EP1473256B1 - Procédé et dispositif de transmission d'informations entre une cavité saline et la surface du sol - Google Patents

Procédé et dispositif de transmission d'informations entre une cavité saline et la surface du sol Download PDF

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EP1473256B1
EP1473256B1 EP04291047A EP04291047A EP1473256B1 EP 1473256 B1 EP1473256 B1 EP 1473256B1 EP 04291047 A EP04291047 A EP 04291047A EP 04291047 A EP04291047 A EP 04291047A EP 1473256 B1 EP1473256 B1 EP 1473256B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transceiver
measuring device
cavity
cavern
conductor cable
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04291047A
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German (de)
English (en)
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EP1473256A1 (fr
Inventor
Jean-Michel Barbot
Thierry Pichery
Christian Sirieix
Bruno Lebrière
Denis Hafon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Geoservices SA
Engie SA
Original Assignee
Gaz de France SA
Geoservices SA
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Publication date
Application filed by Gaz de France SA, Geoservices SA filed Critical Gaz de France SA
Publication of EP1473256A1 publication Critical patent/EP1473256A1/fr
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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
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
    • E21B47/16—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the drill string or casing, e.g. by torsional acoustic waves
    • 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
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/32—Articulated members
    • Y10T403/32008—Plural distinct articulation axes

Definitions

  • the present invention relates to the general field of information transmission from a saline cavity drilled in the ground to the surface. More specifically, the invention relates to the transmission of information collected at any height of a salt cavity while allowing the normal operation of the cavity (filling, racking, etc.).
  • Saline cavities are generally used for underground storage of hydrocarbons, such as natural gas or oil.
  • hydrocarbon storage may be necessary to maintain an energy potential in the event of a crisis (so-called strategic storage) or to make it possible to absorb seasonal peaks in consumption (so-called seasonal storage).
  • a saline cavity is obtained by drilling a well through layers of geological formation (rock salt rock) and by leaching by freshwater circulation to create the shape and volume of the cavity.
  • a production tube is lowered to the bottom of the cavity for filling the hydrocarbon cavity.
  • the internal pressure must remain, on the one hand slightly higher than the formation pressure to avoid any risk of subsidence and loss of useful volume by salt creep, and on the other hand, less than the pressure of fracturing the rock to ensure the tightness of the cavity.
  • the volume of gas contained in the cavity is highly dependent on the storage pressure, a storage gain of a few millibars on this pressure may result in several hundred thousand additional cubic meters of gas stored. Under these conditions, the continuous monitoring of the pressure during the filling the cavity makes it possible to accurately determine the volume of gas to be stored.
  • the present invention therefore aims to overcome such drawbacks by proposing a method and an information transmission device between a saline cavity and the surface which make it possible to obtain information at any height of the cavity while allowing normal operation of the cavity. the cavity.
  • a method of transmitting information between a saline cavity and the soil surface the cavity being drilled through layers of geological formation and connected to the surface by an access shaft at least in part.
  • cuvelé by metal tubes and having at least one safety valve the method being characterized in that it consists of: suspending a train of tools to a fastening system positioned in the access well downstream of the valve safety and in electrical contact with the metal tubes, the train of tools comprising at least one measuring device connected to the coupling system by a first conductor cable section and an information transmitter / receiver operating by waves and connected to the measuring device by a second conductor cable section, the transceiver being positioned to be in contact with a structure means connected to the cavity; and coupling between the transmitter / receiver and the structure means to allow information to be transmitted between the meter and the surface by propagating waves through the structure means.
  • the measuring device or devices being suspended from the attachment system positioned in the access well, it is thus possible to perform measurements at any height in the cavity.
  • the measurements made in the cavity are thus reliable.
  • the tool train is suspended downstream of the safety valve, it is not necessary to open it to perform the measurements which avoids any safety problem and allows normal operation of the cavity.
  • the transmitter / receiver is in contact with the bottom of the cavity and operates by electromagnetic waves propagating through the geological formation layers.
  • the coupling between the transmitter / receiver and the geological formation layers is an electrical coupling which is carried out by the presence of an electrolyte covering the bottom of the cavity.
  • the electrolyte is preferably an electrically conductive brine permanently present at the bottom of the cavity.
  • the electrolyte can be added to the bottom of the cavity.
  • the transmitter / receiver operates by mechanical waves and the coupling with the structure means is a mechanical coupling which is performed by the presence of a vibrating element coupled to the structure means.
  • This vibrating element can be placed at the bottom of the cavity or be coupled to the metal tubes.
  • the measuring apparatus may be suspended in the cavity at any height or be suspended directly in the access well. In the latter case, it is necessary to provide the apparatus with measurement of an insulating coating to avoid any electrical contact between it and the metal tubes of the access well.
  • FIG. 1 represents, in section, a saline cavity for underground storage of hydrocarbons having a device for implementing the method according to the invention.
  • the saline cavity 2 is drilled through layers of geological formation (typically rock salt rock) and connected to the surface by an access well 4.
  • the cavity is formed by leaching by fresh water circulation to create the shape and volume of the cavity.
  • a deposit of insoluble matter and brine 6 generally covers the bottom of the cavity.
  • the dimensions of the cavity thus formed are proportional to the desired volume of storage.
  • the saline cavity may have a height of more than 200 meters.
