FR2682715A1 - Gas inrush detector - Google Patents

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Abstract

Detector for inrush of gas into a drilling well (10), comprising a sensor (28) intended to detect the presence of gas in the drilling mud. According to the invention, the sensor (28) is mounted in the well (10) at a point in a casing (22) arranged in the well (10), the sensor (28) being connected to the surface by a cable (30).

Description

La présente invention se rapporte à un détecteur de venue de gaz dans un puits de forage pétrolier et, plus particulièrement à un tel détecteur qui est destiné à être installé en profondeur dans le puits. The present invention relates to a gas coming detector in an oil well and more particularly to such a detector which is intended to be installed deep in the well.

Lors d'un forage pétrolier, l'coutil traverse de nombreuses couches de roches dont certaines contiennent des hydrocarbures gazeux sous-pression. La pression des gaz étant en général supérieure à celle de la boue de forage qui remplit le puits de forage, le gaz pénètre dans la boue et remonte le puits vers la surface. En remontant, les bulles de gaz sous pression se détendent et leur vitesse de remontée augmente, ce qui risque de provoquer des dommages importants, voire même une explosion, à la surface. Divers types de détecteur ont été proposés pour avertir le personnel travaillant en surface afin que celui-ci puisse prendre des mesures de sécurité telles que la fermeture de vannes de sécurité ou l'augmentation de la densité de la boue de forage. During oil drilling, the tool crosses many layers of rock, some of which contain pressurized gaseous hydrocarbons. The gas pressure is generally higher than that of the drilling mud which fills the wellbore, the gas penetrates into the mud and rises the well towards the surface. When rising, the pressurized gas bubbles expand and their rising speed increases, which may cause significant damage, or even an explosion, to the surface. Various types of detector have been proposed to warn the personnel working on the surface so that they can take safety measures such as closing safety valves or increasing the density of drilling mud.

Le document US-A-3.827.295 décrit un appareil de mesure de la pression hydrostatique de la boue de forage à la sortie du puits en surface. Le document US-A-4.273.212 concerne un détecteur dans lequel les ondes acoustiques, envoyées de la surface dans la boue et réfléchies au fond du puits, sont analysées afin de discerner l'arrivée de bulles de gaz dans la boue de forage. Document US-A-3 827 295 describes an apparatus for measuring the hydrostatic pressure of drilling mud at the outlet of the surface well. Document US-A-4,273,212 relates to a detector in which the acoustic waves, sent from the surface into the mud and reflected at the bottom of the well, are analyzed in order to discern the arrival of gas bubbles in the drilling mud.

Ces deux appareils présentent des inconvénients en ce qu'ils ne sont pas totalement fiables et ne permettent pas de signaler une venue de gaz suffisamment tôt pour assurer la prise des mesures de sécurité nécessaires. These two devices have drawbacks in that they are not completely reliable and do not make it possible to signal an arrival of gas sufficiently early to ensure that the necessary safety measures are taken.

La présente invention a donc pour but un détecteur de venue de gaz fiable et qui permet de signaler à temps toute la venue de gaz. The object of the present invention is therefore to provide a reliable gas inlet detector which makes it possible to signal in time all the gas inlet.

Pour ce faire, l'invention propose un détecteur de venue de gaz dans un puits de forage comprenant un capteur destiné à discerner la présence de gaz dans la boue de forage caractérisé en ce que le capteur est monté en un point d'un cuvelage disposé dans le puits, le capteur étant relié à la surface par un câble.  To do this, the invention proposes a detector of gas coming into a wellbore comprising a sensor intended to discern the presence of gas in the drilling mud, characterized in that the sensor is mounted at a point of a casing disposed in the well, the sensor being connected to the surface by a cable.

Le fait d'être disposé en profondeur dans le puits permet à l'appareil de détecter les venues de gaz peu de temps après leur entrée dans le puits, et l'utilisation d'un câble électrique assure une transmission instantanée, en surface, du signal fourni par le détecteur. Being placed deep in the well allows the device to detect gas coming soon after entering the well, and the use of an electric cable ensures instantaneous transmission, on the surface, of the signal from the detector.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'une section d'un puits de forage pétrolier dans lequel est installé un détecteur de venues de gaz selon l'invention ; et - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un sabot de cimentation muni du détecteur de l'invention. Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description made with reference to the appended drawings in which - FIG. 1 is a schematic view of a section of an oil drilling well in which a coming detector is installed gas according to the invention; and - Figure 2 is a longitudinal sectional view of a cementing shoe provided with the detector of the invention.

