FR2688896A1 - Systeme perfectionne de surveillance active et/ou passive d'un gisement souterrain installe a poste fixe. - Google Patents

Abstract

La surveillance d'un gisement d'effluents souterrain (2) et son exploration sont conduites en installant différents appareils ou modules utilisateurs: des ensembles de réception (Ri, Rj, Rk) tels que des géophones ou hydrophones, des capteurs d'état (C1, C2), des outils nécessitant une alimentation électrique etc, à des emplacements différents le long d'un ou de plusieurs puits (1) forés jusque dans une formation, derrière des tubes (casings) servant à cuveler ces puits ou bien encore dans l'espace annulaire entre ces tubes et des tubings de production, et en reliant ces appareils à une station de surface (4), par un ensemble de transmission multi-voies particulier simple et fiable (lignes conductrices et/ou fibres optiques). La station de surface est capable d'adapter ses commandes en fonction de l'appareil à commander en retour, de recevoir tous les signaux qu'ils transmettent, qu'ils soient analogiques ou bien numérisés et codés, et de s'adapter à plusieurs modes d'allocation de voies de transmission. Avec un tel système, on peut conduire des opérations de surveillance de longue durée à grande échelle dans des conditions économiques satisfaisantes. - Application à la surveillance d'un gisement pétrolifère par exemple.

Description

L'invention a pour objet un perfectionnement à un système de surveillance active ou passive d'un gisement souterrain traversé par un ou plusieurs puits au moyen d'appareils installés à poste fixe principalement dans un ou plusieurs puits traversant ce gisement.

Dans la demande de brevet FR 92/00631 dont la partie descriptive va être intégrée in extenso au texte de la présente demande pour faciliter la compréhension, est décrit un tel système de surveillance d'un gisement souterrain traversé par un ou plusieurs puits au moyen d'un dispositif d'intervention disposé à poste fixe dans un ou plusieurs de ces puits.Ce système de surveillance est caractérisé en ce qu'il comporte un câble de liaison multi-conducteurs incluant des conducteurs d'alimentation électrique et des conducteurs de transmission de signaux, une station de surface pouvant être connectée audit câble, au moins un ensemble d'intervention disposé à poste fixe dans un puits comprenant un module électronique de veille relié en permanence au câble et des moyens de décodage de signaux d'adresse, un module utilisateur et des moyens de commutation commandés par les moyens de décodage, pour relier par intermittence le module utilisateur audit câble. La station de surface comprend des moyens d'alimentation électrique du module de veille de chaque ensemble d'intervention dans le puits et des moyens d'enregistrement de signaux.

Elle peut comprendre aussi un processeur de commande, des moyens d'application d'énergie électrique sur des conducteurs d'alimentation électrique du câble et de signaux d'adresse pour activer un module utiliseur et lui allouer des conducteurs de transmission de signaux, et au moins une unité spécialisée pour communiquer par lesdits conducteurs de transmission avec le module utilisateur activé.

Les modules utilisateurs peuvent comporter par exemple des moyens de réception de signaux et une unité d'adaptation et de transmission de données, laquelle est pourvue par exemple des moyens de synchronisation pour engendrer un signal local d'horloge et piloter une numérisation de données produites par les moyens de réception associés ainsi que leur transmission sur les deuxièmes conducteurs de transmission de signaux, et la station de surface comporte une unité spécialisée comprenant des moyens automatiques de synchronisation pour restituer un signal d'horloge dont la phase est adaptée à celle du signal local d'horloge.

Les moyens de réception peuvent comporter par exemple des capteurs d'ondes (géophones, hydrophones) et/ou des moyens de mesure de paramètres d'état (pression, température etc), des moyens mécaniques d'un type quelconque connectés sur commande aux conducteurs de transmission, tels que des transducteurs d'énergie électrique (source sismique électromécanique électromagnétique piézo-électrique etc), des vannes commandées ou éventuellement encore des moteurs, l'unité spécialisée en surface comportant dans ce cas un bloc d'alimentation électrique adapté à l'application considérée.