  • the access well 4 comprises a cylindrical outer wall 8 which delimits an annular space 10 cemented with a bulging column 12.
  • a device 14 seals between the outer wall of the cavity and the colazage column.
  • a production column 16 (“casing") formed of metal tubes has descended inside the grading column 12 to the bottom of the saline cavity to allow the circulation of the fresh water necessary for the creation of the cavity and replacing the brine with the liquid or gas to be stored in the underground storage cavity. Once the cavity has been filled, the production column 16 is generally cut off from the roof of the cavity. A safety valve 18 is then placed across the production column to allow its closure.
  • a tool train is suspended in the production column 16 to an attachment system 20.
  • the attachment system 20 is positioned in the production column downstream of the safety valve 18 according to a series of steps that will be described later.
  • the attachment system 20 may be a standard equipment consisting of at least three arms abutting the inner walls of the production column. Such an arm attachment system allows hydrocarbon injection operations in the cavity but not the withdrawal operations.
  • the attachment system can also be constituted by a device that typically comes to be positioned on a specific seat integrated in the production column, this type of device having the advantage over the previous to allow to carry out operations of withdrawal as well than injection operations.
  • the attachment system 20 is in electrical contact with the inner walls of the metal tubes of the production column 16 (for example via its arms or the seat on which it is positioned).
  • the anchorage point of the tool train can be positioned at any point in the production column which is located downstream of the safety valve 18.
  • the tool train comprises at least one measuring device 22 suspended from the attachment system 20 by a conductive cable 24 in order to ensure electrical continuity between the measuring device (s) and the attachment system (a single device). Measure is shown in Figure 1).
  • the conductive cables may be smooth steel wires, electric cables or cables commonly used during work in smooth cable (“slick-line”) in the wellbore.
  • the measurement apparatus 22 includes logging tools (not shown) which may be pressure sensors, temperature sensors, samplers, flow meters, sonars, and the like. They also include means for transmitting and receiving electrical signals, possibly a memory for storing the measurements made by the logging tools and a battery supply of these different devices (not shown in the figures).
  • logging tools may be pressure sensors, temperature sensors, samplers, flow meters, sonars, and the like. They also include means for transmitting and receiving electrical signals, possibly a memory for storing the measurements made by the logging tools and a battery supply of these different devices (not shown in the figures).
  • the tool train further comprises a transmitter / receiver 26 which forms an antenna operating by electromagnetic waves (radio waves, etc.) or mechanical (acoustic waves, seismic, etc.).
  • This transmitter / receiver is connected to the measuring apparatus 22 via a conductive cable 28 to provide electrical continuity between the transmitter / receiver and the measuring apparatus to enable the transmitting and receiving electrical signals equipping the measuring apparatus to exchange information with the transmitter / receiver.
  • the conductor cable used, of the piano wire type, is a cable commonly used when working with smooth cable (“slick-line”) in the wellbore.
  • the length of the cable 28 is calculated so that the transmitter / receiver 26 is in contact with a structure means fixed linked to the cavity.
  • This structure means may be the bottom of the cavity, the distillation column 12 or the production column 16.
  • the emitter / receiver 26 is in contact with the deposition of insoluble matter and brine 6 which covers the bottom of the cavity.
  • the transmitter / receiver 26 may be coupled with the lower part of the production column 16 or with the lower part of the stacking column 12 (in dashed lines in the figure).
  • connection cable 28 is not necessary if the measuring device 22 is connected directly to the transmitter / receiver 26. Likewise, the connecting cable 24 can be avoided if the measuring device 22 is connected directly to the transmitter 26. 20.
  • a cable 25 is shown which plays the role of both the mechanical connecting cable 24 and the information transmission cable 28.
  • the length of the tool train corresponds approximately to the distance between the saline water level at the bottom of the cavity and the bottom of the production column and can greatly exceed one hundred meters.
  • the rock salt rock constituting the geological formation layers has a resistivity favorable to a propagation of such waves, that is to say of the order of several hundred ohms per meter.
  • the transmitter / receiver modulates waves having frequencies adapted so that propagation through the geological formation layers is possible.
  • the waves used have a frequency lower than 1000 Hz.
  • the waves are also modulated according to the information to be transmitted and their transmission power is of the order of a few watts.
  • the coupling achieved between the transceiver and the geological formation layers are electrical in nature.
  • the coupling between the transmitter / receiver and the structure means is mechanical in nature.
  • the acoustic waves are emitted by a vibrating element 26 (of the piezoelectric type) placed at the bottom of the cavity or coupled to the lower part of the production column 16 or of the casing column 12.
  • the vibrating element modulates waves having frequencies adapted to allow their propagation to the surface.
  • the waves thus used have a frequency of between 10 Hz and 1 kHz. They are also modulated according to the information to be transmitted and their transmission power is of the order of a few watts to a few kW.
  • the information transmitted by electromagnetic or mechanical waves from the cavity to the surface are the measurements made by the various logging tools equipping the measuring apparatuses.
  • the waves conveying this information are picked up on the surface by a decoder 30, one of whose poles is connected to the wellhead 31 and the other pole planted in the soil at a sufficient distance from the wellhead.
  • the decoder 30 makes it possible to decode the waves transmitted by the transmitter / receiver in order to decipher the measurement values made by the logging tools.
