular space 15 is closed off by a circular seal or "packer" 19 at which a safety valve 20 can be arranged.
  • the production column 11 comprises a section with SSD circulation valve using a sliding jacket 21, the operation of which allows, by coincidence of orifice 22, 23 which the walls of the SSD section respectively extend that of the production column 11 and the wall of the sliding shirt 21, to create a communication channel between the interior of the production column 11 and the annular space 15 (this possibility being used mainly when it is desired to "kill" the well by filling it with mud).
  • the tool according to the invention essentially consists of two elements 1, 2, of generally tubular shape, arranged coaxially around the axis A of the production column 11.
  • the element 1 can slide the element 1, of larger diameter, while the element 2, of smaller diameter, can slide inside the element 1.
  • the external surface of the element 1, cylindrical of revolution has a chosen diameter, so that it can slide with gentle friction in two internal sealing surfaces 24, 25 offered by the SSD section of the production column on either side of the movable jacket 21, these spans further limiting the sliding stroke thereof.
  • the upper surface 25 has an annular groove 26 (FIG. 2) in which are locked locking keys 27 belonging to an anchoring mandrel 28 secured to the upper end of the element 1.
  • the latter comprises, in the region of its lower end, an annular seal 38 which, when the element 1 is immobilized in the SSD section by the anchoring mandrel 28 locked by means of its keys 27 (FIG. 4), cooperates with the lower sealing surface 24 of the SSD section.
  • annular seal 38 which, when the element 1 is immobilized in the SSD section by the anchoring mandrel 28 locked by means of its keys 27 (FIG. 4), cooperates with the lower sealing surface 24 of the SSD section.
  • the sliding sleeve 21 is housed in the annular space 29 delimited by the internal surface of the SSD section, the surfaces 24 and 25 of the latter and the external surface of the element 1.
  • the external diameter of the sleeve 21 corresponds to internal diameter of the SSD section between said spans; on the other hand, the inside diameter of the jacket is greater than the outside diameter of the element 1, so that an annular space 30 appears between the element 1 and the jacket 21.
  • the orifices 22 of the SSD section are of course located between the surfaces 24 and 25, while the position of the orifices 23 of the jacket 21 over the length thereof and this length itself are chosen so that, depending on the extreme longitudinal position occupied by the jacket 21 in the section SSD, either these orifices come opposite the orifices 22 of the latter, putting the space 30 into communication with the space 15 surrounding the SSD section, or these latter orifices 22 are closed by the cylindrical wall 21a of the jacket 21. That -This comprises, at each of its ends, an internal annular rim 21b, 21c giving grip to an actuating member which allows it to slide up or down.
  • Element 2 essentially comprises a hollow cylindrical part 2a and, extending this at its upper end, a nozzle 2b for connection to a pressure sensor 31.
  • the part 2a the outside diameter of which is slightly smaller than the inside diameter of the element 1, can slide longitudinally in the latter while being guided therein by an internal bearing 1a forming a projection on the inside surface of the element 1.
  • the excursion of the element 1 is limited, upwards, by an external flange 2c which comprises the part 2a at its lower end and which abuts against said internal bearing 1a of the part 1, and, downwards, by a ring 32 fixed inside the element 1 and against which abuts the lower end of the element 2 ( Figure 3).
  • the part 2a is pierced with orifices 33 which allow the circulation of the oil through the tool, via the interior spaces of the element 1 and of said part 2a of the element 2.
  • the internal surface 1a of the element 1 is hollowed out with an annular groove 1b open towards the interior of the element and connected to the space surrounding it by channels 1c drilled radially through its cylindrical wall.
  • the element 2 comprises a conduit 35 which is on the one hand connected to a canal2d pierced axially in its end piece 2b and on the other hand opens, through the cylindrical wall of its part 2a, into the annular groove 1b mentioned above when the element 2 is in high stop inside the part 1, as shown in FIG. 4.
  • the annular space 30, communicating via the orifices 23 and 22 with the space 15 which surrounds the SSD section, is in connection, via the channels 1c, the groove 1b and the conduit 35, with the axial channel 2d of the end piece 2c, whatever the orientation of the element 2 around the axis A.
  • the end piece 2c it can be connected to the pressure sensor 31 by means of a junction socket 3 tightly connected by its upper end to said sensor and by an internal bearing 3a to the end piece 2b.
  • the sleeve 3 can be hung on the end piece 2b or be detached at will by simple axial displacement printed thereon via a cable of suspension 36 to which it is attached, as will be described later.
  • the tool 1, 2 When it is desired to make pressure measurements in the well, the tool 1, 2 is lowered into the production column 11 to be stationed at the level of the section forming the SSD circulation valve.
  • the sliding sleeve 21 thereof normally in the closed position, has been previously put in its open position where the orifices 22, 23 are opposite.
  • Figure 2 When the tool is lowered ( Figure 2), its element 2 is in the low position in the part 1, resting on the ring 32 fixed to the foot of the latter, so as to release the latching mandrel 28 and to allow coupling to this descent tool 37 (visible in FIG. 3) attached to the suspension cable 36.