Dans cette demande de brevet précédente on décrit aussi une méthode pour la surveillance active et/ou passive d'une zone de sous-sol traversée par au moins un forage, qui est caractérisée en ce qu'elle comporte - l'installation à poste fixe du système défini ci-dessus - l'allocation par la station de surface de conducteurs de
transmission de signaux à un ensemble d'intervention par
application de signaux de commande adressés au module
électronique de veille associé sur des conducteurs de
transmission de signaux de câble, et leur décodage par les
moyens de décodage dans ledit module; - la commande par ce module de veille, des moyens de
commutation permettant la connexion du module utilisateur;;
et - le transfert de signaux reçus par l'ensemble d'intervention
sous le contrôle du module utilisateur et suivant des modalités
de transfert déterminées à une unité spécialisée de la station
de surface, adaptée à recevoir ces signaux et à se conformer à
toutes les modalités caractérisant le transfert.

Par les connexions sélectives définies ci-dessus, on peut réduire l'équipement électronique en veille permanente et donc on peut alimenter de façon permanente par un même câble, un plus grand nombre d'ensembles d'intervention. De même, les moyens de commutation permettent pour certains modes de branchement, de maintenir la continuité des lignes (conducteurs électriques) d'alimentation électrique et de transmission des signaux sur toute leur longueur tant que l'un des modules utilisateurs n'est pas désigné par un adressage sélectif. La combinaison de moyens et leur configuration permet d'obtenir un système simple, fiable et relativement peu onéreux. On peut ainsi installer un équipement important de surveillance dans un puits et même équiper plusieurs puits quand l'importance d'un gisement le justifie.

Avec la structure définie par la demande de brevet précédente on peut mener des investigations du sous-sol sans pour autant rendre les puits indisponibles ni demander non plus une modification importante des autres équipements utilisés en même temps dans ces puits.

La station de surface est capable d'adapter ses commandes en fonction de l'ensemble d'intervention à commander, de recevoir en retour tous les signaux qu'ils peuvent transmettre, qu'ils soient analogiques ou bien numérisés et codés, et de s'adapter à plusieurs modes d'allocation de voies de transmission.

Avec un tel système, on peut conduire des opérations de surveillance de longue durée à grande échelle dans des conditions économiques satisfaisantes.

Le perfectionnement selon l'invention vise à étendre les possibilités de communication entre le dispositif d'intervention dans le puits et la surface. Le système perfectionné selon invention comporte au moins un câble de liaison de surface pouvant être connectée audit câble, au moins un ensemble d'intervention disposé à poste fixe, dans un puits par exemple comprenant un module électronique de veille relié en permanence au câble et des moyens de décodage de signaux d'adresse transmis par la station de surface, un module utilisateur et des moyens de commutation commandés par les moyens de décodage, pour relier par intermittence le module utilisateur audit câble.

I1 est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission de signaux incluant au moins une fibre optique pour la transmission de données vers la station de surface.

Le système comporte par exemple une station de surface connectée au câble et comprenant des moyens d'alimentation électrique du module de veille de chaque ensemble d'intervention dans le puits et des moyens d'enregistrement de signaux. I1 peut comporter aussi un processeur de commande, des moyens d'application d'énergie électrique sur des conducteurs d'alimentation électrique du câble et de signaux d'adresse pour activer un module utiliseur et lui allouer des conducteurs de transmission de signaux, et au moins une unité spécialisée pour communiquer par les conducteurs de transmission avec le module utilisateur activé.

Suivant un mode de réalisation, le module utilisateur d'au moins un ensemble d'intervention peut comporter des moyens de réception et une unité d'adaptation et de transmission de données, incluant par exemple des moyens de synchronisation pour engendrer un signal local d'horloge et piloter une numérisation de données produites par les moyens de réception associés ainsi que leur transmission sur les conducteurs de transmission de signaux, et la station de surface peut comporter aussi une unité spécialisée comprenant des moyens automatiques de synchronisation pour restituer un signal d'horloge dont la phase est adaptée à celle dudit signal local d'horloge.

Le système selon l'invention peut comporter aussi plusieurs récepteurs des capteurs d'ondes et des moyens de mesure de paramètres d'état connectés aux moyens de multiplexage et l'unité d'adaptation et de transmission, des moyens de multiplexage connectés à ces récepteurs.

Suivant un autre mode de réalisation le module utilisateur d'au moins un ensemble d'intervention comporte un ou plusieurs récepteurs pour mesurer des paramètres d'état et délivrant en réponse des courants proportionnels, et des moyens de sélection commandés par le module électronique de veille associé, pour connecter sélectivement l'un desdits récepteurs auxdits conducteurs de transmission de signaux via les moyens de connexion.