  • the information can be transmitted to the surface continuously and in real time or discontinuously by data packets stored in a memory of the measuring apparatus.
  • the transmission of information can also be carried out in the opposite direction, ie from the surface to the measuring devices.
  • the decoder 30 is also able to transmit electromagnetic or mechanical waves to the transmitter / receiver according to an identical propagation mode.
  • the transmitted information can be used to control the measuring devices, for example to change the frequency and transmission power of the waves transmitted to the surface to preserve a maximum battery fitted to these measuring devices.
  • the production column 16 is provided at its upper end with two removable anti-blowout plugs 32 which ensure the seal between the cavity and the surface during the establishment of the tool train.
  • a sealing chamber 34 also removable, is positioned upstream of the two anti-blowout shutters 32.
  • the airlock is disconnected from the production column to allow the introduction of the transmitter / receiver. It is attached to a conductive cable wound on a pulley (reference 36 in Figures 2A to 2E) and passing through the sealing chamber.
  • the sealing chamber 34 is reconnected on the production column.
  • the blowout preventers 32 can then be opened to allow the descent of the transmitter / receiver (FIG. 2A). By operating the pulley 36, it is thus lowered into the production column 16, downstream of the safety valve 18 which is also open.
  • blowout preventers 32 are closed (FIG. 2B). It should be noted that the choice of the descent / descent height of the transmitter / receiver will directly affect the height in the cavity of the measuring apparatus. This choice is made taking into account in particular the depth of the cavity. Closing the blowout preventers 32 has the effect, on the one hand to ensure sealing between the cavity and the airlock, and on the other hand to block the conductor cable to maintain the transmitter / receiver in suspension.
  • the next step is to again disconnect the airlock 34 to cut the conductor cable upstream of the blowout preventers 32, the transmitter / receiver 26 being kept in suspension in the production column by closing these shutters.
  • a measuring apparatus 22 is then attached to the free end of the conducting cable connected to the transmitter / receiver and connected upstream to the cable wound on the Pulley 36. This measuring device is put in place in the airlock ( Figure 2C).
  • the sealing chamber 34 is then reconnected on the production column 16 (FIG. 2D), the blowout preventers 32 and the safety valve 18 are reopened and the measuring device 22 is lowered downstream of the safety valve. . These last two steps are repeated for each measuring device that is to be suspended in the cavity.
  • the attachment system is then lowered in turn in the production column operating in a similar way to the descent of the measuring devices.
  • the attachment system is thus lowered downstream of the safety valve 18 and at a height allowing the transmitter / receiver to come into contact with a fixed structure means connected to the cavity (cavity bottom or lower part of the column of casing or production). It is then anchored in the inner walls of the production column. This anchoring is carried out either by arms abutting the inner walls of the production column, or by a seat integrated in the production column.
  • the blowout preventers 32 and the airlock 34 are then disconnected from the production column (FIG. 2E).
  • the measuring device (s) must preferably be positioned outside the production column (that is to say suspended in the cavity itself). Indeed, it is important to avoid any electrical contact between these measuring devices and the internal walls of the production column. However, if it appears necessary to position one or more of these measuring devices in the production column, an insulating coating may be used to cover the measuring instruments. Alternatively, an insulating composite material can be used for the realization of the housing of these devices.
  • the tool train thus suspended in the production column, it is then possible to transmit information between the surface and the measuring devices by propagation of electromagnetic or mechanical waves through the structure means.
  • the method according to the invention that makes it possible to measure at any height in the cavity while allowing normal operation of the well has multiple advantages.
  • the method according to the invention has the advantage of allowing, during the filling operation of the cavity, to obtain continuous and real-time monitoring of the various physical parameters of the cavity (temperature, pressure, etc. .) which determine the useful storage volume. It is thus possible to store more fluid, in particular hydrocarbon gases, safely.
  • Another advantage of the continuous and real-time monitoring of the physical parameters of the cavity during the filling operation lies in the fact that it is possible to optimize the flow rate and therefore the duration of the injection.
  • the measurements are carried out in the cavity and not at the wellhead, which makes it possible to obtain much more reliable results.
  • the installation and the adaptation of the device for implementing the method are furthermore possible in cavities already in operation without modifying the structure of the access well, which makes it possible to optimize the operating and operating performances. generalize the use without costly adjustments on the well.
  • Such a device is also easily removable.
  • the method according to the invention can be applied for different configurations of the cavity.
  • the example illustrated in the figures represents a configuration in which the production column is cut at the roof of the cavity.
  • the steps of setting up the tool train are identical to those described above, the length between the attachment system and the transceiver being simply reduced.

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Description

  • La présente invention se rapporte au domaine général de la transmission d'informations depuis une cavité saline forée dans le sol jusqu'à la surface. Plus précisément, l'invention concerne la transmission d'informations collectées à une hauteur quelconque d'une cavité saline tout en permettant l'exploitation normale de la cavité (remplissage, soutirage, etc.).
  • Les cavités salines sont généralement utilisées pour le stockage souterrain d'hydrocarbures, tels que le gaz naturel ou le pétrole. Un tel stockage d'hydrocarbures peut être nécessaire pour conserver un potentiel énergétique en cas de crise (stockage dit stratégique) ou pour permettre d'absorber des pics saisonniers de consommation (stockage dit saisonnier).