  • the keys 27 of the latching mandrel 28 engage in the groove 26 of the upper seat 25 of the SSD section, which immobilizes the tool in the latter, the channels 1c of its part 1 opening outwardly into the annular space 30 comprised between the flanges 21b, 21c of the jacket 21, while the annular seal 38 of this same element 1 is located opposite the lower surface 24 of the SSD section and ensures a tight contact at this point, below the jacket 21.
  • the seal is likewise ensured by a seal annular 39 belonging to the attachment mandrel 28 and cooperating with the upper bearing 25.
  • the descent tool 37 is detached from the latter and raised to the surface using the cable 36; then, using this same cable, the junction socket 3 carrying the pressure sensor 31 is lowered.
  • This socket comes to be tightly fitted, by the internal bearing 3a which it comprises, provided with an annular seal. 40, on the end piece 2b of the element 2 of the tool.
  • the sensor 31 is connected to the conduit 35 via the channel 2c of the nozzle 2b ( Figure 4).
  • a pair of fingers 3b with which the sleeve 3 is fitted engage with a system of grooves 41 which appears on the periphery of a part of the end piece 2b in the form of a barrel, and which is composed (FIG.
  • the tool 1, 2 in the configuration of FIG. 4 communicates the associated pressure sensor 31, which, like it, is immersed in the oil contained in the production column 11, with the annular space 15 surrounding the latter, so that it makes it possible to carry out measurements of the pressure of the oil contained in this space.
  • the oil can, under the discharge action of the pump 16, go back up into said column by crossing the tool with discomfort minimal, via a non-return valve formed by a ball 42 and a circular seat 43 conjugated by the element 1 at its lower end, then via the interior space thereof, the interior space of the part 2a of the element 2 and the orifices 33 of the latter element (FIG. 4).
  • Said non-return valve doubles that of the pump 16, taking over from the latter if it were to exhibit a leak.
  • the efficiency of the pump 16 can be determined by associating with the pressure sensor 31 a second pressure sensor (not shown) which measures the pressure inside the production column.
  • FIGS. 5A, 5B, 5C show a concrete example of embodiment of a tool according to the invention, in the configuration of FIG. 4. We recognize there the different constituent parts of the well and of the tool sketched in this figure:
  • the production column 11, coaxial with the casing 10, comprising the section with circulation valve SSD equipped with the jacket 21 which can slide between the internal surfaces 24 and 25, the respective orifices 22, 23 having here been placed opposite;
  • the element 2 of the tool (formed from an assembly of several parts), sliding in the internal surface 1a of the element 1 by its tubular part 2a, which comprises at its apex the passage orifices 33 and ends by the end piece 2b;
  • junction socket 3 tightly coupled to the end of the end piece 2b by its internal bearing 3a provided with a double annular seal 40, and attached to the end piece 2b by its pair of fingers 3b engaged with the J-grooves 41 of this end piece, this junction socket being tightly coupled to the pressure sensor 31;
  • FIG. 5C shows the presence of an orifice 49 drilled in the wall of the element 1 of the tool and capable of bringing the spaces located on either side of this wall into communication.
  • this orifice is obscured and rendered inoperative by the ring 32, which cooperates with an internal surface 1d of the element 1 in sealed contact thanks to a pair of O-rings 51 between which is the orifice 49.
  • this orifice opens, on the inner side of the element 1, into a narrow closed annular chamber, limited by the bearing 1d, the periphery of the ring 32 and the pair of O-rings 51.
  • the orifice 49 can be activated by expulsion of the ring 32, the latter being fixed in the bearing 1d by a pair of shear pins 52.
  • FIG. 6 illustrates the final step preceding the raising of the tool once the pressure measurements have been completed.
  • the junction sleeve 3 is uncoupled from the endpiece 2b, it is brought up to the surface with the pressure sensor 31, then a fishing tool 45 is lowered which hooks onto the anchoring mandrel 28.
  • the recovery tool 45 pushes, by an axial arm 46 which it has, the element 2 downwards, so that the latter releases the ring 32 causing the shearing of pins 52 which fixed it to element 1, and makes it descend to a transverse rod 48 of abutment.

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Abstract

L'invention concerne un outil permettant de mesurer la pression dans l'espace annulaire (15) compris entre le cuvelage (10) et la colonne de production (11) d'un puits de pétrole. L'outil est composé de deux éléments coulissants (1, 2), dont le premier élément (1) est v errouillé temporairement dans une section de la colonne (11) formant vanne de circulation (SSD) et dont le deuxième élément porte un capteur de pression (31) recevant, via un conduit (35) et les orifices (22, 23), mis en regard, de la vanne de circulation, la pression régnant dans l'espace annulaire (15).

