EP0533526A1 - Dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement pour puits de production - Google Patents

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EP0533526A1
EP0533526A1 EP92402439A EP92402439A EP0533526A1 EP 0533526 A1 EP0533526 A1 EP 0533526A1 EP 92402439 A EP92402439 A EP 92402439A EP 92402439 A EP92402439 A EP 92402439A EP 0533526 A1 EP0533526 A1 EP 0533526A1
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monitoring module
module
casing tube
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Jean Laurent
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
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    • E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
    • E21B47/017—Protecting measuring instruments

Definitions

  • the invention relates to an improved device for monitoring an underground deposit, which is permanently installed in a cased well.
  • Such a device finds its applications for example in wells equipped for the production of an underground deposit and in particular of an oil deposit.
  • a monitoring device makes it possible to make different types of measurement: checking the state of the well, monitoring the equipment in the well, making statements of the acoustic emissions produced by the area during production, carrying out seismic surveys to know the evolution over time of the monitored underground area etc.
  • methods are known for installing a set of sensors in a well which, for the needs of the production of petroleum fluids, is equipped with a casing tube sealed in a well by cementing.
  • the sensors are installed outside the casing tube and once it has been placed in the well, they are embedded in the cement which is injected to couple it with the walls of the well.
  • a device is described to facilitate the installation of well monitoring equipment. It comprises protective elements fixed externally to certain sections of the casing tube, delimiting housings where reception assemblies can be fitted. Each of these sets includes a support with cavities for acoustic or seismic sensors and electronic circuits to amplify and correct the signals picked up before their transmission by a transmission line going up the length of the tube to a central control and monitoring station. 'recording installed on the surface.
  • the device is designed to effectively protect the monitoring equipment placed outside the casing tube against the shocks and settlements which generally occur during lowering operations and positioning of the latter in the drilled wells.
  • the improved device according to the invention allows the simplified integration of equipment for monitoring casing tubes intended to be cemented once placed in wells, using elements which can be manufactured in the workshop and brought to a construction site. well equipment to be directly connected to sections of the casing tube when assembled.
  • the improved deposit monitoring device is intended to be installed in a well provided with a casing tube comprising a plurality of sections interconnected to each other by tubular connections, this casing being held in place by injection of cement in the annular space between it and the well.
  • the device according to the invention is characterized in that it comprises at least one tubular connection between two successive sections of the casing tube, modified to contain a main monitoring module including sensitive sensors and possibly an electronic unit, said monitoring module being connected to a surface installation by connecting means.
  • the device may for example include at least one second modified tubular connector containing a secondary monitoring module including sensitive sensors and sealed connection means for the interconnection of each second monitoring module to the first.
  • Each secondary monitoring module can include electronic means for amplifying and filtering the signals received by the sensors of the same module.
  • the device comprises for example at least one secondary monitoring module connected to the main module by analog transmission means.
  • the device can also include at least one secondary monitoring module provided with means for acquiring signals received by sensitive sensors from at least one other secondary monitoring module.
  • the electronic unit of the main monitoring module comprises for example digital transmission means for communications between them and said surface installation.
  • the device can also include at least one secondary monitoring module including digital connection means with the main monitoring module.
  • the device comprises asymmetrical tubular connections provided with a thicker wall on a part of its periphery, this thicker wall being provided with several housings, for elements of the monitoring module, these housings being closed by a cover fixed against said wall.
  • the device comprises connecting cables arranged outside the casing tube.
  • the device comprises connecting means arranged at least partially inside the different sections of the casing tube.
  • the installation of the casing tube can be carried out more easily by interconnection of sections by means of fittings pre-equipped with sensitive sensors and in electronic modules, which are joined to each other as they are put in place by cables which are connected by waterproof connectors. Well equipment operations are therefore greatly facilitated.
  • a casing or casing tube 2 is generally installed there (Fig. 1) constituted by the end-to-end interconnection of a set of sections by means of fittings 3 and it is held in place by an injection of cement into the annular space between it and the well 1.
  • the connections 3 are tubular and eccentric with, at each end, a nozzle 4 where one comes to fit and screw one end of a section of the casing tube.
  • the sleeves 3 On part of their periphery, the sleeves 3 have an extra thickness 4 of their wall.
  • suitable sensor elements 6 such as for example three geophones Gx, Gy, Gz whose axes are oriented in three orthogonal directions, so as to determine the amplitude and the direction of arrival of the received waves.
  • Other housings 7 are provided for an electronic unit E.
  • the electronic unit may include one or more circuits or cards 8 adapted to process the signals received by the various sensors 6. Electrical conductors 9 (Fig.
  • waterproof connectors 17 allow the connection to the electronic unit, of several external cables 18.
  • This type of connection 3 allows different organizations of the monitoring device.
  • this comprises at least one main module in an interconnection connector 3 such as that of FIGS. 2 to 7.
  • This main module comprises an electrical supply circuit 8A supplied from the surface installation C by conductors 12 of the multi-conductor cable 13 and producing the regulated voltages necessary for the operation of at least the main module, several circuits d acquisition 8B, 8C, 8D suitable for amplifying, filtering and digitizing and possibly multiplexing the signals received by sensors, and a coding circuit 8E for the transmission of the signals acquired to the central unit C at the surface.
  • the monitoring device can also comprise at least one secondary module in another connection at a different depth with housings for at least one or more sensors 6. These sensors can be connected directly by cables 18 with the main module and the signals they pick up are acquired by its electronic circuits.
  • the secondary module can also include local electronic circuits for amplification and filtering of the signals received locally before their transmission in analog form to the main module.
  • a secondary module without electronic circuits can directly transmit the analog signals produced by local sensors to a secondary relay module where amplification and filtering circuits have been included, and this relay module transmits all amplified signals to a main module via an analog or digital type link.
  • the monitoring device may include a large set of various sensors distributed in a plurality of fittings at different depths of the casing tube, with secondary modules without electronic circuits, one or more secondary relay modules provided with electronic circuits for collecting received signals to one or more lower levels and transmit them amplified to a main module provided with coding, multiplexing and data transmission circuits collected towards the central unit C at the surface.
  • the passive (sensors) and active (electronic circuits) elements being grouped together in the fittings and pre-wired, the installation of the device at the time of the construction of the casing tube 2, essentially consists in establishing the electrical connections of the cables 13 and 18 which connect them all to the surface installation.
  • the cables (13, 18) for the interconnection of the various monitoring modules and the connection of a main module are arranged outside the casing tube. It would not, however, depart from the scope of the invention to establish connections included at least in part inside the casing tube 42.