  • Classiquement, une cavité saline est obtenue en forant un puits à travers des couches de formation géologique (roche de sel gemme) et en effectuant un lessivage par circulation d'eau douce afin de créer la forme et le volume de la cavité. Un tube de production est descendu jusqu'au fond de la cavité pour le remplissage de la cavité en hydrocarbures.
  • Dans le cas de stockage de gaz naturel, il est indispensable de contrôler en permanence les paramètres physiques internes de la cavité (pression, température, volume utile, etc.) au cours de son exploitation, c'est-à-dire pendant les périodes de remplissage de la cavité, de repos et de soutirage. En particulier, la pression interne doit rester, d'une part légèrement supérieure à la pression de formation afin d'éviter tout risque de subsidence et de perte de volume utile par fluage du sel, et d'autre part, inférieure à la pression de fracturation de la roche afin de garantir l'étanchéité de la cavité. De plus, le volume de gaz contenu dans la cavité dépend fortement de la pression de stockage, un gain de stockage de quelques millibars sur cette pression pouvant se traduire par plusieurs centaines de milliers de mètres cubes supplémentaires de gaz stocké. Dans ces conditions, le suivi en continu de la pression pendant le remplissage de la cavité permet de déterminer avec précision le volume de gaz à stocker.
  • Actuellement, ces paramètres physiques sont calculés à partir de mesures réalisées en tête de puits. Cependant, de telles mesures ne permettent de disposer que de façon approximative d'informations sur la situation au fond de la cavité, ce qui entraîne des erreurs importantes sur les prévisions de stockage.
  • Par ailleurs, il est connu d'introduire des capteurs de mesure dans l'espace annulaire défini entre une colonne centrale d'exploitation et la paroi cylindrique du puits, les capteurs étant reliés à la surface par des câbles électriques. Toutefois, cette technique ne peut s'appliquer à des puits existants qu'après de coûteuses modifications. De plus, ces mesures réalisées dans le puits diffèrent de celles effectuées dans la cavité.
  • Afin de réaliser des mesures de ces paramètres dans la cavité, une autre solution consiste à suspendre des appareils de mesure à un câble électrique relié à la surface. Une telle solution est décrite dans le document FR-A- 2205996. Cependant, afin d'éviter le sectionnement du câble reliant les appareils de mesure à la surface, les vannes d'obturation du puits doivent être maintenues en position ouverte pendant les mesures. Cette solution pose donc d'évidents problèmes de sécurité et interdit les opérations de soutirage qui risquent d'entraîner le câble et les appareils de mesure.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention vise donc à pallier de tels inconvénients en proposant un procédé et un dispositif de transmission d'informations entre une cavité saline et la surface qui permettent d'obtenir des informations à une hauteur quelconque de la cavité tout en permettant une exploitation normale de la cavité.
  • A cet effet, il est prévu un procédé de transmission d'informations entre une cavité saline et la surface du sol, la cavité étant forée à travers des couches de formation géologique et reliée à la surface par un puits d'accès au moins en partie cuvelé par des tubes métalliques et présentant au moins une vanne de sécurité, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste : à suspendre un train d'outils à un système d'accrochage positionné dans le puits d'accès en aval de la vanne de sécurité et en contact électrique avec les tubes métalliques, le train d'outils comportant au moins un appareil de mesure relié au système d'accrochage par un premier tronçon de câble conducteur et un émetteur/récepteur d'informations fonctionnant par ondes et relié à l'appareil de mesure par un deuxième tronçon de câble conducteur, l'émetteur/récepteur étant positionné de façon à être en contact avec un moyen de structure lié à la cavité ; et à effectuer un couplage entre l'émetteur/récepteur et le moyen de structure afin de permettre une transmission des informations entre l'appareil de mesure et la surface par propagation d'ondes au travers du moyen de structure.
  • Le ou les appareils de mesure étant suspendus au système d'accrochage positionné dans le puits d'accès, il est ainsi possible de réaliser des mesures à une hauteur quelconque dans la cavité. Les mesures réalisées dans la cavité sont ainsi fiables. De plus, le train d'outils étant suspendu en aval de la vanne de sécurité, il n'est pas nécessaire d'ouvrir celle-ci pour effectuer les mesures ce qui évite tout problème de sécurité et permet une exploitation normale de la cavité. Notamment, il est possible de contrôler de façon continue la pression interne de la cavité pendant les opérations d'injection d'hydrocarbures afin d'optimiser le volume de stockage.
  • Avantageusement, l'émetteur/récepteur est en contact avec le fond de la cavité et fonctionne par ondes électromagnétiques se propageant au travers des couches de formation géologique. Dans ce cas, le couplage entre l'émetteur/récepteur et les couches de formation géologique est un couplage électrique qui s'effectue par la présence d'un électrolyte recouvrant le fond de la cavité. L'électrolyte est de préférence une saumure conductrice d'électricité présente en permanence au fond de la cavité. Alternativement, l'électrolyte peut être ajouté au fond de la cavité.
  • Selon une variante de l'invention, l'émetteur/récepteur fonctionne par ondes mécaniques et le couplage avec le moyen de structure est un couplage mécanique qui s'effectue par la présence d'un élément vibrant couplé au moyen de structure. Cet élément vibrant peut être placé au fond de la cavité ou être couplé aux tubes métalliques.
