EP3224452A1 - Dispositif de prelevement d'un fluide sous pression equipe de moyens pour augmenter le volume de la chambre d'echantillonnage - Google Patents

Dispositif de prelevement d'un fluide sous pression equipe de moyens pour augmenter le volume de la chambre d'echantillonnage

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Publication number
EP3224452A1
EP3224452A1 EP15790557.1A EP15790557A EP3224452A1 EP 3224452 A1 EP3224452 A1 EP 3224452A1 EP 15790557 A EP15790557 A EP 15790557A EP 3224452 A1 EP3224452 A1 EP 3224452A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sampling
chamber
fluid
sampling chamber
piston
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15790557.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul Crabeil
Thierry Walrave
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Flodim Sarl
Original Assignee
Flodim Sarl
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Filing date
Publication date
Application filed by Flodim Sarl filed Critical Flodim Sarl
Publication of EP3224452A1 publication Critical patent/EP3224452A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/08—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells
    • E21B49/081—Obtaining fluid samples or testing fluids, in boreholes or wells with down-hole means for trapping a fluid sample
    • 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
    • E21B47/06—Measuring temperature or pressure
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    • E21B47/06—Measuring temperature or pressure
    • E21B47/07—Temperature
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • E21B49/086—Withdrawing samples at the surface
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
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    • G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
    • G01N1/2035—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N2001/1031—Sampling from special places
    • G01N2001/105—Sampling from special places from high-pressure reactors or lines
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    • G01N1/2035—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping
    • G01N2001/205—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping using a valve
    • G01N2001/2057—Sample chamber in a valve/piston

Definitions

  • the invention relates to the technical field of exploration and exploitation of underground environment, such as the exploitation of a gas reservoir (storage / withdrawal of gas, exploitation of conventional or unconventional gas or hydrocarbons) and monitoring these operations (contamination of aquifer operations).
  • the invention particularly relates to the field of geological site monitoring comprising oil or gas hydrocarbons.
  • the invention relates to fluid sampling devices, and more particularly to a device for sampling fluids under pressure in a well, a pipe, a tube, a pipe, a tank or the like.
  • Fluids present in an underground environment need to be sampled via wells to determine their composition, in order to characterize the geological reservoirs reached by these wells and their evolution over time during the industrial process of storage and / or production.
  • sampler For sampling fluids under pressure in a well drilled through a geological formation.
  • sampler For sampling fluids under pressure in a well drilled through a geological formation.
  • FTS Flow Through Sampler
  • US594561 1 discloses a device for sampling fluids under pressure in a pipe, a pipe, a pipe or the like.
  • This device comprises a plurality of pistons, a body having a common passageway, wherein said pistons are slidably mounted, a side entry port and a side exit port located within said passageway and communicating with the pipeline. said inlet and outlet ports located so that the movement of the pistons can cover and uncover said inlet and outlet ports.
  • Patent US5896926 discloses a subterranean aquifer fluid sampling device in situ in a static condition without disturbing the environment but comprising a "packer” to isolate the sampling system with the area above it and a pumping system in situ in said sampler to "suck" the fluid into the sampling chamber.
  • a sampling device comprising on the one hand a piston controlled by a spring bathed in an oil chamber to sample the fluid, and on the other hand, a second piston for expelling the fluid during the transfer.
  • the device is held in the open or closed position by the compressed spring housed in the chamber filled with oil.
  • the oil contained in the chamber of the spring makes it possible to dampen the decompression effect and to perform the sampling smoothly.
  • the device allows the recovery of sampled fluid through the mechanical action of a solid piston through a manual valve. This device also has the advantage of being able to be lowered in the open position in the underground environment, to allow a complete filling of the sampling chamber.
  • these sampling devices require the implementation of means for extracting the fluid from the sample chamber and conditioning the fluid taken from a dedicated container. These means are complex, can alter the fluid taken (leakage, fluid pollution %) and require manipulation.
  • the invention relates to a fluid sampling device comprising a sampling chamber comprising a first piston driven by the fluid, and additional means for increasing the volume of the sampling chamber, so as to adjust the pressure in the chamber. sampling chamber.
  • the sample chamber serves as a sampler but also as a container for the sampled fluid and can also be used as a cell for fluid analysis.
  • the invention relates to a device for sampling at least one pressurized fluid comprising at least one sampling chamber comprising an internal volume for receiving said fluid, said sample chamber comprising a first piston able to be displaced by said fluid.
  • Said sampling chamber comprises additional means for increasing the volume of the sampling chamber.
  • said sampling chamber is a container for transporting said fluid.
  • said additional means for increasing the volume of said sample chamber comprise a compensation piston serving as an abutment for said first piston and means for adjusting the position of said compensation piston.
  • the means for adjusting the position of said compensation piston are hydraulic means.
  • said compensation piston has a stroke representing between 0.1 and 20% of the fluid volume taken.
  • said sampling device comprises a lower chamber disposed under said sampling chamber, and comprises in the lower part of said sampling chamber, a connection for removably fixing said sampling chamber and said lower chamber, said coupling comprising means for the passage of a fluid between said sampling chamber and said lower chamber.
  • said compensation piston slides essentially within the fitting around an inner cylinder.
  • sampling device may comprise a sampling actuation system for opening or closing said sampling chamber.
  • said actuation system comprises motorization means opening and closing said sampling chamber and electronic or mechanical control means of said motorization means.
  • said electronic control means comprise a clock and / or communication means and / or at least one temperature sensor and / or at least one pressure sensor and / or at least one CCL sensor and / or at least one a gamma ray sensor.
  • said sampling chamber is removably attached below said actuating system.
  • said sampling chamber comprises an upper valve to allow or prohibit the passage of said fluid in said sampling chamber, said upper valve being disposed above the first piston.
  • said sampling device comprises between one and five sampling chambers, preferably between one and three sampling chambers.
  • the invention relates to the use of a device according to the invention for producing a sample of a fluid in an underground formation. For this use, the following steps are carried out: a) lowering said sampling device with said closed sampling chamber in said subterranean formation;
  • said compensation piston is held in the up position, and during the recovery step of the sampling chamber, said compensation piston is lowered to the low position.
  • said fluid is transported in said closed sampling chamber.
  • a step of analyzing said fluid contained in said sampling chamber is also carried out.
  • a step of conditioning said sampling chamber substantially prior to the analysis step is also carried out substantially at the temperature and pressure conditions of said subterranean formation.
  • the sample is taken for the monitoring of a C0 2 storage site, a conventional or unconventional hydrocarbon exploration or exploitation site, or a geothermal site.
  • Figure 1 illustrates the sampling device according to the invention before sampling of the fluid.
  • Figure 2 illustrates the sampling chamber and the lower chamber of the sampling device according to the invention before sampling the fluid.
  • FIG. 3 illustrates the sampling chamber and the lower chamber of the sampling device according to the invention after sampling of the fluid.
  • Figure 4 illustrates the sampling chamber of the sampling device according to the invention after sampling of the fluid.
  • FIG. 5 illustrates the sampling chamber of the sampling device according to the invention for the transport of the fluid.
  • FIG. 6 illustrates the intermediate connection of the sampling device according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates the sampling chamber of the sampling device according to the invention equipped with covers for the transport of the fluid.
  • the present invention relates to a device for sampling at least one fluid under pressure, also called a sampler.
  • the sampler according to the invention comprises at least one sampling chamber defining an internal volume for receiving the fluid to be sampled. During sampling, the sampling chamber is filled with the fluid to be sampled. Then, when the sampling is completed, that is to say during the recovery of the sampler on the surface, or during the transport of the fluid, the fluid taken is contained in this sample chamber.
  • the sampler according to the invention further comprises additional means for increasing the volume of the sampling chamber, so as to adjust the pressure in the sampling chamber.
  • the additional means for increasing the volume of the sampling chamber make it possible to reduce the pressure in the sampling chamber (in the case of a compressible fluid) or to create a gas cushion ("gas cap") above the fluid (in the case of an incompressible fluid), especially when the sampling chamber comprises the fluid to be sampled. These additional means make it possible to limit the risks associated with the transport of equipment under pressure; thus it is no longer necessary to extract the fluid taken for analysis, which allows the use of the sample chamber as a container for transporting the withdrawn fluid (fluid transport bottle removed).