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Abstract

Dans un puits (1) devant être équipé pour la production d'un gisement souterrain, on descend un tube de cuvelage ou casing (2) comportant un ensemble de sections tubulaires raccordées successivement les unes aux autres au moyen de raccords tubulaires (3) dont certains au moins sont modifiés, et on le cimente une fois mis en place dans le puits. Ces raccords spéciaux (3) comportent des logements (5, 7) pour un ou plusieurs capteurs (6) et d'autres éventuellement pour des circuits électroniques d'acquisition ou de transmission (8). Les différents raccords (3) du dispositif sont interconnectés entre eux par des câbles (18) et avec une installation de surface par un câble multi-lignes (13) pour l'alimentation électrique des modules électroniques et la transmission des données acquises. Cet agencement permet un pré-câblage des différents raccords, ce qui simplifie la mise en place du dispositif durant les manoeuvres d'équipement des puits. Application à la surveillance de puits de production pétroliers par exemple. <IMAGE>

Description

  • L'invention porte sur un dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement souterrain, que l'on installe à demeure dans un puits cuvelé.
  • 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, 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.
  • 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.
  • 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.
  • Le dispositif perfectionné de surveillance de gisement selon l'invention est destiné à être installé dans un puits pourvu d'un tube de cuvelage comportant une pluralité de sections interconnectées les unes aux autres par des raccords tubulaires, ce cuvelage étant maintenu en place par injection de ciment dans l'espace annulaire entre lui et le puits. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un raccord tubulaire entre deux sections successives du tube de cuvelage, modifié pour contenir un module de surveillance principal incluant des capteurs sensibles et éventuellement une unité électronique, ledit module de surveillance étant relié à une installation de surface par des moyens de liaison.
  • Le dispositif peut comporter par exemple au moins un deuxième raccord tubulaire modifié contenant un module secondaire de surveillance incluant des capteurs sensibles et des moyens de liaison étanches pour l'interconnexion de chaque deuxième module de surveillance au premier.
  • Chaque module secondaire de surveillance peut comporter des moyens électroniques d'amplification et de filtrage des signaux reçus par les capteurs du même module.
  • Le dispositif comporte par exemple au moins un module secondaire de surveillance relié au module principal par des moyens de transmission analogique.
  • Le dispositif peut aussi comporter au moins un module secondaire de surveillance pourvu de moyens d'acquisition de signaux reçus par des capteurs sensibles d'au moins un autre module secondaire de surveillance.
  • 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.
  • Le dispositif peut encore comporter au moins un module secondaire de surveillance incluant des moyens de liaison numérique avec le module principal de surveillance.
  • 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 logements, pour des éléments du module de surveillance, ces logements étant fermés par un couvercle fixé contre ladite paroi.
  • Suivant un mode de réalisation, le dispositif comporte des câbles de liaison disposés à l'extérieur du tube de cuvelage.
  • 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.
  • 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.
  • 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;
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • Dans la partie inférieure de chaque raccord 3, des connecteurs étanches 17 permettent le raccordement à l'unité électronique, de plusieurs câbles extérieurs 18.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (10)

1) Dispositif perfectionné de surveillance d'un gisement souterrain destiné à être installé dans un puits pourvu d'un tube de cuvelage "casing" (2) comportant une pluralité de sections interconnectées les unes aux autres par des raccords tubulaires (3), ledit tube de cuvelage étant maintenu en place par injection de ciment dans l'espace annulaire entre lui et le puits, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un raccord tubulaire (3) disposé entre deux sections successives du tube de cuvelage, pourvu d'au moins un logement étanche pour contenir un module de surveillance principal incluant des capteurs sensibles (6), ledit module de surveillance principal étant relié par des moyens de liaison (13) à une unité centrale de contrôle et d'enregistrement (C).
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un deuxième raccord tubulaire modifié contenant un module secondaire de surveillance incluant des capteurs sensibles (6) et des moyens de liaison étanches (17, 18) pour l'interconnexion de chaque deuxième module de surveillance au premier module.
3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de surveillance principal et chaque module secondaire de surveillance comporte des moyens électroniques d'amplification et de filtrage (8) des signaux reçus par les capteurs du même module.
4) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module secondaire de surveillance relié au module principal par des moyens de transmission analogique (18).
5) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module secondaire-relais pourvu de moyens d'acquisition de signaux reçus par des capteurs sensibles inclus dans au moins un autre module secondaire de surveillance.
6) 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.
7) Dispositif selon la revendication 6, 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.
8) 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, lesdits logements étant fermés par un couvercle (16) fixé contre ladite paroi.
9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des câbles de liaison (13, 18) disposés à l'extérieur du tube de cuvelage (2).
10) 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).
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