  • L'appareil de mesure peut être suspendu dans la cavité à une hauteur quelconque ou bien être suspendu directement dans le puits d'accès. Dans ce dernier cas, il est nécessaire de munir l'appareil de mesure d'un revêtement isolant afin d'éviter tout contact électrique entre celui-ci et les tubes métalliques du puits d'accès.
  • Avantageusement, l'étape consistant à suspendre le train d'outils consiste à :
    • a) connecter un émetteur/récepteur à un câble conducteur ;
    • b) ouvrir une vanne de sécurité du puits d'accès et des obturateurs anti-éruption ;
    • c) descendre l'émetteur/récepteur dans le puits d'accès en aval de la vanne de sécurité et des obturateurs anti-éruption ;
    • d) fermer les obturateurs anti-éruption du puits d'accès afin de bloquer le câble conducteur pour maintenir l'émetteur/récepteur en suspension et assurer l'étanchéité du puits ;
    • e) couper le câble en amont des obturateurs anti-éruption ;
    • f) connecter au moins un appareil de mesure au câble conducteur ;
    • g) reprendre les étapes b) à e) pour l'appareil de mesure ;
    • h) connecter le système d'accrochage au câble conducteur ; et
    • i) reprendre les étapes b) à e) pour le système d'accrochage.
    Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
    • la figure 1 représente schématiquement une cavité saline munie d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention ;
    • les figures 2A à 2E illustrent schématiquement différentes étapes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; et
    • la figure 3 illustre une variante de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.
    Description détaillée d'un mode de réalisation
  • La figure 1 représente, en coupe, une cavité saline de stockage souterrain d'hydrocarbures présentant un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
  • De façon connue, la cavité saline 2 est forée à travers des couches de formation géologique (typiquement de la roche de sel gemme) et reliée à la surface par un puits d'accès 4. La cavité est formée en effectuant un lessivage par circulation d'eau douce afin de créer la forme et le volume de la cavité. A l'issue de ce lessivage, un dépôt de matières insolubles et de saumure 6 recouvre généralement le fond de la cavité. Les dimensions de la cavité ainsi formée sont proportionnelles au volume souhaité de stockage. A titre d'exemple, la cavité saline peut présenter une hauteur de plus de 200 mètres.
  • Le puits d'accès 4 comprend une paroi extérieure cylindrique 8 qui délimite un espace annulaire 10 cimenté avec une colonne de culevage 12. A l'extrémité inférieure de la colonne de culevage, un dispositif 14 (« packer ») assure l'étanchéité entre la paroi extérieure de la cavité et la colonne de culevage. Une colonne de production 16 (« tubage ») formée de tubes métalliques est descendue à l'intérieur de la colonne de culevage 12 jusqu'au fond de la cavité saline pour permettre la circulation de l'eau douce nécessaire à la création de la cavité ainsi que le remplacement de la saumure par le liquide ou le gaz à stocker dans la cavité de stockage souterrain. Une fois le remplissage de la cavité effectué, la colonne de production 16 est généralement sectionnée au toit de la cavité. Une vanne de sécurité 18 est alors disposée en travers de la colonne de production afin de permettre son obturation.
  • Selon le procédé de l'invention, un train d'outils est suspendu dans la colonne de production 16 à un système d'accrochage 20. Le système d'accrochage 20 est positionné dans la colonne de production en aval de la vanne de sécurité 18 selon une série d'étapes qui seront décrites ultérieurement.
  • Le système d'accrochage 20 peut être un équipement standard constitué d'au moins trois bras s'arc-boutant sur les parois internes de la colonne de production. Un tel système d'accrochage à bras autorise les opérations d'injection d'hydrocarbures dans la cavité mais pas les opérations de soutirage. Le système d'accrochage peut également être constitué par un dispositif venant classiquement se positionner sur un siège spécifique intégré dans la colonne de production, ce type de dispositif présentant l'avantage par rapport au précédent de permettre d'effectuer des opérations de soutirage aussi bien que des opérations d'injection.
  • Le système d'accrochage 20 est en contact électrique avec les parois internes des tubes métalliques de la colonne de production 16 (par exemple par l'intermédiaire de ses bras ou du siège sur lequel il est positionné). Le point d'ancrage du train d'outils peut être positionné à un endroit quelconque de la colonne de production qui est situé en aval de la vanne de sécurité 18.
  • Le train d'outils comporte au moins un appareil de mesure 22 suspendu au système d'accrochage 20 par un câble conducteur 24 afin d'assurer une continuité électrique entre le ou les appareils de mesure et le système d'accrochage (un seul appareil de mesure est représenté sur la figure 1). Lorsque plusieurs appareils de mesure sont suspendus au système d'accrochage, ils sont également reliés entre eux par des câbles conducteurs. Les câbles conducteurs peuvent être des fils d'acier lisse, des câbles électriques ou bien des câbles couramment utilisés lors de travaux en câble lisse (« slick-line ») dans les puits de forage.
  • Les appareils de mesure 22 renferment des outils de diagraphie (non représentés) qui peuvent être des capteurs de pression, des capteurs de température, des échantillonneurs, des débitmètres, des sonars, etc. Ils comportent également des moyens d'émission et de réception de signaux électriques, éventuellement une mémoire permettant de stocker les mesures effectuées par les outils de diagraphie et une batterie d'alimentation de ces différents équipements (non représentés sur les figures).