  • sampler may comprise the following means, alone or in combination:
  • a levitation operating system which opens and closes the sampler, so as to allow or prohibit the introduction into the sampler fluid to be taken from the outside environment.
  • the actuation system is preferably located above the sampling chamber.
  • the sampling chamber is formed by an envelope cylindrical, in which moves a first piston.
  • the displacement of the first piston is achieved by the sampled fluid: the pressure of the sampled fluid causes the first piston to descend.
  • the fluid taken is therefore contained in the cylindrical envelope between the upper part of the sampling chamber and the first piston.
  • the additional means for increasing the volume of the sampling chamber comprise a compensation piston and means for adjusting the position of the compensation piston.
  • the first piston In the lower position of the first piston, that is to say at the end of sampling and during transport of the sampler, the first piston is in abutment against a compensation piston.
  • the compensation piston is controlled by adjusting means so as to vary the pressure within the sampling chamber.
  • the means for adjusting the position of the compensation piston position the compensation piston in the up position during sampling and raising to the surface of the sampler.
  • the means for adjusting the position of the compensation piston position the compensation piston in the lower position for transporting the sample taken.
  • the first piston being in abutment against the compensation piston, and in view of the pressure of the fluid taken from the sampling chamber, the descent of the compensation piston causes the lowering of the first piston.
  • a fluid for example oil is injected under the compensation piston to the out, for example about 15 mm, which allows to create a buffer (oil) on which abuts the first piston when it is in abutment on the compensation piston.
  • This buffer (oil) once the tool is raised to the surface, is evacuated, which allows the sample to be transported to the laboratory with less pressure than that of the sample, or even zero (it all depends on the quantity of dissolved gas recovered by the sampler).
  • the internal volume containing the sampled fluid increases, which makes it possible to reduce the pressure in the sampling chamber (in the case of a compressible fluid) or to create a gas cushion ("gas cap") at above the fluid (case of an incompressible fluid).
  • this layer of gas or gas cap has a small volume relative to the volume of the sample chamber.
  • the compensation piston stroke may represent between 0.1% and 25% of the sampled volume, or even more preferably between 0.1 and 20% of the sampled volume.
  • This pressure setting limits the risks of transporting pressure equipment; thus it is no longer necessary to extract the fluid taken for analysis, which allows the sample chamber to be used as a container for transporting the withdrawn fluid (container for transporting the withdrawn fluid) and as a PVT cell since It is possible to return the sample to the background conditions.
  • the position of the compensation piston can be adjusted by hydraulic means; the piston is moved by injection and withdrawal of oil.
  • a sampling operation system allows the opening and closing of the sampler.
  • the actuation system can be included in a cylindrical envelope. Preferably, this opening and closing are performed by a valve, called upper valve, located above the first piston.
  • the upper valve is driven by the actuating system, when the sampler is at the position, in the well, desired for sampling.
  • the actuation system comprises motorization means, in particular at least one electric motor capable of driving the upper valve.
  • the actuation system further comprises means for controlling the motorization means.
  • the control means control the motorization means when the sampler is in the desired position.
  • the control means may be mechanical control means actuated from the surface by a user.
  • the control means may be electronic.
  • the electronic control means may comprise means of communication in real time with means disposed on the surface, so as to inform the user of the conditions within the well.
  • the electronic control means may comprise an automatic clock, which will trigger the control of the motorization means at a predetermined time.
  • the control means and the information sent back in real time can enable the specialist to trigger the sampling, once the position of the sampler in the well has been determined.
  • the control means may include one or more sensors to determine the position of the sampler in the well.
  • the sensors integrated in the control means may comprise one or more temperature sensors, one or more pressure sensors, one or more CCL sensors (English “Casing Collar Locator", which means casing joint detector, this type sensor for determining the position of the casing joints in a well), one or more gamma ray sensors (in English "gamma ray”) ...
  • these two embodiments can be associated, and a mechanism of Automatic clock can be coupled to different sensors.
  • the electronic control means can be integrated in a thermal shield type Dewar vase which is a container designed to provide very good thermal insulation. This tube may be in the form of a glass or metal container, double-layer. It can be seen as two thin-walled containers nested inside one another.
  • the pressure sensor may be a Quatzdyne type sensor or equivalent, which is a high precision sensor and can withstand temperatures up to 200 ° C.
  • the sampling chamber is removably attached, for example by a threaded connection, to the actuating system so as to be able to isolate the sampling chamber, to form a transport container.
  • the lower chamber is in communication with the sampling chamber.
  • the lower chamber can be included in a cylindrical envelope.
  • the outer diameter of the lower chamber may be substantially identical to the outer diameter of the sampling chamber, for example by a threaded connection.
  • the lower chamber is in communication with the sampling chamber by means of a connection, said intermediate connection.
  • the connector allows the lower chamber and the sampling chamber to be removably attached.
  • the sampling chamber can be isolated from the lower chamber to form a transport container.
  • the coupling comprises means for the passage of a fluid from the sampling chamber to the lower chamber.
  • the passage means prohibit the passage of fluid in the opposite direction from the lower chamber to the sampling chamber.
  • the means for the passage of a fluid may comprise a lower cylinder, an adjusting screw, and a valve system.
  • the lower chamber has a volume greater than the volume of the sampling chamber, so as to allow complete transfer of the fluid initially contained in the sampling chamber to the lower chamber.
  • the assembly may be constituted so as to ensure a slow crossing of the transfer fluid, which allows to ensure a sampling without changing the characteristics PVT (pressure, volume, temperature) of the fluid of the underground formation.
  • the compensation piston is movable relative to the coupling.
  • the compensation piston is essentially movable within the connection, so that, in the low position, the compensation piston does not protrude from the connection and that, in the raised position, the compensation piston protrudes compared to the fitting.
  • the height of the projection substantially corresponds to the stroke of the compensation piston.
  • Figure 1 illustrates the sampling device before sampling the fluid according to a non-limiting embodiment of the invention.
  • the sampling device is substantially of cylindrical shape and comprises from top to bottom three compartments: the control compartment 20 comprising the actuating system, the sampling chamber 3 and the lower chamber 13.
  • the illustrated control compartment 20 includes, without limitation:
  • control pin 18 transmitting the movement of the electric motor 19, a lower end piece 21 of the control compartment 20 closing the lower part of the control compartment 20,
  • control compartment with control means (not shown), for example electronic or mechanical control means, and
  • the sample chamber 3 illustrated includes, without limitation:
  • the first piston 4 which is in the up position before sampling the fluid, is pressed to the upper nozzle 2 by evacuating between the first piston 4 and the upper nozzle 2, an intermediate connection 9 situated in the lower part of the sampling chamber and which makes it possible to removably fix the sampling chamber 3 and the lower chamber 13,
  • a compensation piston 5 movable relative to the intermediate connection, which is in the up position before sampling the fluid, by means of a fluid
  • valve 10 fixed to the intermediate connection, and which allows the passage of the fluid from the sampling chamber 3 to the lower chamber 13.
  • the lower chamber 13 illustrated includes, without limitation:
  • a lower nozzle 14 of the sampler closing the lower chamber 13 a "lower nose” 15 (of the English “bottom nose”) closed, attached to the lower end, which is at the lower end of the sampler, and has a substantially conical shape, and
  • the first piston 4 Before sampling the fluid (FIGS. 1 and 2), the first piston 4 is pressed against the upper nozzle 2, the volume of the sampling chamber 3 between the first piston 4 and the intermediate coupling comprises a filling fluid, for example oil, and the volume of the lower chamber is evacuated or has air.
  • a substantially conical surface of the projecting piston 4 penetrates into a substantially conical hollow surface of the upper nozzle 2.
  • the fluid enters the sampling chamber 3 through the upper valve 1.
  • the sampled fluid then exerts a force on the first piston 4 which goes down, and the sampled fluid begins to fill the volume of the sampling chamber comprised between the upper nozzle 2 and the first piston 4.
  • the descent of the first piston 4 generates a displacement of the filling fluid from the sampling chamber 3 to the lower chamber 13 through the intermediate connection and the valve 10.