Description

  • La présente invention se rapporte à un outil permettant la mesure de la pression créée dans un puits de pétrole par la formation souterraine où est foré le puits, celui-ci étant délimité parun cuvelage à l'intérieur dequel a été installée une colonne de production comportant une section formant vanne de circulation à chemise coulissante, cette vanne pouvant mettre en communication, sur commande, l'espace intérieur de la colonne de production avec l'espace annulaire compris entre celle-ci et le cuvelage par mise en regard d'orifices pratiqués dans la paroi de ladite section et dans la chemise coulissante.
  • Les mesures de pression dans les puits de pétrole fournissent d'importants renseignements sur les caractéristiques des formations pétrolifères où ils sont forés. Dans les puits débitant par pompage électrique, la chute de pression entraînée par une brusque augmentation volontaire du débit en surface permet de calculer l'indice de production, c'est-à-dire la capacité de production du puits en fonction de la chute de pression. La connaissance de cet indice, qui dépend de la perméabilité et des dimensions du réservoir que constitue la formation souterraine, permet d'ajuster le débit de production à sa valeur optimale.
  • On peut aussi créer une remontée de pression dans un puits en arrêtant soudain le pompage. La vitesse de cette remontée et son allure en fonction du temps caractérisent la façon dont réagit le réservoir et permettent d'évaluer ses dimensions et sa porosité, de reconnaître s'il est fracturé, etc, ce qui conduit à une meilleure description du réservoir et à une appréciation plus précise de ses possibilités futures ainsi que de l'opportunité de forer d'autres puits aux alentours.
  • Dans une troisième application relative aux puits exploités par pompage électrique, la mesure - à une profondeur déterminée - de la pression créée par la formation souterraine, qui est celle qui règne dans l'espace annulaire précité, accompagnée de la mesure - à la même profondeur - de la pression dans la colonne de production, qui dépend du régime de pompage, permet d'évaluer le rendement de la pompe utilisée et d'en détecter les avaries éventuelles se manifestant par des variations anormales du rendement.
  • Les mesures de la pression créée par la formation souterraine doivent être effectuées dans l'espace annulaire compris entre le cuvelage et la colonne de production. A cette pression est directement liée la hauteur de la colonne de pétrole dans ledit espace annulaire, et on a proposé de mesurer cette hauteur à partir du temps d'aller et retour d'une onde acoustique émise à la surface du sol et se réfléchissant sur l'interface air-pétrole de cette colonne. Mais une telle procédure est inutilisable lorsque l'espace annulaire est obturé, à son sommet, par une garniture étanche dite "packer".
  • On a cherché par ailleurs à mesurer la pression au fond d'un puits exploité par pompage électrique en associant à la pompe un capteur de pression. Les résultats ainsi obtenus sont décevants, car les informations de pression fournies par un tel capteur, qui doit demeurer au fond du puits aussi longtemps que la pompe, offrent une qualité qui va en se détériorant avec les années; de plus, les signaux électriques délivrés par le capteur sont chargés de bruit. Il en résulte une précision de mesure très médiocre.
  • On a proposé encore de placer une jauge de pression sur la surface extérieure de la colonne de production. Mais la présence de ladite garniture ou "packer" dans l'espace annulaire s'oppose au passagef du câble électrique raccordé à la jauge, qui doit remonter vers la surface dans l'espace annulaire.
  • Afin de résoudre le problème de la mesure de la pression dans les puits de pétrole, la présente invention a pour objet un outil conçu pour être descendu à l'intérieur de la col onne de production et verrouillé au niveau de la section à vanne de circulation que celle-ci comporte. Cet outil comporte des moyens de raccordement étanche - vis-à-vis de la pression régnant dans la colonne de production - des orifices de ladite vanne, amenés mutuellement en regard, avec un capteur de pression, de sorte que celui-ci reçoit l'application, via lesdits orifices et lesdits moyens de raccordement étanche, de la pression régnant dans l'espace annulaire précité au niveau de ladite section.
  • Ainsi, grâce à un tel outil mettant à profit la présence de la vanne de circulation dans la colonne de production, tout le matériel nécessaire à la mesure de pression, comprenant ledit outil, le capteur de pression et les organes associés qui permettent leur mise en place, peut se trouver contenu dans la colonne de production, de sorte que la présence d'une garniture d'étanchéité ou "packer" ne constitue plus un obstable, aucun organe de devant être descendu ou installé dans l'espace annulaire. Par ailleurs, il est possible d'ôter l'outil à la fin d'un cycle de mesure de pression, en le faisant remonter dans la colonne de producltion à la manière des outils classiquement utilisés dans le domaine des forages pétroliers.
  • Dans une forme d'exécution avantageuse, l'outil est composé de deux éléments coaxiaux pouvant coulisser télescopiquement, savoir un premier élément tubulaire de diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de la colonne de production, et un deuxième élément pouvant coulisser sur une course limitée dans une portée interne du premier élément et comportant un conduit de raccordement étanche du capteur de pression auxdits orifices. Cette disposition permet, par escamotage du deuxième élément dans le premier, de dégager le sommet de celui-ci afin de faciliter sa préhension par un outil de descente ou de remontée, éventuellement par l'intermédiaire d'un mandrin d'ancrage auquel le premier élément assujetti et qui est manoeuvrable à l'aide d'un outil de descente ou de repêchage et verrouillable dans la section formant vanne de circulation de la colonne de production.