  • Le train d'outils comporte en outre un émetteur/récepteur 26 qui forme une antenne fonctionnant par ondes électromagnétiques (ondes radio, etc.) ou mécaniques (ondes acoustiques, sismiques, etc.). Cet émetteur/récepteur est relié à l'appareil de mesure 22 par l'intermédiaire d'un câble conducteur 28 afin d'assurer une continuité électrique entre l'émetteur/récepteur et l'appareil de mesure pour permettre aux moyens d'émission et de réception de signaux électriques équipant les appareils de mesure d'échanger des informations avec l'émetteur/récepteur. Le câble conducteur utilisé, de type corde à piano, est un câble couramment employé lors de travaux en câble lisse (« slick-line ») dans les puits de forage.
  • Par ailleurs, la longueur du câble 28 est calculée de façon à ce que l'émetteur/récepteur 26 soit en contact avec un moyen de structure fixe lié à la cavité. Ce moyen de structure peut être le fond de la cavité, la colonne de culevage 12 ou la colonne de production 16. Ainsi, sur la figure 1, l'émetteur/récepteur 26 est en contact avec le dépôt de matières insolubles et de saumure 6 qui recouvre le fond de la cavité. Selon une variante de réalisation illustrée par la figure 3, l'émetteur/récepteur 26 peut être couplé avec la partie inférieure de la colonne de production 16 ou avec la partie inférieure de la colonne de culevage 12 (en pointillés sur la figure).
  • Le câble de liaison 28 n'est pas nécessaire si l'appareil de mesure 22 est connecté directement à l'émetteur/récepteur 26. De même, le câble de liaison 24 peut être évité si l'appareil de mesure 22 est connecté directement au système d'accrochage 20. Dans le cas de réalisation de la figure 3, on a représenté un câble 25 qui joue le rôle à la fois du câble de liaison mécanique 24 et du câble de transmission d'informations 28. Dans le cas d'un couplage avec le fond de la cavité, la longueur du train d'outils correspond environ à la distance entre le plan d'eau salée au fond de la cavité et le bas de la colonne de production et peut largement dépasser la centaine de mètres.
  • Avec un tel dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est ainsi possible d'effectuer un couplage entre l'émetteur/récepteur 26 et le moyen de structure afin de permettre une transmission d'informations entre le ou les appareils de mesure et la surface. Cette transmission d'informations s'effectue par propagation d'ondes électromagnétiques ou mécaniques émises par l'émetteur/récepteur au travers du moyen de structure.
  • Dans le cas d'ondes électromagnétiques émises par l'émetteur/récepteur, celui-ci est avantageusement en contact avec le fond de la cavité. En effet, la roche de sel gemme constituant les couches de formation géologique présente une résistivité favorable à une propagation de telles ondes, c'est à dire de l'ordre de plusieurs centaines d'ohms par mètre. Dans ce cas, l'émetteur/récepteur module des ondes ayant des fréquences adaptées pour que la propagation au travers des couches de formation géologique soit possible. Par exemple, les ondes utilisées ont une fréquence inférieure à 1000 Hz. Les ondes sont par ailleurs modulées en fonction des informations à transmettre et leur puissance d'émission sont de l'ordre de quelques Watts. Le couplage réalisé entre l'émetteur/récepteur et les couches de formation géologique est de nature électrique. Il est obtenu grâce à la présence de saumure conductrice formant le dépôt 6 qui recouvre le fond de la cavité. Cependant, lorsque le volume de saumure est insuffisant pour garantir un bon couplage électrique, on peut envisager d'ajouter un électrolyte au fond de la cavité. A titre d'exemple, on pourrait utiliser comme électrolyte liquide différentes saumures (NaCl, KCl, etc.).
  • Dans le cas d'ondes mécaniques (par exemple acoustiques ou sismiques) émises par l'émetteur/récepteur, le couplage entre l'émetteur/récepteur et le moyen de structure est de nature mécanique. Les ondes acoustiques sont émises par un élément vibrant 26 (du type piézo-électrique) placé au fond de la cavité ou couplé à la partie inférieure de la colonne de production 16 ou de la colonne de cuvelage 12. L'élément vibrant module des ondes ayant des fréquences adaptées pour permettre leur propagation vers la surface. Les ondes ainsi utilisées ont une fréquence comprise entre 10 Hz et 1 kHz. Elles sont par ailleurs modulées en fonction des informations à transmettre et leur puissance d'émission est de l'ordre de quelques Watts à quelques kW.
  • Les informations transmises par ondes électromagnétiques ou mécaniques depuis la cavité vers la surface sont les mesures réalisées par les différents outils de diagraphie équipant les appareils de mesure 22. Les ondes transportant ces informations sont captées en surface par un décodeur 30 dont l'un des pôles est relié à la tête de puits 31 et l'autre pôle planté dans le sol à une distance suffisante de la tête de puits. Le décodeur 30 permet de décoder les ondes transmises par l'émetteur/récepteur afin de déchiffrer les valeurs de mesures effectuées par les outils de diagraphie. Les informations peuvent être transmises vers la surface en continu et en temps réel ou bien de manière discontinue par paquets de données stockées dans une mémoire des appareils de mesure.