  • the first piston 4 is in abutment against the compensation piston 5 which is in the up position.
  • the sampling chamber 3 then comprises only the sampled fluid.
  • the entire filling fluid is then in the lower chamber.
  • the sample is prepared (FIG. 5) keeping only the sampling chamber, by dismounting the control means 20 and the lower chamber 13. And in order to allow the safe transport of the fluid under pressure, a gas cushion is formed within the sampling chamber 3 by descent of the compensation piston 5, allowing an increase in the volume of the sampling chamber.
  • This intermediate coupling 9 may be composed of two valves 7a and 7b, equipped with a needle 27, a drain valve 8, a compensation piston 5, an inner cylinder 6, a nozzle screw 26 and a valve 10, itself composed of a body, a spring 28, a ball 12 and a set screw 1 1.
  • a fluid preferably oil
  • oil is injected under the compensation piston 5 until it comes out, for example about 15 mm, which makes it possible to create a buffer ( of oil) on which abuts the first piston 4 when it is in abutment against the compensation piston 5.
  • This buffer once the sampler raised to the surface, is evacuated, which allows to transport the sample to the laboratory with less pressure than that of the sample, or even zero (all depends on the amount of dissolved gas recovered by the sampler).
  • the sampler can be prepared, as illustrated in FIGS. 1 and 2, before descending into a well, by implementing the following steps:
  • Step 1 the vacuum is made above the first piston 4, for example by connecting the inlet of the upper valve 1 to a vacuum pump; in doing so the first piston 4 is pressed to the upper nozzle 2.
  • Step 2 set the compensation piston 5 in the up position, performing the following steps:
  • valve 7a unscrew the valve 7a, which is replaced by a hose connected to the lower part of an oil container, and in the upper part of this container, a hose is connected to a pump capable of evacuating or pressure . o it begins by evacuating the intermediate connection 6, then opens the valve 7b, which sucks the oil through the filling hose and fills the volume under the compensation piston 5. Once this volume is filled, the valve 7a is closed and the vacuum pump is stopped.
  • Step 3 the volume of the sampling chamber 3 is filled with oil under the piston 4.
  • Step 4 the assembly of the intermediate fitting 9 is screwed into the sampling chamber 3.
  • Step 5 the lower chamber 13 is screwed onto the intermediate fitting 6.
  • Step 6 the lower nozzle 14 is screwed with its valve 16 on the lower part of the lower chamber 13.
  • Step 7 a vacuum is made in the lower chamber 13, for example via a vacuum pump connected to the lower valve 16.
  • Step 8 the lower nose 15 is fixed to the lower nozzle 14 of the sampler.
  • Step 9 set up and fix the entire control compartment 20 on the sampler via the connection 17 of the control compartment 20 with the sampling chamber 3.
  • the opening of the upper valve 1 is triggered via the electric motor 19.
  • the pressure exerted by the fluid to be taken on the upper part of the piston 4 causes its displacement; in doing so, the oil contained in the piston portion 4 is transferred from the sampling chamber 3 into the lower chamber 13, via a nozzle created in the nozzle screw 26 and contained in the valve 10 .
  • valve 10 equipped with its ball 12, slightly tared by the set screw 1 1 which bears on the spring 28, is twofold: firstly it prevents the transfer of the oil by gravity during the descent of the sampler; and secondly it opens to compensate for the expansion of the oil volume created by the raising of the temperature of the oil during the descent.
  • the upper valve 1 is then closed via the electric motor 19 and the sampler can be reassembled.
  • the sampler when the sampler is raised to the surface, it starts by disconnecting the cable head at the electronic compartment. Then, we dismount the electronic compartment of the control compartment. Then, the sampler assembly (sampling chamber and lower chamber) is disconnected from the control head assembly.
  • a verification of the volume taken can be carried out after this disassembly.
  • the check may consist in weighing the complete sampler before the descent and after the ascent, the difference in weight indicating whether the sampler is filled or not.
  • the pressure contained in the sampling chamber 3 of the sampler may represent a danger. To limit the risks associated with the transport of pressure equipment, it is possible to reduce this pressure substantially by creating a "gas cap".
  • the "gas cap” is achieved by adjusting the position of the compensation piston 5, bringing it into its lower position.
  • the pressure exerted in the oil chamber is equal, for example, to three times the pressure in the upper chamber of the sampler, in view of the ratio of the surfaces of the first piston 4 and the compensation piston 5.
  • the "gas cap” can be achieved by the difference in temperature.
  • the final pressure contained in the sampler is influenced by the final temperature. This temperature has an influence on both the oil and the liquid taken.
  • the volume of the lower chamber 13 being greater than that of the sampling chamber 3, there is no risk in the oil contained in the lower chamber 13.
  • a sample taken at high temperature by example 200 ° C
  • the final pressure of the fluid on the surface is therefore no longer the same as that of the bottom, which goes in the direction of safety.
  • Step 1 the lower chamber 13 of the intermediate fitting 9 is unscrewed to check whether the oil transfer has been complete or not (FIG. 4).
  • Step 2 the drain screw 8 of the intermediate fitting 9 is removed, and a purge hose connected to a draining vessel is screwed in its place.
  • Step 3 Unthread the valve 7b of the intermediate coupling 9, the first piston
  • Step 4 the valve 10 of the intermediate fitting 9 is unscrewed.
  • Step 5 a lower cover 29 is screwed onto the intermediate fitting 9 in place of the lower chamber 13, as well as a top protective cover 30 for the upper valve 1 (FIG. 7).
  • the sampler is then conditioned for its transport, in particular for sending to an analysis laboratory.
  • the sampler comprises several sampling chambers.
  • the sampler may have two or three sampling chambers.
  • several assemblies comprising an actuating system, an upper valve, a sampling chamber and a lower chamber are assembled one below the other.
  • the sampler according to the invention is particularly suitable for sampling fluids in deep wells, for example greater than 3000 m, under high pressure and high temperature conditions.
  • the sampler according to the invention can be designed to take a fluid at pressures up to 650 bar and above and at temperatures close to 200 ° C. and higher.
  • the sampler according to the invention can be used in the field of monitoring a C0 2 storage site of a geothermal site, an exploration site or exploitation of hydrocarbons, oil or gas conventional or unconventional, for example for a shale gas exploitation site.
  • the invention furthermore relates to the use of a sampling device for producing a sample of a fluid in an underground formation, in which the following steps are carried out:
  • the sampling device is lowered with the closed sampling chamber 3 into a well (or pipe, conduit, reservoir, etc.) of the subterranean formation, in particular by means of a cable attached to the sampling system; actuation of the sampler;
  • the sampling device is raised to the surface with the sampling chamber 3 closed, in particular by means of a cable;
  • the recovery of the sample chamber as a transport container avoids any extraction and reconditioning of the fluid taken, which could be a source of alteration of the fluid collected: leakage, pollution ...
  • the "gas cap” is achieved by adjusting the position of the compensation piston.
  • the “gas cap” can be achieved by keeping the compensation piston in the up position during the steps of descent, sampling and recovery, and down the compensation piston in the lower position during the recovery step.
  • the use of the device according to the invention may also include a step of analyzing the fluid taken.
  • the fluid taken is transported from the sampling site to the analysis laboratory in the sampling chamber. Prior to this analysis step, it is possible to condition the sample chamber substantially to the temperature and pressure conditions of the subterranean formation.
  • the sampling chamber of the sampler is used for sampling, as a transport container and PVT analysis cell (pressure, volume, temperature).

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de prélèvement d'un fluide comportant une chambre d'échantillonnage (3) comprenant un premier piston (4) entraîné par le fluide, et des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage (3). Ainsi, la chambre d'échantillonnage sert en tant que préleveur mais aussi en tant que conteneur du fluide prélevé et peut servir également en tant que cellule pour l'analyse du fluide.

Description

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D'UN FLUIDE SOUS PRESSION EQUIPE DE MOYENS POUR AUGMENTER LE VOLUME DE LA CHAMBRE D'ECHANTILLONNAGE
L'invention concerne le domaine technique de l'exploration et de l'exploitation de milieu souterrain, telle l'exploitation de réservoir de gaz (stockage/soutirage de gaz, exploitation de gaz ou d'hydrocarbures conventionnels ou non conventionnels) et la surveillance de ces opérations (contamination des opérations sur les aquifères). L'invention concerne notamment le domaine de la surveillance de site géologique comprenant des hydrocarbures huile ou gaz.