  • Il convient par ailleurs que le deuxième élément puisse prendre, par rapport au premier élément, d'une part une position basse déterminée par une butée de fin de course, où il est entièrement contenu dans le premier élément, et, d'autre part, une position haute également déterminée par une butée de fin de course, où est assurée la mise en communication dudit conduit avec les orifices de la vanne de circulation. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce conduit débouche sur la surface extérieure du deuxième élément en un endroit tel que, lorsque cet élément est en position haute, le débouché du conduit se situe dans la région médiane de la portée interne du premier élément et se trouve en communication avec au moins un canal percé à travers la paroi du premier élément et communiquant lui-même, via un espace annulaire compris entre la surface extérieure du premier élément et la surface intérieure de la chemise coulissante, avec les orifices de celle-ci et de la paroi de la section formant vanne de circulation. De plus, afin de permettre au deuxième élément de prendre une orientation quelconque autour de l'axe longitudinal de l'outil, il convient que le conduit précité débouche dans une gorge annulaire creusée dans la portée interne du premier élément et communiquant avec le ou les canaux traversant le paroi de cet élément.
  • Dans une forme d'exécution avantageuse, le capteur de pression est porté par l'outil, étant de préférence monté sur celui-ci de façon amovible, de sorte que l'outil et le capteur de pression peuvent être manoeuvrés indépendamment. A cet effet, selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième élément de l'outil comporte, à sa partie supérieure, un embout tubulaire de jonction auquel aboutit ledit conduit de raccordement et qui permet de relier à celui-ci, de façon étanche, le capteur de pression. De plus ce dernier est de préférence couplé à l'embout par un dispositif de liaision séparable comportant des doigts coopérant avec un système de rainures en J et permettant l'accouplement, puis le désaccouplement du capteur de pression et de l'embout par commande depuis la surface du sol à l'aide d'un câble de suspension.
  • Afin de permettre au pétrole de franchir l'outil en place dans la colonne de production, il convient que son deuxième élément comporte une partie inférieure tubulaire au sommet de laquelle est percé au moins un orifice. Par ailleurs, l'égalisation des pressions dans la colonne de production lors du retrait de l'outil peut être obtenue en prévoyant que le butée définissant la position basse du deuxième élément soit constituée par un anneau fixé dans le premier élément de façon non définitive, qui obture au moins un orifice percé à travers la paroi du premier élément et que cet anneau, expulsé en fin d'utilisation de l'outil à l'aide d'un outil de repêchage conçu pour forcer la deuxième élément à descendre par rapport au premier, découvre ledit orifice, lequel met alors en communication les espaces situés à l'extérieur et à l'intérieur du premier élément.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non limitatif.
    • La figure 1 représente schématiquement, en coupe longitudinale, un puits de pétrole équipé d'une colonne de production comportant une section formant vanne de circulation.
    • Les figures 2, 3 et 4 représentent schématiquement, en section longitudinale et à plus grande échelle, un outil selon l'invention respectivement en cours de descente dans la colonne de production, après sa mise en place dans la section formant vanne de circulation et en service pour des mesures de pression.
    • Les figures 5A, 5B, 5C, qui se raccordent suivant les lignes AB et CD, représentent ensemble, en coupe longitudinale, un outil selon l'invention dans une forme de réalisation pratique.
    • La figure 6 représente l'outil des figures 5A, 5B, 5C prêt à être remonté après achèvement d'un cycle de mesures de pression.
    • La figure 7 représente schématiquement une partie du développement à plat de la surface périphérique d'un barillet à rainures en J que comporte l'outil pour permettre l'accrochage et le décrochage d'un capteur de pression.
  • La figure 1 représente un puits de pétrole délimité par un cuvelage 10, dans lequel a été installée une colonne de production 11. Le cuvelange 10 comporte des perforations 12 au niveau de la formation pétrolifère 13 où est foré le puits, par lesquelles pénètre le pétrole. Celui-ci, du fait de sa pression, monte jusqu'à un niveau N (situé au-dessous de la surface du sol 18) dans l'espace annulaire 15 compris entre le cuvelage 10 et la colonne de production 11. Au pied de cette dernière est montée une pompe immergée 16 (munie d'un clapet anti-retour) qui refoule le pétrole, via ladite colonne, jusqu'en surface, où il est disponible sur un arbre de Noël 17. Non loin de la surface de sol 18, l'espace annulaire 15 est obturé par une garniture circulaire d'étanchéité ou "packer" 19 au niveau de laquelle peut être disposée une vanne de sécurité 20. A faible distance au-dessus de la pompe 16, la colonne de production 11 comporte une section à vanne de circulation SSD utilisant une chemise coulissante 21 dont la manoeuvre permet, par mise en coïncidence d'orifice 22, 23 que comportent respectivement la paroi de la section SSD prolongeant celle de la colonne de production 11 et la paroi de la chemise coulissante 21, de créer une voie de communication entre l'intérieur de la colonne de production 11 et l'espace annulaire 15 (cette possibilité étant utilisée principalement lorsqu'on désire "tuer" le puits en le comblant de boue).