  • De la même manière, la transmission d'informations peut également s'effectuer en sens inverse, c'est à dire depuis la surface vers les appareils de mesure. En effet, le décodeur 30 est également apte à transmettre des ondes électromagnétiques ou mécaniques vers l'émetteur/récepteur selon un mode de propagation identique. Dans ce cas, les informations transmises peuvent permettre de commander les appareils de mesure, par exemple afin de modifier la fréquence et la puissance d'émission des ondes transmises à la surface pour préserver un maximum la batterie équipant ces appareils de mesure.
  • On décrira maintenant plus en détails l'étape consistant à suspendre le train d'outils dans le puits d'accès en se référant aux figures 2A à 2E. Sur ces figures, la colonne de production 16 est munie, à son extrémité supérieure, de deux obturateurs anti-éruption 32 amovibles qui garantissent l'étanchéité entre la cavité et la surface lors de la mise en place du train d'outils. Un sas d'étanchéité 34, également amovible, est positionné en amont des deux obturateurs anti-éruption 32.
  • Selon une première étape non représentée sur les figures, le sas d'étanchéité est déconnecté de la colonne de production afin de permettre la mise en place de l'émetteur/récepteur. Celui-ci est fixé à un câble conducteur enroulé sur une poulie (référence 36 sur les figures 2A à 2E) et traversant le sas d'étanchéité.
  • Une fois l'émetteur/récepteur 26 mis en place et fixé au câble conducteur, le sas d'étanchéité 34 est reconnecté sur la colonne de production. Les obturateurs anti-éruption 32 peuvent alors être ouverts pour permettre la descente de l'émetteur/récepteur (figure 2A). En actionnant la poulie 36, celui-ci est ainsi descendu dans la colonne de production 16, en aval de la vanne de sécurité 18 qui est également ouverte.
  • Lorsque la hauteur atteinte par l'émetteur/récepteur est jugée satisfaisante, les obturateurs anti-éruption 32 sont fermés (figure 2B). On notera que le choix de la hauteur de descente de l'émetteur/récepteur jouera directement sur la hauteur dans la cavité des appareils de mesure. Ce choix est effectué en prenant notamment en compte la profondeur de la cavité. La fermeture des obturateurs anti-éruption 32 a pour effet, d'une part d'assurer l'étanchéité entre la cavité et le sas, et d'autre part de bloquer le câble conducteur afin de maintenir l'émetteur/récepteur en suspension.
  • L'étape suivante consiste à déconnecter de nouveau le sas d'étanchéité 34 pour couper le câble conducteur en amont des obturateurs anti-éruption 32, l'émetteur/récepteur 26 étant maintenu en suspension dans la colonne de production grâce à la fermeture de ces obturateurs. Un appareil de mesure 22 est alors fixé à l'extrémité libre du câble conducteur relié à l'émetteur/récepteur et relié en amont au câble enroulé sur la poulie 36. Cet appareil de mesure est mis en place dans le sas déconnecté (figure 2C).
  • Le sas d'étanchéité 34 est ensuite reconnecté sur la colonne de production 16 (figure 2D), les obturateurs anti-éruption 32 et la vanne de sécurité 18 sont réouverts et l'appareil de mesure 22 est descendu en aval de la vanne de sécurité. Ces deux dernières étapes sont répétées pour chaque appareil de mesure que l'on souhaite suspendre dans la cavité.
  • Une fois tous les appareils de mesure descendus, le système d'accrochage est alors descendu à son tour dans la colonne de production en opérant de manière identique à la descente des appareils de mesure. Le système d'accrochage est ainsi descendu en aval de la vanne de sécurité 18 et à une hauteur permettant à l'émetteur/récepteur de venir en contact avec un moyen de structure fixe lié à la cavité (fond de cavité ou partie inférieure de la colonne de cuvelage ou de production). Il vient ensuite s'ancrer dans les parois internes de la colonne de production. Cet ancrage s'effectue, soit par des bras s'arc-boutant sur les parois internes de la colonne de production, soit par un siège intégré dans la colonne de production. Les obturateurs anti-éruption 32 et le sas d'étanchéité 34 sont alors déconnectés de la colonne de production (figure 2E).
  • On notera qu'au cours de ces étapes consistant à suspendre le train d'outils dans le puits d'accès, le ou les appareils de mesure doivent être positionnés de préférence en dehors de la colonne de production (c'est à dire suspendus dans la cavité elle-même). En effet, il est important d'éviter tout contact électrique entre ces appareils de mesure et les parois internes de la colonne de production. Toutefois, s'il apparaît nécessaire de positionner l'un ou plusieurs de ces appareils de mesure dans la colonne de production, un revêtement isolant peut être utilisé pour recouvrir les appareils de mesure. Alternativement, un matériau composite isolant peut être employé pour la réalisation du boîtier de ces appareils.
  • Le train d'outils ainsi suspendu dans la colonne de production, il est alors possible de transmettre des informations entre la surface et les appareils de mesure par propagation d'ondes électromagnétiques ou mécaniques au travers du moyen de structure.
  • Le procédé selon l'invention qui permet d'effectuer des mesures à une hauteur quelconque dans la cavité tout en autorisant une exploitation normale du puits présente de multiples avantages.