En particulier, l'invention concerne les dispositifs d'échantillonnage de fluides, et plus particulièrement un dispositif de prélèvement de fluides sous pression dans un puits, une canalisation, un tube, un conduit, un réservoir ou équivalent.
Des fluides présents en milieu souterrain ont besoin d'être prélevés via des puits pour déterminer leur composition, afin de caractériser les réservoirs géologiques atteints par ces puits et leur évolution dans le temps au cours du procédé industriel de stockage et/ou de production.
Pour mettre en œuvre ces méthodes, il est donc nécessaire de disposer d'un dispositif de prélèvement de fluides sous pression dans un puits foré à travers une formation géologique. Un tel dispositif est appelé échantillonneur ou préleveur.
On connaît des échantillonnées dits FTS (de l'anglais Flow Through Sampler), permettant d'obtenir des échantillons de fluide à partir d'un puits foré à travers une formation géologique. Un tel dispositif se compose d'une chambre à échantillon avec une soupape à ressort à chaque extrémité. Un mécanisme de verrouillage relie les vannes et les maintient ensemble ouvertes. Au-dessus de la chambre, il existe une horloge pour programmer l'heure de fermeture, et un mécanisme de déclenchement pour libérer les vannes. L'extrémité inférieure comporte des moyens pour permettre au fluide de pénétrer. Au sommet, il y a une prise de câble pour fixer un câble.
On connaît du brevet US594561 1 un dispositif de prélèvement de fluides sous pression dans une canalisation, un tuyau, un conduit ou analogue. Ce dispositif comprend une pluralité de pistons, un corps ayant un passage commun, dans lequel lesdits pistons sont montés coulissants, un orifice d'entrée latérale et un orifice de sortie latérale situé à l'intérieur de ladite voie de passage et communiquant avec le pipeline, lesdits orifices d'entrée et de sortie situés de telle sorte que le mouvement des pistons peut couvrir et découvrir lesdits orifices d'entrée et de sortie. On connaît du brevet US5896926 un dispositif de prélèvement de fluides d'aquifère souterrain in situ en condition statique sans perturber l'environnant mais comportant un "packer" pour isoler le système de prélèvement avec la zone située au-dessus de lui ainsi qu'un système de pompage in situ dans ledit préleveur pour "aspirer" le fluide dans la chambre d'échantillonnage.
On connaît également de la demande de brevet français FR 2999224 (WO 2014/087061 ) un dispositif de prélèvement comportant d'une part un piston contrôlé par un ressort baignant dans une chambre d'huile pour échantillonner le fluide, et d'autre part, un second piston pour expulser le fluide lors du transfert. Le dispositif est maintenu en position ouverte ou fermée par le ressort comprimé logé dans la chambre remplie d'huile. L'huile contenue dans la chambre du ressort permet d'amortir l'effet de décompression et de réaliser le prélèvement sans à-coup. Le dispositif permet la récupération du fluide échantillonné grâce à l'action mécanique d'un piston solide au travers d'une vanne manuelle. Ce dispositif présente également l'avantage de pouvoir être descendu en position ouverte dans le milieu souterrain, pour permettre un remplissage complet de la chambre d'échantillonnage.
Pour récupérer le fluide prélevé et pour transporter l'échantillon à analyser, ces dispositifs de prélèvement nécessitent de mettre en œuvre des moyens d'extraction du fluide de la chambre d'échantillonnage et de conditionner le fluide prélevé dans un conteneur dédié. Ces moyens sont complexes, peuvent altérer le fluide prélevé (fuite, pollution du fluide...) et nécessitent des manipulations.
L'invention concerne un dispositif de prélèvement d'un fluide comportant une chambre d'échantillonnage comprenant un premier piston entraîné par le fluide, et des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage, de manière à ajuster la pression dans la chambre d'échantillonnage. Ainsi, la chambre d'échantillonnage sert en tant que préleveur mais aussi en tant que conteneur du fluide prélevé et peut servir également en tant que cellule pour l'analyse du fluide. Le dispositif et l'utilisation selon l'invention
L'invention concerne un dispositif de prélèvement d'au moins un fluide sous pression comportant au moins une chambre d'échantillonnage comprenant un volume interne pour recevoir ledit fluide, ladite chambre d'échantillonnage comportant un premier piston apte à être déplacé par ledit fluide. Ladite chambre d'échantillonnage comporte des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage. Selon l'invention, ladite chambre d'échantillonnage est un conteneur de transport dudit fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens additionnels pour augmenter le volume de ladite chambre d'échantillonnage comportent un piston de compensation servant de butée pour ledit premier piston et des moyens pour régler la position dudit piston de compensation.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour régler la position dudit piston de compensation sont des moyens hydrauliques.
Selon un aspect de l'invention, ledit piston de compensation a une course représentant entre 0,1 et 20 % du volume de fluide prélevé.
Avantageusement, ledit dispositif de prélèvement comporte une chambre inférieure disposée sous ladite chambre d'échantillonnage, et comporte dans la partie inférieure de ladite chambre d'échantillonnage, un raccord pour fixer de manière amovible ladite chambre d'échantillonnage et ladite chambre inférieure, ledit raccord comportant des moyens pour le passage d'un fluide entre ladite chambre d'échantillonnage et ladite chambre inférieure.
De préférence, ledit piston de compensation coulisse essentiellement au sein du raccord autour d'un cylindre intérieur.
De plus, ledit dispositif de prélèvement peut comporter un système d'actionnement du prélèvement pour ouvrir ou fermer ladite chambre d'échantillonnage.
Selon une variante de réalisation de l'invention, ledit système d'actionnement comporte des moyens de motorisation ouvrant et fermant ladite chambre d'échantillonnage et des moyens de commande électroniques ou mécaniques desdits moyens de motorisation.
De manière avantageuse, lesdits moyens de commande électroniques comprennent une horloge et/ou des moyens de communication et/ou au moins un capteur de température et/ou au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur CCL et/ou au moins un capteur à rayon gamma.
Selon une caractéristique de l'invention, ladite chambre d'échantillonnage est fixée de manière amovible, en dessous dudit système d'actionnement.
Selon un aspect de l'invention, ladite chambre d'échantillonnage comporte une vanne supérieure pour autoriser ou interdire le passage dudit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage, ladite vanne supérieure étant disposée au-dessus du premier piston.
Avantageusement, ledit dispositif de prélèvement comporte entre une et cinq chambres d'échantillonnage, de préférence entre une et trois chambres d'échantillonnage. En outre, l'invention concerne l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour réaliser un échantillon d'un fluide dans une formation souterraine. Pour cette utilisation, on réalise les étapes suivantes : a) on descend ledit dispositif de prélèvement avec ladite chambre d'échantillonnage fermée dans ladite formation souterraine ;
b) on prélève ledit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement en ouvrant ladite chambre d'échantillonnage pendant un temps prédéterminé ;
c) on remonte ledit dispositif de prélèvement à la surface avec ladite chambre d'échantillonnage fermée ; et
d) on récupère ladite chambre d'échantillonnage fermée contenant ledit fluide en tant qu'échantillon dudit fluide.
Avantageusement, lors de l'étape de prélèvement on maintient ledit piston de compensation en position haute, et lors de l'étape de récupération de la chambre d'échantillonnage on descend ledit piston de compensation en position basse.
De préférence, on transporte ledit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage fermée.
Selon un aspect de l'invention, on réalise en outre une étape d'analyse dudit fluide contenu dans ladite chambre d'échantillonnage.
Selon une variante de réalisation de l'invention, on réalise en outre avant l'étape d'analyse, une étape de conditionnement de ladite chambre d'échantillonnage sensiblement aux conditions de température et de pression de ladite formation souterraine.
De manière avantageuse, on prélève ledit échantillon pour la surveillance d'un site de stockage de C02, d'un site d'exploration ou d'exploitation d'hydrocarbures conventionnels ou non conventionnels, ou d'un site de géothermie.