  • C'est cette voie de communication que met à profit l'outil selon l'invention que l'on va décrire ci-dessous, lequel permet de mesurer la pression du pétrole dans l'espace annulaire 15, non loin de la formation 13.
  • Comme le montre de façon schématique et simplifiée la figure 4, l'outil selon l'invention se compose essentiellement de deux éléments 1, 2, de forme générale tubulaire, disposés coaxialement autour de l'axe A de la colonne de production 11. Dans cette dernière peut coulisser l'élément 1, de plus grand diamètre, tandis que l'élément 2, de plus petit diamètre, peut coulisser à l'intérieur de l'élément 1. Plus précisément, la surface extérieure de l'élément 1, cylindrique de révolution, a un diamètre choisi, de façon qu'il puisse coulisser à frottement doux dans deux portées internes d'étanchéité 24, 25 qu'offre la section SSD de la colonne de production de part et d'autre de la chemise mobile 21, ces portées limitant par ailleurs la course de coulissement de celle-ci. La portée supérieure 25 comporte une gorge annulaire 26 (figure 2) dans laquelle viennent s'enclencher des clés de verrouillage 27 appartenant à un mandrin d'ancrage 28 assujetti à l'extrémité supérieure de l'élément 1. Ce dernier comporte, dans la région de son extrémité inférieure, un joint annulaire 38 qui, lorsque l'élément 1 est immobilisé dans la section SSD par le mandrin d'ancrage 28 verrouillé au moyen de ses clés 27 (figure 4), coopère avec la portée d'étanchéité inférieure 24 de la section SSD. Il en résulte que le pétrole refoulé par la pompe 16 dans la colonne de production 11 ne peut s'écouler que par l'espace intérieur de l'élément 1.
  • La chemise coulissante 21 est logée dans l'espace annulaire 29 délimité par la surface intérieure de la section SSD, les portées 24 et 25 de celle-ci et la surface extérieure de l'élément 1. Le diamètre extérieur de la chemise 21 correspond au diamètre intérieur de la section SSD entre lesdites portées; par contre, le diamètre intérieur de la chemise est supérieur au diamètre extérieur de l'élément 1, de sorte qu'un espace annulaire 30 apparaît entre l'élément 1 et la chemise 21. Les orifices 22 de la section SSD sont bien entendu situés entre les portées 24 et 25, tandis que la situation des orifices 23 de la chemise 21 sur la longueur de celle-ci et cette longueur elle-même sont choisies de façon que, suivant la position longitudinale extrême occupée par la chemise 21 dans la section SSD, soit ces orifices viennent en regard des orifices 22 de cette dernière, mettant en communication l'espace 30 avec l'espace 15 entourant la section SSD, soit ces derniers orifices 22 sont obturés par la paroi cylindrique 21a de la chemise 21. Celle-ci comporte, à chacune de ses extrémités, un rebord annulaire interne 21b, 21c donnant prise à un organe d'actionnement qui permet de la faire coulisser vers le haut ou vers la bas.
  • L'élément 2 comprend essentiellement une partie cylindrique creuse 2a et, prolongeant celle-ci à son extrémité supérieure, un embout 2b de raccordement à un capteur de pression 31. La partie 2a, dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'élément 1, peut glisser longitudinalement dans ce dernier en y étant guidé par une portée interne 1a formant une saillie sur la surface intérieure de l'élément 1. L'excursion de l'élément 1 est limitée, vers le haut , par une collerette externe 2c que comporte la partie 2a à son extrémité inférieure et qui vient buter contre ladite portée interne 1a de la pièce 1, et, vers le bas, par un anneau 32 fixé à l'intérieur de l'élément 1 et contre lequel vient buter l'extrémité inférieure de l'élément 2 (figure 3). A son extrémité supérieure, la partie 2a est percée d'orifices 33 qui permettent la circulation du pétrole à travers l'outil, via les espaces intérieurs de l'élément 1 et de ladite partie 2a de l'élément 2.