  • Tout particulièrement, le procédé selon l'invention présente l'avantage de permettre, pendant l'opération de remplissage de la cavité, d'obtenir un suivi en continu et en temps réel des différentes paramètres physiques de la cavité (température, pression, etc.) qui déterminent le volume utile de stockage. Il est ainsi possible de stocker davantage de fluide, en particulier de gaz hydrocarbures, en toute sécurité.
  • Un autre avantage du suivi en continu et en temps réel des paramètres physiques de la cavité pendant l'opération de remplissage réside dans le fait qu'il est possible d'optimiser le débit et donc la durée de l'injection.
  • Selon encore un autre avantage du procédé de l'invention, les mesures sont réalisées dans la cavité et non en tête de puits ce qui permet d'obtenir des résultats beaucoup plus fiables.
  • L'installation et l'adaptation du dispositif de mise en oeuvre du procédé sont en outre possibles dans des cavités déjà en exploitation sans modification de la structure du puits d'accès, ce qui permet d'optimiser les performances d'exploitation et d'en généraliser l'utilisation sans entraîner de coûteuses adaptations sur le puits. Un tel dispositif est par ailleurs aisément amovible.
  • On notera également que le procédé selon l'invention peut s'appliquer pour différentes configurations de la cavité. L'exemple illustré sur les figures représente une configuration dans laquelle la colonne de production est sectionnée au toit de la cavité. Toutefois, il est possible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention lorsque la colonne de production n'est pas sectionnée sur toute sa hauteur, c'est à dire lorsqu'elle s'étend au-dessous du toit de la cavité. Dans ce type de configuration, les étapes de mise en place du train d'outils sont identiques à celles décrites ci-dessus, la longueur entre le système d'accrochage et l'émetteur/récepteur étant simplement réduite.

Claims (13)

  1. Procédé de transmission d'informations entre une cavité saline et la surface du sol, ladite cavité (2) étant forée à travers des couches de formation géologique et reliée à la surface par un puits d'accès (4) au moins en partie cuvelé par des tubes métalliques (16) et présentant au moins une vanne de sécurité (18), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à :
    - suspendre un train d'outils à un système d'accrochage (20) positionné dans le puits d'accès en aval de la vanne de sécurité et en contact électrique avec les tubes métalliques, ledit train d'outils comportant au moins un appareil de mesure (22) relié au système d'accrochage par un premier tronçon de câble conducteur (24) et un émetteur/récepteur d'informations (26) fonctionnant par ondes et relié à l'appareil de mesure par un deuxième tronçon de câble conducteur (28), ledit émetteur/récepteur étant positionné de façon à être en contact avec un moyen de structure lié à la cavité ; et
    - effectuer un couplage entre l'émetteur/récepteur (26) et le moyen de structure afin de permettre une transmission des informations entre l'appareil de mesure (22) et la surface par propagation d'ondes au travers du moyen de structure.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur (26) est en contact avec le fond de la cavité et fonctionne par ondes électromagnétiques se propageant au travers des couches de formation géologique.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couplage entre l'émetteur/récepteur (26) et les couches de formation géologique est un couplage électrique qui s'effectue par la présence d'un électrolyte recouvrant le fond de la cavité.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrolyte est une saumure (6) conductrice d'électricité présente en permanence au fond de la cavité.
  5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrolyte est ajouté au fond de la cavité.
  6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur/récepteur (26) fonctionne par ondes mécaniques.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le couplage entre l'émetteur/récepteur (26) et le moyen de structure est un couplage mécanique qui s'effectue par la présence d'un élément vibrant couplé audit moyen de structure.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément vibrant est couplé au fond de la cavité ou aux tubes métalliques (16).
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'appareil de mesure (22) est suspendu à une hauteur quelconque dans la cavité.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'appareil de mesure (22) est suspendu dans le puits d'accès (4).
  11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'appareil de mesure (22) est muni d'un revêtement isolant de façon à éviter un contact électrique avec les parois métalliques du puits d'accès.
  12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'étape consistant à suspendre le train d'outils consiste à :
    a) connecter un émetteur/récepteur (26) à un câble conducteur ;
    b) ouvrir une vanne de sécurité (18) et des obturateurs anti-éruption (32) du puits d'accès (4) ;
    c) descendre l'émetteur/récepteur (26) dans le puits d'accès en aval de la vanne de sécurité (18) et des obturateurs anti-éruption (32) ;
    d) fermer les obturateurs anti-éruption (32) du puits d'accès afin de bloquer le câble conducteur pour maintenir l'émetteur/récepteur (26) en suspension et assurer l'étanchéité du puits ;
    e) couper le câble en amont des obturateurs anti-éruption (32) ;
    f) connecter au moins un appareil de mesure (22) au câble conducteur ;
    g) reprendre les étapes b) à e) pour l'appareil de mesure (22) ;
    h) connecter le système d'accrochage (20) au câble conducteur ; et
    i) reprendre les étapes b) à e) pour le système d'accrochage (20).
  13. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un système d'accrochage (20), au moins un appareil de mesure (22) relié au système d'accrochage par un premier tronçon de câble conducteur (24) et un émetteur/récepteur d'informations (26) relié à l'appareil de mesure par un deuxième tronçon de câble conducteur (28).
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