Présentation succincte des figures
D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 illustre le dispositif de prélèvement selon l'invention avant prélèvement du fluide.
La figure 2 illustre la chambre d'échantillonnage et la chambre inférieure du dispositif de prélèvement selon l'invention avant prélèvement du fluide.
La figure 3 illustre la chambre d'échantillonnage et la chambre inférieure du dispositif de prélèvement selon l'invention après prélèvement du fluide.
La figure 4 illustre la chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement selon l'invention après prélèvement du fluide.
La figure 5 illustre la chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement selon l'invention pour le transport du fluide. La figure 6 illustre le raccord intermédiaire du dispositif de prélèvement selon l'invention.
La figure 7 illustre la chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement selon l'invention équipée de couvercles pour le transport du fluide.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne un dispositif de prélèvement d'au moins un fluide sous pression, appelé également préleveur.
Le préleveur selon l'invention comporte au moins une chambre d'échantillonnage définissant un volume interne pour recevoir le fluide à prélever. Lors du prélèvement, la chambre d'échantillonnage se remplit par le fluide à prélever. Puis, lorsque le prélèvement est terminé, c'est-à-dire pendant la remontée du préleveur à la surface, ou encore pendant le transport du fluide, le fluide prélevé est contenu dans cette chambre d'échantillonnage. Le préleveur selon l'invention comprend en outre des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage, de manière à régler la pression dans la chambre d'échantillonnage. Les moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage permettent de diminuer la pression dans la chambre d'échantillonnage (cas d'un fluide compressible) ou de créer un coussin de gaz (de l'anglais « gas cap ») au- dessus du fluide (cas d'un fluide incompressible), notamment lorsque la chambre d'échantillonnage comporte le fluide à prélever. Ces moyens additionnels permettent de limiter les risques liés au transport d'un équipement sous pression ; ainsi il n'est plus nécessaire d'extraire le fluide prélevé pour son analyse, ce qui autorise d'utiliser la chambre d'échantillonnage comme conteneur de transport du fluide prélevé (bouteille de transport du fluide prélevé).
En outre, le préleveur peut comporter les moyens suivants, seuls ou en combinaison :
- un système d'actionnement du prélèvement, qui ouvre et ferme le préleveur, de manière à autoriser ou interdire l'introduction dans le préleveur du fluide à prélever depuis le milieu extérieur. Le système d'actionnement est situé de préférence au-dessus de la chambre d'échantillonnage.
- une chambre inférieure, de préférence située au-dessous de la chambre d'échantillonnage. La chambre inférieure communique avec la chambre d'échantillonnage de manière à permettre un transfert de fluide entre la chambre d'échantillonnage et la chambre inférieure. - des moyens d'attache d'un câble, le câble permettant de descendre et de remonter le préleveur dans un puits ou une canalisation, un tube, un conduit, un réservoir.... La chambre d'échantillonnage est formée par une enveloppe cylindrique, dans laquelle se déplace un premier piston. Le déplacement du premier piston est réalisé par le fluide prélevé : la pression du fluide prélevé fait descendre le premier piston. Le fluide prélevé est donc contenu dans l'enveloppe cylindrique entre la partie supérieure de la chambre d'échantillonnage et le premier piston.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens additionnels pour augmenter la volume de la chambre d'échantillonnage comprennent un piston de compensation et des moyens de réglage de la position du piston de compensation. En position basse du premier piston, c'est-à-dire à la fin du prélèvement et pendant le transport du préleveur, le premier piston est en butée contre un piston de compensation. Le piston de compensation est commandé par des moyens de réglage de manière à faire varier la pression au sein de la chambre d'échantillonnage. Les moyens de réglage de la position du piston de compensation positionnent le piston de compensation en position haute pendant le prélèvement et la remontée à la surface du préleveur. Les moyens de réglage de la position du piston de compensation positionnent le piston de compensation en position basse pour le transport de l'échantillon prélevé. Le premier piston étant en butée contre le piston de compensation, et au vu de la pression du fluide prélevé dans la chambre d'échantillonnage, la descente du piston de compensation entraîne la descente du premier piston.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lors de la préparation préalable à la descente, un fluide, par exemple de l'huile est injecté sous le piston de compensation jusqu'à le faire sortir, par exemple d'environ 15 mm, ce qui permet de créer un tampon (d'huile) sur lequel vient s'appuyer le premier piston lorsque celui-ci est en butée sur le piston de compensation. Ce tampon (d'huile), une fois l'outil remonté en surface, est évacué, ce qui permet de transporter l'échantillon au laboratoire avec une pression moindre que celle du prélèvement, voire nulle (tout dépendra de la quantité de gaz dissous récupérée par le préleveur). Ainsi, le volume interne contenant le fluide prélevé augmente, ce qui permet de diminuer la pression dans la chambre d'échantillonnage (cas d'un fluide compressible) ou de créer un coussin de gaz (de l'anglais « gas cap ») au-dessus du fluide (cas d'un fluide incompressible). De préférence, cette couche de gaz ou gas cap possède un volume faible par rapport au volume de la chambre d'échantillonnage. Pour cela, la course du piston de compensation peut représenter entre 0,1 % et 25 % du volume prélevé, voire davantage, de préférence entre 0,1 et 20 % du volume prélevé. Ce réglage de la pression permet de limiter les risques liés au transport d'un équipement sous pression ; ainsi il n'est plus nécessaire d'extraire le fluide prélevé pour son analyse, ce qui autorise d'utiliser la chambre d'échantillonnage comme conteneur de transport du fluide prélevé (conteneur de transport du fluide prélevé) et comme cellule PVT puisqu'il est possible de remettre l'échantillon aux conditions de fond.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la position du piston de compensation peut être réglée par des moyens hydrauliques ; le piston est déplacé par injection et soutirage d'huile. Selon un mode de réalisation de l'invention, un système d'actionnement du prélèvement permet l'ouverture et la fermeture du préleveur. Le système d'actionnement peut être compris dans une enveloppe cylindrique. De préférence, cette ouverture et cette fermeture sont réalisées par une vanne, dite vanne supérieure, située au-dessus du premier piston. La vanne supérieure est entraînée par le système d'actionnement, lorsque le préleveur est à la position, dans le puits, souhaitée pour le prélèvement. Le système d'actionnement comprend des moyens de motorisation, notamment au moins un moteur électrique apte à entraîner la vanne supérieure. Le système d'actionnement comprend en outre des moyens de commande des moyens de motorisation. Les moyens de commande contrôlent les moyens de motorisation lorsque le préleveur est à la position souhaitée. Les moyens de commande peuvent être des moyens de commande mécaniques actionnés depuis la surface par un utilisateur. Alternativement, les moyens de commande peuvent être électroniques. Les moyens de commande électroniques peuvent comprendre des moyens de communication en temps réel avec des moyens disposés en surface, de manière à informer l'utilisateur des conditions au sein du puits. Selon une première variante de réalisation, les moyens de commande électroniques peuvent comprendre une horloge automatique, qui va déclencher le contrôle des moyens de motorisation à un instant prédéterminé. Selon une deuxième variante de réalisation, les moyens de commande et les informations remontées en temps réel peuvent permettre au spécialiste de déclencher le prélèvement, une fois la position du préleveur dans le puits déterminée. Les moyens de commande peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs afin de déterminer la position du préleveur dans le puits. Les capteurs intégrés dans les moyens de commande peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs de température, un ou plusieurs capteurs de pression, un ou plusieurs capteurs CCL (de l'anglais « Casing Collar Locator », qui signifie détecteur de joint de tubage, ce type de capteur permettant de déterminer la position des joints de tubage dans un puits), un ou plusieurs capteurs à rayon gamma (en anglais « gamma ray »)... Alternativement, ces deux variantes de réalisation peuvent être associées, et un mécanisme d'horloge automatique peut être couplé à différents capteurs. Afin de résister à des conditions de hautes températures et de hautes pressions, les moyens de commande électroniques peuvent être intégrés dans un bouclier thermique de type vase Dewar qui est un récipient conçu pour fournir une très bonne isolation thermique. Ce tube peut se présenter sous la forme d'un récipient en verre ou en métal, en double-couche. Il peut être vu comme deux récipients à paroi mince imbriqués l'un dans l'autre. L'espace étroit entre ces deux récipients est presque entièrement dépourvu d'air, le quasi-vide empêche la conduction et la convection de chaleur. En outre, le capteur de pression peut être un capteur de type Quatzdyne ou équivalent, qui est un capteur de haute précision et pouvant supporter des températures allant jusqu'à 200 °C.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la chambre d'échantillonnage est fixée de manière amovible, par exemple par une liaison filetée, au système d'actionnement afin de pouvoir isoler la chambre d'échantillonnage, pour former un conteneur de transport.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la chambre inférieure est en communication avec la chambre d'échantillonnage. La chambre inférieure peut être comprise dans une enveloppe cylindrique. Le diamètre extérieur de la chambre inférieure peut être sensiblement identique au diamètre extérieur de la chambre d'échantillonnage, par exemple par une liaison filetée. Selon un mode de réalisation de l'invention, la chambre inférieure est en communication avec la chambre d'échantillonnage au moyen d'un raccord, dit raccord intermédiaire. Le raccord permet de fixer de manière amovible la chambre inférieure et la chambre d'échantillonnage. Ainsi, la chambre d'échantillonnage peut être isolée de la chambre inférieure pour former un conteneur de transport.