Sur la figure 1 est représentée une section de puits pétrolier en cours de forage, la garniture de forage n'étant pas représentée. Le puits 10 présente une section longitudinale étagée et comprend trois sections 12, 14 et 16 de diamètre différent. La première section 12, de plus grand diamètre est munie d'un cuvelage 18 de diamètre inférieur à celui de la section 12. L'espace annulaire entre le cuvelage 18 et la paroi du puits est rempli de ciment 20 à la suite d'une opération de cimentation bien connue en soi. De façon analogue, la deuxième section 14 du puits 10 est munie d'un deuxième cuvelage 22, l'espace annulaire 24 entre le cuvelage 22, la paroi du puits et l'intérieur du cuvelage 18 étant également remplie de ciment 24. Il est à noter que, de manière classique, le diamètre de la section 14 est similaire à celui du cuvelage 18.La dernière section 16 s'étend au fond du puits 10. In Figure 1 is shown a section of oil well during drilling, the drill string is not shown. The well 10 has a stepped longitudinal section and comprises three sections 12, 14 and 16 of different diameter. The first section 12, of larger diameter is provided with a casing 18 of diameter smaller than that of the section 12. The annular space between the casing 18 and the wall of the well is filled with cement 20 following a cementing operation well known per se. Similarly, the second section 14 of the well 10 is provided with a second casing 22, the annular space 24 between the casing 22, the wall of the well and the interior of the casing 18 also being filled with cement 24. It is it should be noted that, in a conventional manner, the diameter of the section 14 is similar to that of the casing 18. The last section 16 extends to the bottom of the well 10.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le cuvelage 22 comporte un sabot 26 de cimentation dans lequel est monté un détecteur 28 qui est relié à la surface par un câble électrique 30. According to one embodiment of the invention, the casing 22 includes a cementing shoe 26 in which is mounted a detector 28 which is connected to the surface by an electric cable 30.

Sur la figure 2 est représenté plus en détail le sabot 26 de cimentation pourvu du détecteur 28. Le sabot 26, comportant une partie 31 sensiblement tubulaire, est monté sur l'extérieur du cuvelage 22 par un filetage 32. Un anneau de ciment 34, disposé à l'intérieur du sabot 26, comporte un passage axial 36 qui communique avec l'intérieur du cuvelage 22. Comme représenté sur la figure 2, l'anneau de ciment 34 fait saillie au-delà de l'extrémité de la partie 31, qui est formée avec des rainures radiales 38 et 40 qui assurent une bonne adhérence de l'anneau de ciment 34. FIG. 2 shows in more detail the shoe 26 for cementing provided with the detector 28. The shoe 26, comprising a substantially tubular part 31, is mounted on the outside of the casing 22 by a thread 32. A ring of cement 34, disposed inside the shoe 26, has an axial passage 36 which communicates with the interior of the casing 22. As shown in FIG. 2, the cement ring 34 protrudes beyond the end of the part 31 , which is formed with radial grooves 38 and 40 which ensure good adhesion of the cement ring 34.