  • La portée interne 1a de l'élément 1 est creusée d'une gorge annulaire 1b ouverte vers l'intérieur de l'élément et reliée à l'espace entourant celui-ci par des canaux 1c percés radialement à travers sa paroi cylindrique. L'élément 2 comporte un conduit 35 qui est d'une part relié à un canal2d percé axialement dans son embout 2b et d'autre part débouche, à travers la paroi cylindrique de sa partie 2a, dans la gorge annulaire 1b précitée lorsque l'élément 2 est en butée haute à l'intérieur de la pièce 1, comme représenté à la figure 4. Dans ces conditions, l'espace annulaire 30, communiquant via les orifices 23 et 22 avec l'espace 15 qui entoure la section SSD, est en liaison, via les canaux 1c, la gorge 1b et le conduit 35, avec la canal axial 2d de l'embout 2c, quelle que soit l'orientation de l'élément 2 autour de l'axe A. Quant à l'embout 2c, il peut être mis en liaison avec le capteur de pression 31 au moyen d'une douille de jonction 3 reliée de manière étanche par son extrémité supérieure audit capteur et par une portée interne 3a à l'embout 2b.
  • Pour permettre la mise en place et l'enlèvement du capteur de pression 31, la douille 3 peut être accrochée à l'embout 2b ou en être décrochée à volonté par simple déplacement axial imprimé à celle-ci par l'intermédiaire d'un câble de suspension 36 auquel elle est attachée, ainsi que cela sera décrit plus loin.
  • Lorsqu'on désire faire des mesures de pression dans le puits, on descend l'outil 1, 2 dans la colonne de production 11 pour le mettre en station au niveau de la section formant vanne de circulation SSD. La chemise coulissant 21 de celle-ci, normalement en position de fermeture, a été préalablement mise dans sa position d'ouverture où les orifices 22, 23 sont en regard. Lors de la descente de l'outil (figure 2), son élément 2 est en position basse dans la pièce 1, reposant sur l'anneau 32 fixé au pied de cette derniére, de façon à dégager le mandrin d'accrochage 28 et à permettre l'accouplement à celui-ci outil de descente 37 (visible sur la figure 3) attaché au câble de suspension 36. Finalement, les clés 27 du mandrin d'accrochage 28 s'enclenchent dans la gorge 26 de la portée supérieure 25 de la section SSD, ce qui immobilise l'outil dans cette dernière, les canaux 1c de sa pièce 1 débouchant extérieurement dans l'espace annulaire 30 compris entre les rebords 21b, 21c de la chemise 21, tandis que le joint annulaire 38 de ce même élément 1 se trouve en regard de la portée inférieure 24 de la section SSD et assure un contact étanche à cet endroit, au-dessous de la chemise 21. Au-dessus de celle-ci, l'étanchéité est de même assurée par un joint annulaire 39 appartenant au mandrin d'accrochage 28 et coopérant avec la portée supérieure 25.
  • Durant la descente de l'outil 1, 2, l'égalisation de pression dans la colonne de production 11 entre les espaces situés au-dessus et au-dessous de celui-ci s'effectue via les canaux 1c.
  • Après mise en station de l'outil 1, 2, l'outil de descente 37 est découché de celui-ci et remonté en surface à l'aide du câble 36; puis, à l'aide de ce même câble est descendue la douille de jonction 3 portant le capteur de pression 31. Cette douille vient s'adapter de façon étanche, par la portée interne 3a qu'elle comporte, munie d'un joint annulaire 40, sur l'embout 2b de l'élément 2 de l'outil. Ainsi, le capteur 31 se trouve mis en liaison avec le conduit 35 via le canal 2c de l'embout 2b (figure 4). En même temps, une paire de doigts 3b dont est dotée la douille 3 viennent en prise avec un système de rainures 41 qui apparaît sur le pourtour d'une partie de l'embout 2b en forme de barillet, et qui se compose (figure 7) d'une succession de rainures en forme de J dont le dessin est tel que, sur abaissement puis légère remontée de la douille 3, ses doigts 3b descendent dans des couloirs verticaux 41-1 puis vont se loger dans des encoches 41-2, les pièces 2 et 3 se trouvant alors accouplées; sur un nouvel abaissement suivi d'une remontée de la douille 3, les doigts 3b descendent dans des couloirs obliques 41-3, puis remontent dans des couloirs 41-4 jusqu'à échapper au système de rainures 41, les pièces 2 et 3 étant alors désaccouplées (et ainsi de suite).
  • L'outil 1, 2 dans la configuration de la figure 4 met en communication le capteur de pression 31 associé, qui se trouve comme lui immergé dans le pétrole que contient la colonne de production 11, avec l'espace annulaire 15 entourant cette dernière, de sorte qu'il permet d'effectuer des mesures de la pression du pétrole contenu dans cet espace. Parallèlement, durant tout le temps où l'outil 1, 2 est en service dans la colonne de production 11, le pétrole peut, sous l'action de refoulement de la pompe 16, remonter dans ladite colonne en traversant l'outil avec un gêne minime, via un clapet anti-retour formé d'une bille 42 et d'un siège circulaire 43 conjugué qu'offre à son extrémité inférieure l'élément 1, puis via l'espace intérieur de celui-ci, l'espace intérieur de la partie 2a de l'élément 2 et les orifices 33 de ce dernier élément (figure 4). Ledit clapet anti-retour double celui dont est dotée la pompe 16, prenant le relais de ce dernier s'il venait à présenter une fuite.