Suivant un autre mode de réalisation le module utilisateur d'au moins un ensemble d'intervention peut comporter au moins un récepteur pour mesurer un paramètre physique et délivrant en réponse une tension électrique, et une unité d'adaptation et de transmission comprenant un oscillateur commandé par tension dont la sortie est connectée sélectivement dits conducteurs de transmission de signaux par l'intermédiaire desdits moyens de connexion.

Suivant un autre mode de réalisation un module utilisateur peut comporter aussi des moyens électromécaniques pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique, ces moyens étant connectés sur commande audit câble, et la station de surface, des moyens délivrant une tension ou un courant électrique.

Suivant un autre mode de réalisation, le système peut comporter aussi au moins une source sismique, l'unité spécialisée communiquant avec l'unité d'adaptation et de transmission associée à l'ensemble de récepteurs, étant adaptée à déterminer la fréquence du signal d'horloge émis par les moyens de synchronisation, et le processeur comportant des moyens pour déclencher ladite source et des moyens pour associer aux données reçues de l'unité d'adaptation et de transmission, un signal indicatif des instants de déclenchement de la source sismique.

D'autres caractéristiques et avantages du système et de la méthode selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux dessins annexés où: - la Fig. 1 montre une disposition d'appareils ou de récepteurs
divers (ensembles d'intervention) que l'on peut placer dans
un puits pour la surveillance active ou passive d'un gisement
par exemple; - la Fig.2 montre schématiquement des lignes de conducteurs
électriques assurant les liaisons nécessaires entre des
ensembles d'intervention et la station de surface; - la Fig.3 montre un premier mode de branchement d'un module
électronique de veille sur des lignes d'alimentation électrique;; - la Fig.4 montre un deuxième mode de branchement d'un
module de veille sur des lignes d'alimentation électrique; - la Fig.5 montre un mode d'alimentation électrique d'un module
utilisateur; - la Fig.6 montre schématiquement un module d'acquisition de
signaux avec son bloc d'alimentation dans un module
utilisateur comportant des ensembles de récepteurs; - la Fig.7 montre schématiquement une variante du module
d'acquisition de signaux de la Fig.6; - la Fig.8 montre schématiquement un capteur d'état à courant
proportionnel dans un module utilisateur; - la Fig.9 montre schématiquement un mode de branchement de
plusieurs capteurs d'état à courant proportionnel dans un
même module utilisateur;; - la Fig.10 montre schématiquement un module pour la
transmission à la station de surface, des mesures à variations
lentes relevées par des capteurs d'état; - la Fiv. 11 montre schématiquement la station de surface
assurant la gestion des échanges avec les ensembles
d'intervention; - la Fig.12 montre un mode de réalisation où un câble multi
conducteurs est utilisé pour la connexion d'ensembles de
réception de signaux par exemple; - la Fig.13 montre un agencement de plusieurs boîtiers de
récepteurs placés à l'extérieur d'un tube de cuvelage (casing)
avec des canalisations hydrauliques par où transitent des
liaison électriques entre eux et un module électronique
associé.

- la Fig.14 montre un autre mode de réalisation comportant des
moyens de transmission du type optique doublant une ligne
conductrice pour le transfert de données depuis des modules
utilisateurs jusqu'à la sation de surface; - la Fig. 15 montre un autre mode de réalisation où la
transmission des réponses des modules utilisateurs est toute
entière assurée via un ou plusieurs canaux de transmission
optique; et - la Fig. 16 montre une variante du mode précédent avec des
moyens de transmission optiques bi-directionnels pour le
transfert des commandes et des données.

Sur la Fig.1, on a schématisé un puits 1 foré jusqu'au travers d'un gisement souterrain 2 recélant par exemple des effluents pétroliers. Le puits doit être muni d'un tube de cuvelage 3 jusqu'à une certaine profondeur, ce tube étant lié au formations environnantes par injection de ciment dans l'espace annulaire entre lui et le puits, comme il est décrit dans les brevets
FR 2 593 292 et 2 642 849.

Pour la surveillance du gisement traversé par des tels puits, il est souhaitable comme on l'a vu, de disposer de récepteurs capables de mesurer ou détecter des signaux de type très divers.

Le toit T du réservoir se trouvant à une profondeur H, on met en place, à mi-profondeur H/2 par exemple, un ensemble Ri de géophones de préférence tri-axiaux, de façon à pouvoir mener à bien une exploration de type sismique. Une source S1 disposée en surface ou une source S2 disposée dans un autre puits, émet des ondes qui après réflexion sur les discontinuités du sous-sol, sont captées par les géophones de l'ensemble Ri, transmises à une station de surface 4 qui les enregistre et ensuite traitées pour obtenir des coupes sismiques représentatives. Pour ce type d'exploration, la bande passante des signaux reçus est généralement limitée à 1000 ou 1500 Hz. La durée de transmission des signaux sismiques captés suite à un ébranlement du terrain est relativement courte, de l'ordre d'une dizaine de secondes au plus.