Le détecteur 28 est monté dans une ouverture 42 formée au fond de la rainure supérieure 38. Dans un mode de réalisation préféré, le détecteur 28 comprend un capteur de pression relié à la surface par le câble électrique 30. Le capteur 28 est disposé au fond de la rainure 38 afin d'assurer sa protection lors du passage de l'outil de forage à l'intérieur du sabot 26 quand le forage reprend après l'installation du cuvelage 22. Il est essentiel que, lors du passage de l'outil de forage, le capteur 28 soit mis en communication libre avec la boue de forage circulant à l'intérieur du sabot 26. A cette fin, il faut que la zone de l'anneau de ciment 34 entourant le capteur 28 soit entière arrachée. Pour ce faire, l'anneau de ciment 34 est formé avec une cavité 44 ayant une section légèrement supérieure à celle présentée par le capteur 28.Lors de la fabrication du sabot 26, la cavité 44 peut être remplie par un bouchon en un matériau soluble dans la boue de forage, par exemple un sel, le ciment formant l'anneau 34 étant coulé autour du bouchon. The detector 28 is mounted in an opening 42 formed at the bottom of the upper groove 38. In a preferred embodiment, the detector 28 comprises a pressure sensor connected to the surface by the electric cable 30. The sensor 28 is disposed at the bottom of the groove 38 in order to ensure its protection during the passage of the drilling tool inside the shoe 26 when drilling resumes after the installation of the casing 22. It is essential that, during the passage of the tool drilling, the sensor 28 is placed in free communication with the drilling mud flowing inside the shoe 26. To this end, the area of the cement ring 34 surrounding the sensor 28 must be completely torn off. To do this, the cement ring 34 is formed with a cavity 44 having a section slightly larger than that presented by the sensor 28. When manufacturing the shoe 26, the cavity 44 can be filled with a plug made of a soluble material. in drilling mud, for example a salt, the cement forming the ring 34 being poured around the plug.

Ainsi, lors du passage de l'outil de forage, la boue de forage vient en contact avec le bouchon et le dissout, ce qui dégage la cavité 44 et met le capteur 28 en contact avec la boue. Selon un autre aspect de l'invention, on peut former l'anneau de ciment 34 en disposant devant le capteur 28 un élément 46 formé d'un matériau ayant une densité différente de celle du ciment afin que, lors du passage de l'coutil de forage, l'élément 46 soit arraché d'une seule pièce, assurant ainsi une mise en communication libre du capteur 28 avec la boue de forage. Dans l'exemple illustré, l'élément 46 a une forme tronconique.Thus, during the passage of the drilling tool, the drilling mud comes into contact with the plug and dissolves it, which releases the cavity 44 and puts the sensor 28 in contact with the mud. According to another aspect of the invention, the cement ring 34 can be formed by placing in front of the sensor 28 an element 46 formed of a material having a density different from that of the cement so that, during the passage of the tool drilling, the element 46 is torn in one piece, thus ensuring a free communication of the sensor 28 with the drilling mud. In the example illustrated, the element 46 has a frustoconical shape.

Lors de la descente du cuvelage 22 muni du sabot 26 dans le puits de forage, le câble électrique 30 est déroulé à l'extérieur du cuvelage 22, le long de celui-ci. De manière classique, le cuvelage 22 est muni de divers centreurs et racleurs sur sa longueur qui sont montés autour du câble 30. During the descent of the casing 22 provided with the shoe 26 in the wellbore, the electric cable 30 is unwound outside the casing 22, along the latter. Conventionally, the casing 22 is provided with various centralizers and scrapers along its length which are mounted around the cable 30.

De plus, afin de protéger le câble 30 lors de la descente de l'ensemble dans le puits, des anneaux en matériau élastomère sont montés sur le cuvelage 22 autour du câble 26 à des intervalles le long du cuvelage.In addition, in order to protect the cable 30 during the descent of the assembly into the well, rings of elastomeric material are mounted on the casing 22 around the cable 26 at intervals along the casing.

En surface, le câble 26 passe à travers le dispositif de suspension du cuvelage et son extrémité est branchée sur une prise de sécurité disposée de façon étanche dans la tête de puits. Une deuxième prise à l'extérieur de la tête de puits permet de relier le capteur 28 à une alarme disposée sur le plancher de forage. On the surface, the cable 26 passes through the casing suspension device and its end is connected to a safety socket arranged in a sealed manner in the well head. A second outlet outside the wellhead makes it possible to connect the sensor 28 to an alarm arranged on the drilling floor.