  • Le rendement de la pompe 16 peut être déterminé en associant au capteur de pression 31 un second capteur de pression (non représenté) qui mesure la pression à l'intérieur de la colonne de production.
  • Les figures 5A, 5B, 5C montrent un exemple concret de réalisation d'un outil selon l'invention, dans la configuration de la figure 4. On y reconnaît les différentes parties constitutives du puits et de l'outil esquissées sur cette figure :
  • - la colonne de production 11, coaxiale au cuvelage 10, comportant la section à vanne de circulation SSD équipée de la chemise 21 qui peut coulisser entre les portées internes 24 et 25, les orifices 22, 23 respectifs ayant ici été placés en regard;
  • - l'élément 1 de l'outil (formé d'un assemblage de plusieurs pièces), assujetti par vissage au mandrin d'ancrage 28 et immobilisé dans la section SSD par les clés de verrouillage 27 de ce dernier, l'étanchéité de part et d'autre de la chemise coulissante 21 étant assurée par les portées internes 24, 25 coopérant avec les joints annulaires 38, 39;
  • - l'élément 2 de l'outil (formé d'un assemblage de plusieurs pièces), coulissant dans la portée interne 1a de l'élément 1 par sa partie tubulaire 2a, laquelle comporte à son sommet les orifices de passage 33 et se termine par l'embout 2b;
  • - le conduit 35 partant de l'embout 2b et descendant à l'intérieur de la partie 2a de l'élément 2, puis traversant la paroi de celle-ci pour déboucher dans la gorge annulaire 1b creusée dans la portée 1a de l'élément 1 entre deux groupes de joints 44a, 44b dont cette portée est munie, la gorge 1b communiquant par les canaux 1c avec l'espace annulaire 30 compris entre l'élément 1 et la chemise coulissante 21;
  • - la douille de jonction 3, couplée de façon étanche à l'extrémité de l'embout 2b par sa portée interne 3a munie d'un double joint annulaire 40, et accrochée à l'embout 2b par sa paire de doigts 3b en prise avec les rainures en J 41 de cet embout, à cette douille de jonction étant couplé de façon étanche le capteur de pression 31;
  • - l'anneau 32, fixé à l'intérieur de l'élément 1 et définissant la position basse de l'élément coulissant 2, sa position haute étant définie par la vanne en butée de la collerette 2c contre la portée 1a de l'élément 1;
  • - le clapet anti-retour 42, 43, diposé à l'extrémité inférieure de l'élément 1, au-dessous de l'anneau 32.
  • On peut déduire de l'ensembe des figures 5A, 5B, 5C, que, contrairement à ce qui ressort du dessin schématique de la figure 3, l'élément 2 est, dans sa position basse en appui sur l'anneau 32, complètement contenu dans l'élément 1, son embout 2a se terminant au-dessous de la portée 1a de ce dernier élément et de ses orifices 1c. Ainsi, dans cette situation, le mandrin d'ancrage 28 est entièrement dégagé pour permettre l'accrochage de l'outil de descente 37.
  • En outre, la figure 5C montre la présence d'un orifice 49 percé dans la paroi de l'élément 1 de l'outil et susceptible de mettre en communication les espaces situés de part et d'autre de cette paroi. Toutefois, dans la situation normale représentée, cet orifice est occulté et rendu inopérant par l'anneau 32, lequel coopère avec une portée interne 1d de l'élément 1 en contact étanche grâce à une paire de joints toriques 51 entre lesquels se trouve l'orifice 49. Ainsi, ce orifice débouche, du côté intérieur de l'élément 1, dans une étroite chambre annulaire fermée, limitée par la portée 1d, le pourtour de l'anneau 32 et la paire de joints toriques 51. Comme on le verra plus loin, l'orifice 49 peut être mis en activité par expulsion de l'anneau 32, celui-ci étant fixé dans la portée 1d par une paire de goupilles cisaillables 52. Bien entendu, au lieu d'un unique orifice 49, on peut en prévoir plusieurs, également compris entre les deux joints toriques 51 lorsque l'anneau 32 est en place dans la portée 1d de l'élément 1.
  • La figure 6 illustre l'étape finale précédent la remontée de l'outil une fois achevées les mesures de pression. Par actionnement du câble 36, on désaccouple de l'embout 2b la douille de jonction 3, on la remonte en surface avec le capteur de pression 31, puis on descend un outil de repêchage 45 qui vient s'accrocher sur le mandrin d'ancrage 28. A la fin de sa course de descente, l'outil de repêchage 45 repousse, par un bras axial 46 qu'il possède, l'élément 2 vers le bas, de sorte que celui-ci libère l'anneau 32 en causant le cisaillage de goupilles 52 qui le fixaient à l'élément 1, et le fait descendre jusqu'à une tige transversale 48 de butée. Dès lors il y a mise en communication, par le ou les orifices 49, des espaces intérieur et extérieur à l'élément 1, ce qui assure l'égalisation des pressions durant la remontée de l'outil 1, 2, tandis que le clapet 42, 43 est fermé. Lors de la remontée subséquente de l'outil 1, 2, l'égalisation desdites pressions peut s'effectuer au surplus via les canaux 1c de l'élément 1.