Le raccord comporte des moyens pour le passage d'un fluide de la chambre d'échantillonnage vers la chambre inférieure. Les moyens de passage interdisent le passage du fluide en sens inverse de la chambre inférieure vers la chambre d'échantillonnage. Les moyens pour le passage d'un fluide peuvent comporter un cylindre inférieur, une vis d'ajustage, et un système de clapet. Avantageusement, la chambre inférieure a un volume supérieur au volume de la chambre d'échantillonnage, de manière à permettre un transfert complet du fluide initialement contenu de la chambre d'échantillonnage vers la chambre inférieure. En outre, l'ensemble peut être constitué de manière à assurer une traversée lente du fluide de transfert, ce qui permet d'assurer un prélèvement sans changement des caractéristiques PVT (pression, volume, température) du fluide de la formation souterraine.
Le piston de compensation est mobile par rapport au raccord. De préférence, le piston de compensation est mobile essentiellement au sein du raccord, de manière à ce que, en position basse, le piston de compensation ne dépasse pas du raccord et à ce que, en position haute, le piston de compensation soit en saillie par rapport au raccord. La hauteur de la saillie correspond sensiblement à la course du piston de compensation. La figure 1 illustre le dispositif de prélèvement avant prélèvement du fluide selon un mode de réalisation non limitatif de l'invention. Le dispositif de prélèvement est sensiblement de forme cylindrique et comporte de haut en bas trois compartiments : le compartiment de commande 20 comprenant le système d'actionnement, la chambre d'échantillonnage 3 et la chambre inférieure 13.
Le compartiment de commande 20 illustré comporte de manière non limitative :
- un moteur électrique 19 pour déclencher ou arrêter le prélèvement,
- un axe de commande 18 transmettant le mouvement du moteur électrique 19, - un embout inférieur 21 du compartiment de commande 20 fermant la partie inférieure du compartiment de commande 20,
- un berceau du moteur 22 pour supporter le moteur électrique 19,
- un embout supérieur 23 du compartiment de commande fermant la partie supérieure du compartiment de commande 20,
- un passage 24 étanche, notamment pour des câbles électriques,
- un raccord 25 du compartiment de commande avec des moyens de commande (non représentés), par exemple des moyens de commande électroniques ou mécaniques, et
- un raccord 17 du compartiment de commande 20 avec la chambre d'échantillonnage 3, pour fixer de manière amovible le compartiment de commande 20 avec la chambre d'échantillonnage 3.
La chambre d'échantillonnage 3 illustrée comporte de manière non limitative :
- une vanne supérieure 1 pour ouvrir ou fermer la chambre d'échantillonnage, c'est-à-dire pour permettre ou non le remplissage de la chambre d'échantillonnage ; la vanne supérieure 1 est entraînée par le système d'actionnement, notamment par les moyens de motorisation 19 ; lorsque la vanne supérieure 1 est ouverte, le fluide pénètre latéralement par des ouvertures prévues (oblongues selon le mode de réalisation illustré) dans le corps du préleveur (au-dessus de la vanne supérieure 1 ), passe à travers la vanne supérieure 1 et pénètre dans la chambre d'échantillonnage 3,
- un embout supérieur 2 du préleveur fermant avec la vanne supérieure 1 la partie supérieure de la chambre d'échantillonnage 3,
- le premier piston 4, qui est en position haute avant le prélèvement du fluide, est plaqué à l'embout supérieur 2 en faisant le vide entre le premier piston 4 et l'embout supérieur 2, - un raccord intermédiaire 9, situé dans la partie inférieure de la chambre d'échantillonnage et qui permet de fixer de manière amovible la chambre d'échantillonnage 3 et la chambre inférieure 13,
- un piston de compensation 5, mobile par rapport au raccord intermédiaire, qui est en position haute avant le prélèvement du fluide, au moyen d'un fluide
(huile) situé entre le piston de compensation 5 et le raccord intermédiaire, et
- un clapet 10 fixé au raccord intermédiaire, et qui permet le passage du fluide de la chambre d'échantillonnage 3 à la chambre inférieure 13.
La chambre inférieure 13 illustrée comporte de manière non limitative :
- un embout inférieur 14 du préleveur fermant la chambre inférieure 13, un « nez inférieur » 15 (de l'anglais « bottom nose ») fermé, fixé à l'embout inférieur, qui est à l'extrémité inférieure du préleveur, et qui a une forme sensiblement conique, et
une vanne inférieure 16 permettant de vider la chambre inférieure 13.
Avant le prélèvement de fluide (figures 1 et 2), le premier piston 4 est plaqué contre l'embout supérieur 2, le volume de la chambre d'échantillonnage 3 compris entre le premier piston 4 et le raccord intermédiaire comprend un fluide de remplissage, par exemple de l'huile, et le volume de la chambre inférieure est mis sous vide ou comporte de l'air. En position plaquée du premier piston 4 dans l'embout supérieur 2, une surface sensiblement conique du piston 4 en saillie pénètre dans une surface creuse sensiblement conique de l'embout supérieur 2.
Pendant le prélèvement du fluide, le fluide pénètre dans la chambre d'échantillonnage 3 par la vanne supérieure 1 . Le fluide prélevé exerce alors une force sur le premier piston 4 qui descend, et le fluide prélevé commence à remplir le volume de la chambre d'échantillonnage compris entre l'embout supérieur 2 et le premier piston 4. La descente du premier piston 4 engendre un déplacement du fluide de remplissage de la chambre d'échantillonnage 3 vers la chambre inférieure 13 au travers du raccord intermédiaire et du clapet 10.
Une fois le prélèvement terminé et pendant la remontée du préleveur à la surface
(figures 3 et 4), le premier piston 4 est en butée contre le piston de compensation 5 qui est en position haute. La chambre d'échantillonnage 3 comporte alors uniquement le fluide prélevé. L'intégralité du fluide de remplissage est alors dans la chambre inférieure.
A la surface, l'échantillon est préparé (figure 5) en conservant uniquement la chambre d'échantillonnage, par démontage des moyens de commande 20 et de la chambre inférieure 13. Et afin de permettre le transport en sécurité du fluide sous pression, un coussin de gaz est formé au sein de la chambre d'échantillonnage 3 par descente du piston de compensation 5, permettant une augmentation du volume de la chambre d'échantillonnage.
Un exemple de réalisation du raccord intermédiaire 9 est illustré en détail à la figure 6. Ce raccord intermédiaire 9 peut être composé de deux vannes 7a et 7b, équipées d'un pointeau 27, une vanne de vidange 8, un piston de compensation 5, un cylindre intérieur 6, une vis d'ajutage 26 et d'un clapet 10, lui-même composé d'un corps, d'un ressort 28, d'une bille 12 et d'une vis de tarage 1 1 .