Selon un deuxième mode de réalisation, le capteur 28 est monté dans un des tubes qui forment le cuvelage 18 en un point situé au-dessus de l'anneau de retenue des bouchons de cimentation (non représenté). Le capteur, dans cette position, a l'avantage de se trouver, après l'opération de cimentation, au-dessus du niveau du ciment restant à l'intérieur du cuvelage. Le capteur reste, donc, dégagé du ciment et en communication directe avec l'intérieur du cuvelage. Même si une telle localisation est légèrement éloignée du sabot de cimentation 26, elle se trouve néanmoins suffisamment en profondeur pour pouvoir signaler en temps utile une venue de gaz à l'intérieur du cuvelage. According to a second embodiment, the sensor 28 is mounted in one of the tubes which form the casing 18 at a point situated above the retaining ring for the cementing plugs (not shown). The sensor, in this position, has the advantage of being, after the cementing operation, above the level of the cement remaining inside the casing. The sensor therefore remains clear of the cement and in direct communication with the interior of the casing. Even if such a location is slightly distant from the cementation shoe 26, it is nevertheless sufficiently deep to be able to signal in good time an arrival of gas inside the casing.

D'autres capteurs peuvent être montés dans le cuvelage ou dans le sabot de cimentation 26, soit en remplacement du capteur de pression, soit en combinaison avec celui-ci. Par exemple, on peut faire appel à des capteurs de température ou de densité. L'utilisation d'un capteur de densité présente un intérêt dans le cas où les bulles de gaz sont à la même pression que la boue de forage et ne sont, donc, pas détectées par le capteur de pression. De telles bulles seraient néanmoins détectées par un capteur de densité. Other sensors can be mounted in the casing or in the cementing shoe 26, either as a replacement for the pressure sensor, or in combination with it. For example, temperature or density sensors can be used. The use of a density sensor is of interest in the case where the gas bubbles are at the same pressure as the drilling mud and are therefore not detected by the pressure sensor. Such bubbles would nevertheless be detected by a density sensor.

De préférence, les capteurs utilisés sont de type passif, démunis d'émetteur de signal afin de réduire la place nécessaire à leur installation dans le sabot. Ce type de capteur est interrogé, à partir de la surface, par l'intermédiaire du câble électrique 30.  Preferably, the sensors used are of the passive type, lacking a signal transmitter in order to reduce the space required for their installation in the shoe. This type of sensor is interrogated from the surface via the electric cable 30.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1 - Détecteur de venue de gaz dans un puits de forage (10)1 - Gas coming detector in a wellbore (10) comprenant un capteur (28) destiné à discerner la comprising a sensor (28) intended to discern the présence de gaz dans la boue de forage caractérisé en ce presence of gas in the drilling mud characterized in que le capteur (28) est monté dans le puits (10) en un that the sensor (28) is mounted in the well (10) in one point d'un cuvelage (22) disposé dans le puits (10), le point of a casing (22) disposed in the well (10), the capteur (28) étant relié à la surface par un câble (30). sensor (28) being connected to the surface by a cable (30). 2 - Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que2 - Detector according to claim 1 characterized in that le capteur (28) est monté sur un sabot de cimentation the sensor (28) is mounted on a cement shoe (26) disposé à l'extrémité inférieure du cuvelage (22). (26) disposed at the lower end of the casing (22). 3 - Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que3 - Detector according to claim 1 characterized in that le capteur (28) est monté dans le cuvelage (18) en un the sensor (28) is mounted in the casing (18) in one point situé au-dessus de l'anneau de retenue des point located above the retaining ring bouchons de cimentation. cementing plugs. 4 - Sabot de cimentation muni d'un détecteur de venue de gaz4 - Cement shoe fitted with a gas inlet detector selon la revendication 1, le sabot (26) étant pourvu according to claim 1, the shoe (26) being provided d'une ouverture (42) dans laquelle est monté le capteur an opening (42) in which the sensor is mounted (28), l'ouverture étant obturée par un anneau de ciment (28), the opening being closed by a ring of cement (34) monté dans le sabot (26). (34) mounted in the shoe (26). 5 - Sabot de cimentation selon la revendication 4 caractérisé5 - cementing shoe according to claim 4 characterized en ce qu'unie cavité (44) est formée entre le capteur in that a single cavity (44) is formed between the sensor (28) et l'anneau de ciment (34). (28) and the cement ring (34). 6 - Ensemble de complétion comprenant un cuvelage (22),6 - Completion assembly comprising a casing (22), destiné à être inséré dans un puits de forage et muni intended to be inserted into a wellbore and provided d'un capteur (28), et un câble (30) destiné à relier le a sensor (28), and a cable (30) intended to connect the capteur (28) à l'extrémité supérieure du puits.  sensor (28) at the upper end of the well.
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