  • Lorsque'une vanne de sécurité 20 est prévue dans la région supérieure de la colonne de production 11, cette vannek doit être ôtée pour permettre la descente de l'outil 1, 2, après quoi elle peut être remise en place.

Claims (13)

1. Outil permettant la mesure de la pression créée dans un puits de pétrole par la formation souterraine où est foré le puits, celui-ci étant délimité par un cuvelage à l'intérieur duquel a été installée une colonne de production comportant une section formant vanne de circulation à chemise coulissante, cette vanne pouvant mettre en communication, sur commande, l'espace intérieur de la colonne de production avec l'espace annulaire comprise entre celle-ci et de cuvelage par mise en regard d'orifices pratiqués dans la paroi de ladite section et dans la chemise coulissante, cet outil étant caractérisé par le fait que, conçu pour être descendu à l'intérieur de la colonne de production (11) et verrouillé au niveau de la section à vanne de circulation (SSD), il comporte des moyens de raccordement étanche - vis-à-vis de la pression régnant dans la colonne de production - desdits orifices (22, 23), amenés mutuellement en regard, avec un capteur de pression (31), de sorte que celui-ci reçoit l'application, via lesdits orifices et lesdites moyens de raccordement étanche, de la pression régnant dans l'espace annulaire (15) précité au niveau de ladite section (SSD).
2. Outil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est composé de deux éléments (1, 2) coaxiaux pouvant coulisser télescopiquement, savoir un premier élément (1) tubulaire de diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de la colonne de production (11), et un deuxième élément (2) pouvant coulisser sur une course limitée dans une portée interne (1a) du premier élément (1) et comportant un conduit (35) de raccordement étanche du capteur de pression (31) auxdits orifices (22, 23).
3. Outil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier élément (1) est conçu pour pouvoir être assujetti à un mandrin d'ancrage (28) manoe uvrable à l'aide d'un outil de descente ou de repêchage (3) et verrouillable dans la section formant vanne de circulation (SSD) de la colonne de production (11).
4. Outil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le deuxième élément (2) peut prendre, par rapport au premier élément (1), une position basse déterminée par une butée de fin de course (32), où il est entièrement contenu dans le premier élément (1).
5. Outil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que le deuxième élément (2) peut prendre, par rapport au premier élément (1), une position haute déterminée par une butée de fin de course (1a), où est assurée la mise en communication dudit conduit (35) avec les orifices (22, 23) de la vanne de circulation (SSD).
6. Outil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le conduit (35) débouche sur la surface extérieure du deuxième élément (2) en un endroit tel que, lorsque cet élément est en position haute, le débouché du conduit (35) se situe dans la région médiane de la portée interne (1a) du premier élément (1) et se trouve en communication avec au moins un canal (1c) percé à travers la paroi du premier élément (1) et communiquant lui-même, via un espace annulaire (30) compris entre la surface extérieure du premier élément (1) et la surface intérieure de la chemise coulissante (21), avec les orifices (23, 22) de celle-ci et de la paroi de la section formant vanne de circulation (SSD).
7. Outil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le conduit (35) débouche dans une gorge annulaire (1b) creusée dans la portée interne (1a) du premier élément (1) et communiquant avec le ou les canaux traversant la paroi de cet élément.
8. Outil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il porte le capteur de pression (31).
9. Outil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le capteur de pression (31) est monté de façon amovible.
10. Outil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le deuxième élément (2) de l'outil comporte, à sa partie supérieure, un embout tubulaire de jonction (2b) auquel aboutit ledit conduit de raccordement (35) et qui permet de relier à celui-ci, de façon étanche, le capteur de pression (31).
11. Outil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le capteur de pression (31) est couplé à l'embout (2b) par un dispositif de liaison séparable comportant des doigts (3b) coopérant avec un système de rainures en J (41) et permettant l'accouplement, puis le désaccrouplement du capteur de pression (31) et de l'embout (2b) par commande depuis la surface du sol à l'aide d'un câble de suspension (36).
12. Outil selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé par le fait que le deuxième élément (2) comporte une partie inférieure (2a) tubulaire, au sommet de laquelle est percé au moins un orifice (33), permettant le passage du pétrole à travers l'outil (1, 2).
13. Outil selon l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé par le fait que la butée définissant la position basse du deuxième élément (2) est constituée par un anneau (32) fixé dans le premier élément (1) de façon non définitive, qui obture au moins un orifice(49) percé à travers la paroi du premier élément (1) et que cet anneau, expulsé en fin d'utilisation de l'outil à l'aide d'un outil de repêchage (45) conçu pour forcer le deuxième élément (2) à descendre par rapport au premier, découvre ledit orifice (49), lequel met alors en communication les espaces situés à l'extérieur et à l'intérieur du premier élément (1).
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