Lors de la préparation préalable à la descente, un fluide, de préférence de l'huile, est injecté sous le piston de compensation 5 jusqu'à le faire sortir, par exemple d'environ 15 mm, ce qui permet de créer un tampon (d'huile) sur lequel vient s'appuyer le premier piston 4 lorsque celui-ci est en butée contre le piston de compensation 5. Ce tampon (d'huile), une fois le préleveur remonté en surface, est évacué, ce qui permet de transporter l'échantillon au laboratoire avec une pression moindre que celle du prélèvement, voire nulle (tout dépend de la quantité de gaz dissous récupérée par le préleveur).
Selon un mode de réalisation de l'invention, le préleveur peut être préparé, tel qu'illustré aux figures 1 et 2, avant toute descente dans un puits, en mettant en œuvre les étapes suivantes :
- Etape 1 : on réalise le vide au-dessus du premier piston 4, par exemple en raccordant l'entrée de la vanne supérieure 1 à une pompe à vide ; ce faisant le premier piston 4 vient se plaquer à l'embout supérieur 2.
Etape 2 : on règle le piston de compensation 5 en position haute, en réalisant les étapes suivantes :
o on dévisse la vis de vidange 8 qui devient alors une vis de remplissage, et à la place de la vis de vidange on met en place un flexible qui plonge dans un réservoir d'huile,
o on dévisse la vanne 7a, qui est remplacée par un flexible relié à la partie basse d'un récipient d'huile, et en partie haute de ce récipient, un flexible est relié à une pompe capable de faire du vide ou de la pression. o on commence par faire le vide dans le raccord intermédiaire 6, puis on ouvre la vanne 7b, ce qui aspire l'huile par le flexible de remplissage et remplit le volume sous le piston de compensation 5. Une fois que ce volume est rempli, on ferme la vanne 7a et on arrête la pompe à vide. o on repousse alors le piston de compensation en injectant de l'huile sous pression, pour cela, la vanne 7b étant fermée, on peut alors débrancher le flexible d'huile et remettre à sa place la vis de vidange, on branche alors la pompe de pression sur le récipient d'huile, et on fait sortir le piston de compensation 5 de la distance souhaitée (par exemple 15 mm) ; on arrête alors l'injection de la pompe, on débranche le flexible d'huile et on remet en place la vanne 7a. L'air contenu sous le piston de compensation 5 est alors évacué et un tampon d'huile est créé sous le piston de compensation 5.
Etape 3 : on remplit en huile le volume de la chambre d'échantillonnage 3 sous le piston 4.
Etape 4 : on visse l'ensemble du raccord intermédiaire 9 dans la chambre d'échantillonnage 3.
Etape 5 : on visse la chambre inférieure 13 sur le raccord intermédiaire 6.
Etape 6 : on visse l'embout inférieur 14 avec sa vanne 16 sur la partie basse de la chambre inférieure 13.
Etape 7 : on effectue le vide dans la chambre inférieure 13, par exemple par l'intermédiaire d'une pompe à vide connectée sur la vanne inférieure 16.
Etape 8 : on fixe le nez inférieur 15 à l'embout inférieur 14 du préleveur.
Etape 9 : on met en place et on fixe l'ensemble du compartiment de commande 20 sur le préleveur par l'intermédiaire du raccord 17 du compartiment de commande 20 avec la chambre d'échantillonnage 3.
Selon un mode de réalisation de l'invention et tel qu'illustré à la figure 3 (sur cette figure le compartiment de commande n'est pas représenté), à la profondeur désirée, l'ouverture de la vanne supérieure 1 est déclenchée via le moteur électrique 19. La pression exercée par le fluide à prélever sur la partie supérieure du piston 4 provoque son déplacement ; ce faisant, l'huile contenue dans la partie sous piston 4 se transfère de la chambre d'échantillonnage 3 dans la chambre inférieure 13, par l'intermédiaire d'un ajutage crée dans la vis d'ajutage 26 et contenu dans le clapet 10.
Le rôle du clapet 10 équipé de sa bille 12, faiblement taré par la vis de tarage 1 1 qui appuie sur le ressort 28, est double : premièrement il empêche le transfert de l'huile par gravité lors de la descente du préleveur ; et deuxièmement il s'ouvre pour compenser la dilatation du volume d'huile créée par l'élévation de la température de l'huile lors de la descente.
Lorsque le piston 4 arrive au contact du piston de compensation 5, celui-ci comprime le petit volume d'huile injecté avant la descente et une fois l'équilibre des pressions établi, stoppe la progression du piston 4.
Après un temps prédéterminé, la vanne supérieure 1 est alors fermée via le moteur électrique 19 et le préleveur peut être remonté. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 4, 5 et 7, pour former le conteneur de transport de l'échantillon, lorsque le préleveur est remonté à la surface, on commence par déconnecter la tête de câble au niveau du compartiment électronique. Puis, on démonte le compartiment électronique du compartiment de commande. Ensuite, on déconnecte l'ensemble préleveur (chambre d'échantillonnage et chambre inférieure) de l'ensemble tête de commande.
Selon une variante de réalisation, une vérification du volume prélevé peut être réalisée après ce démontage. Par exemple, la vérification peut consister à peser le préleveur complet avant la descente et après la remontée, la différence de poids indiquant si le préleveur est rempli ou non.
La pression contenue dans la chambre d'échantillonnage 3 du préleveur peut représenter un danger. Pour limiter les risques liés au transport d'un équipement sous pression, il est possible de faire baisser cette pression de manière substantielle en créant un « gas cap » (coussin de gaz).
D'une part, le « gas cap » est réalisé par le réglage de la position du piston de compensation 5, en l'amenant dans sa position basse. Le piston de compensation 5 étant poussé par le premier piston 4, la pression qui s'exerce dans la chambre d'huile est égale, par exemple, à trois fois la pression dans la chambre supérieure du préleveur, au vu du rapport des surfaces du premier piston 4 et du piston de compensation 5.
D'autre part, le « gas cap » peut être réalisé par la différence de température. En effet, la pression finale contenue dans le préleveur est influencée par la température finale. Cette température a une influence à la fois sur l'huile et sur le liquide prélevé. Le volume de la chambre inférieure 13 étant supérieur à celui de la chambre d'échantillonnage 3, il n'y a aucun risque au niveau de l'huile contenu dans la chambre inférieure 13. De plus, un échantillon prélevé à haute température (par exemple 200°C) n'est plus à cette température une fois le préleveur remonté en surface ; la pression finale du fluide à la surface n'est donc plus la même que celle du fond, ce qui va dans le sens de la sécurité.
Selon un exemple de réalisation, pour diminuer la pression à l'intérieur du préleveur, on peut mettre en œuvre les étapes suivantes :
- Etape 1 : on dévisse la chambre inférieure 13 du raccord intermédiaire 9 pour vérifier si le transfert en huile a été complet ou non (figure 4).
- Etape 2 : on démonte la vis de vidange 8 du raccord intermédiaire 9, et on visse à sa place un flexible de purge relié à un récipient de vidange.
- Etape 3 : on dévisse la vanne 7b du raccord intermédiaire 9, le premier piston
4 est alors libre de repousser le piston de compensation 5, ce qui permet de vidanger le volume d'huile installé avant la descente entre le piston de compensation 5 et le raccord intermédiaire 9 (figure 5).
- Etape 4 : on dévisse le clapet 10 du raccord intermédiaire 9.
- Etape 5 : on visse un capot inférieur 29 sur le raccord intermédiaire 9 en lieu et place de la chambre inférieure 13, ainsi qu'un capot supérieur 30 protecteur pour la vanne supérieure 1 (figure 7). Le préleveur est alors conditionné pour son transport, notamment pour l'envoi à un laboratoire d'analyse.
Selon une variante de réalisation, le préleveur comporte plusieurs chambres d'échantillonnage. Par exemple, le préleveur peut comporter deux ou trois chambres d'échantillonnage. Selon un mode de réalisation de l'invention, plusieurs ensembles comprenant un système d'actionnement, une vanne supérieure, une chambre d'échantillonnage et une chambre inférieure sont assemblés les uns en-dessous des autres. Un tel préleveur permet de réaliser plusieurs prélèvements consécutifs à des profondeurs différentes, sans avoir à remonter le préleveur entre les prélèvements.
Le préleveur selon l'invention est particulièrement adapté pour prélever des fluides dans des puits profonds, par exemple supérieur à 3000 m, dans des conditions hautes pressions et hautes températures. Le préleveur selon l'invention peut être prévu pour prélever un fluide dans des pressions jusqu'à 650 bars et plus et à des températures proches de 200 °C et plus.
Le préleveur selon l'invention peut être utilisé dans le domaine de la surveillance d'un site de stockage de C02, d'un site de géothermie, d'un site d'exploration ou d'exploitation d'hydrocarbures, huiles ou gaz, conventionnels ou non conventionnels, par exemple pour un site d'exploitation des gaz de schiste.
L'invention concerne en outre l'utilisation d'un dispositif de prélèvement pour réaliser un échantillon d'un fluide dans une formation souterraine, dans lequel on réalise les étapes suivantes :
a) on descend le dispositif de prélèvement avec la chambre d'échantillonnage fermée 3 dans un puits (ou une canalisation, un conduit, un réservoir...) de la formation souterraine, notamment au moyen d'un câble fixé sur le système d'actionnement du préleveur ;
b) lorsque le préleveur est à la position prédéterminée (détectée par des moyens mécaniques ou électroniques), on prélève le fluide dans la chambre d'échantillonnage 3 du dispositif de prélèvement en ouvrant la chambre d'échantillonnage 3, par exemple au moyen du système d'actionnement qui déclenche l'ouverture de la vanne supérieure 1 ;
c) on remonte le dispositif de prélèvement à la surface avec la chambre d'échantillonnage 3 fermée, notamment au moyen d'un câble ; et
d) on récupère la chambre d'échantillonnage 3 contenant le fluide en tant qu'échantillon du fluide (en tant que bouteille de transport), par exemple, selon un mode de réalisation de l'invention, en séparant la chambre d'échantillonnage 3 du système d'entraînement et de la chambre inférieure 13 et en générant un « gas cap » dans la chambre d'échantillonnage.
La récupération de la chambre d'échantillonnage en tant que conteneur de transport permet d'éviter toute extraction et reconditionnement du fluide prélevé, ce qui pourrait être source d'altération du fluide prélevé : fuite, pollution...
Le « gas cap » est réalisé par le réglage de la position du piston de compensation. Par exemple, le « gas cap » peut être réalisé en maintenant le piston de compensation en position haute lors des étapes de descente, prélèvement et remontée, et en descendant le piston de compensation en position basse lors de l'étape de récupération.
L'utilisation du dispositif selon l'invention peut comprendre également une étape d'analyse du fluide prélevé. Le fluide prélevé est transporté du lieu de prélèvement au laboratoire d'analyse dans la chambre d'échantillonnage. Préalablement à cette étape d'analyse, il est possible de conditionner la chambre d'échantillonnage sensiblement aux conditions de température et de pression de la formation souterraine. Ainsi, la chambre d'échantillonnage du préleveur sert pour le prélèvement, en tant que conteneur de transport et de cellule d'analyse PVT (pression, volume, température).
Dans la description et sur les figures, les signes de référence suivants ont été utilisés :
1 Vanne supérieure
2 Embout supérieur du préleveur
3 Chambre d'échantillonnage
4 Premier piston
5 Piston de compensation
6 Cylindre intérieur
7a, 7b Vannes
8 Vanne de vidange
9 Raccord intermédiaire
10 Clapet
1 1 Vis de tarage du clapet
12 Bille du clapet Chambre inférieure
Embout inférieur du préleveur
Nez inférieur (« bottom nose »)
Vanne inférieure
Raccord préleveur/compartiment de commande
Axe de commande
Moteur électrique
Compartiment de commande
Embout inférieur du compartiment de commande
Berceau du moteur
Embout supérieur du compartiment de commande
Passage étanche
Raccord du compartiment de commande/moyens de commande électroniques
Vis d'ajutage
Pointeau vanne
Ressort du clapet
Capot supérieur de transport
Capot inférieur de transport

Claims

Revendications
1 ) Dispositif de prélèvement d'au moins un fluide sous pression comportant au moins une chambre d'échantillonnage (3) comprenant un volume interne pour recevoir ledit fluide, ladite chambre d'échantillonnage comportant un premier piston (4) apte à être déplacé par ledit fluide, caractérisé en ce que ladite chambre d'échantillonnage (3) comporte des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage (3).
2) Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel ladite chambre d'échantillonnage (3) est un conteneur de transport dudit fluide.
3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens additionnels pour augmenter le volume de ladite chambre d'échantillonnage (3) comportent un piston de compensation (5) servant de butée pour ledit premier piston (4) et des moyens pour régler la position dudit piston de compensation (5).
4) Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les moyens pour régler la position dudit piston de compensation (5) sont des moyens hydrauliques.
5) Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel ledit piston de compensation (5) a une course représentant entre 0,1 et 20 % du volume de fluide prélevé.
6) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de prélèvement comporte une chambre inférieure (13) disposée sous ladite chambre d'échantillonnage (3), et comporte dans la partie inférieure de ladite chambre d'échantillonnage (3), un raccord (9) pour fixer de manière amovible ladite chambre d'échantillonnage (3) et ladite chambre inférieure (13), ledit raccord (9) comportant des moyens pour le passage d'un fluide entre ladite chambre d'échantillonnage (3) et ladite chambre inférieure (13). 7) Dispositif selon les revendications 3 et 6, dans lequel ledit piston de compensation (5) coulisse essentiellement au sein du raccord (9) autour d'un cylindre intérieur (6).
8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de prélèvement comporte un système d'actionnement du prélèvement pour ouvrir ou fermer ladite chambre d'échantillonnage (3). 9) Dispositif selon la revendication 8, dans lequel ledit système d'actionnement comporte des moyens de motorisation (19) ouvrant et fermant ladite chambre d'échantillonnage (3) et des moyens de commande électroniques ou mécaniques desdits moyens de motorisation (19).
10) Dispositif selon la revendication 9, dans lequel lesdits moyens de commande électroniques comprennent une horloge et/ou des moyens de communication et/ou au moins un capteur de température et/ou au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur CCL et/ou au moins un capteur à rayon gamma.
1 1 ) Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel ladite chambre d'échantillonnage (3) est fixée de manière amovible, en dessous dudit système d'actionnement. 12) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite chambre d'échantillonnage (3) comporte une vanne supérieure (1 ) pour autoriser ou interdire le passage dudit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage (1 ), ladite vanne supérieure (1 ) étant disposée au-dessus du premier piston (4). 13) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de prélèvement comporte entre une et cinq chambres d'échantillonnage, de préférence entre une et trois chambres d'échantillonnage (3).
14) Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes pour réaliser un échantillon d'un fluide dans une formation souterraine, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes :
a) on descend ledit dispositif de prélèvement avec ladite chambre d'échantillonnage fermée (3) dans ladite formation souterraine ;
b) on prélève ledit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage (3) du dispositif de prélèvement en ouvrant ladite chambre d'échantillonnage (3) pendant un temps prédéterminé ;
c) on remonte ledit dispositif de prélèvement à la surface avec ladite chambre d'échantillonnage (3) fermée ; et
d) on récupère ladite chambre d'échantillonnage (3) fermée contenant ledit fluide en tant qu'échantillon dudit fluide. 15) Utilisation selon la revendication 14 d'un dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, dans laquelle lors de l'étape de prélèvement on maintient ledit piston de compensation (5) en position haute, et lors de l'étape de récupération de la chambre d'échantillonnage on descend ledit piston de compensation (5) en position basse.
16) Utilisation selon l'une des revendications 14 ou 15, dans laquelle on transporte ledit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage (3) fermée.
17) Utilisation selon l'une des revendications 14 à 16, dans laquelle on réalise en outre une étape d'analyse dudit fluide contenu dans ladite chambre d'échantillonnage (3).
18) Utilisation selon la revendication 17, dans laquelle on réalise en outre avant l'étape d'analyse, une étape de conditionnement de ladite chambre d'échantillonnage (3) sensiblement aux conditions de température et de pression de ladite formation souterraine.
19) Utilisation selon l'une des revendications 14 à 18, dans laquelle on prélève ledit échantillon pour la surveillance d'un site de stockage de C02, d'un site d'exploration ou d'exploitation d'hydrocarbures conventionnels ou non conventionnels, ou d'un site de géothermie.
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