Vers le toit du réservoir, on met en place par exemple un ensemble de capteurs Rj pour faire de l'écoute passive. Un ou plusieurs autres ensembles de réception Rk sont placés plus bas dans la partie du puits traversant le réservoir pour capter des ondes sismiques émises par une source sismique S2 placée dans un autre puits 5. Cet ensemble peut comporter par exemple plusieurs dizaines voire même une ou plusieurs centaines de géophones mono-axes ou d'hydrophones répartis sur une longueur important du puits. Les émissions sismiques induites par l'activité de production, intervenant de façon aléatoire, il importe que les capteurs spécialisés de l'ensemble Rj soient connectés en permanence à la station 4 en surface sauf éventuellement pendant les intervalles de temps de durée très limitée où les récepteurs sismiques des ensembles Ri et Rk doivent être connectés.

On a représenté sur la Fig. 1 également deux ensembles de capteurs d'état C1, C2 permettant de relever des températures, des pressions etc. I1 s'agit par exemple de capteurs d'un type connu dit à courant proportionnel. Des capteurs de ce type, quand on leur applique une tension d'alimentation déterminée, absorbent des courants proportionels au paramètre mesurés, qu'il s'agit de transmettre à la station de surface 4.

L'ensemble de transmission qui va être décrit ci-après peut s'adapter à chacun des types de récepteurs ci-dessus indiqués, avec leurs spécifications propres de connexion, leurs modes de transmission, leurs fréquences de codage et leurs débits de transfert de données propres.

Le schéma de la Fig.2 montre trois dispositifs de puits Di, Dj,
Dk (tels que les ensembles de récepteurs Ri, Rj, Rk de la Fig.l), installés à poste fixe dans un puits, derrière un casing ou bien dans l'espace annulaire entre un casing et un tube de production, et à des profondeurs différentes.

Chacun de ces dispositifs comporte deux modules. Un premier module MV est utilisé pour effectuer une veille permanente dans l'attente d'ordres susceptibles à tout moment de leur être transmis par la station en surface. Un deuxième module ou module utilisateur MT, est mis en place pour émettre des signaux vers la station de surface ou pour en recevoir.

Suivant le mode de connexion de la Fig.2, les modules MV des différents dispositifs sont connectés en permanence sur une ligne de transmission L1 reliée à la station de surface. Par elle, ils recoivent des ordres codés associés à une adresse désignant spécifiquement l'un d'entre eux. Chacun des modules de veille
MV comporte un décodeur d'adresses et d'ordres 6 connecté à la ligne L1 par l'intermédiaire d'un transformateur d'isolement 7 et un bloc de régulation électrique 8 pour produire une ou plusieurs tensions d'amplitude controlée V+, V- (5 V ou 15V par exemple), nécessaires au fonctionnement du décodeur d'adresses et d'ordres 6.

Suivant le mode de réalisation des Fig. 2, 3, le bloc de régulation 8 de chacun des modules de veille MV, est connecté à une ligne d'alimentation électrique spécifique L2 connectée dans la station de surface à un générateur de courant. I1 produit, dans des diodes zener du bloc 8, une tension électrique suffisante pour l'alimentation du module MV.

Suivant le mode de réalisation de la Fig.4, la ligne L1 est à usage mixte. Elle est utilisée à la fois pour transporter une intensité de courant pour chaque bloc 8 et pour la transmission des ordres. Dans ce cas, bien évidemment des moyens de découplage sont interposés entre la ligne mixte L1 et le décodeur d'adresses 6. Une troisième ligne L3 est connectée à la station en surface. Sur cette ligne L3, au niveau de chaque module utilisateur MT (bornes Em), est connecté un commutateur 9 (Fig.2) commandé par le décodeur d'adresses 6 du module de veille MV associé. Dans une position de repos, il (bornes, E2) établit la continuité de la ligne L3. Dans une position de travail, quand il est actionné, chaque commutateur 9 assure la dérivation ou le branchement de la ligne L3 vers le module utilisateur MT.

Pour certaines applications, comme on le verra en relation avec la
Fig. 10, la ligne L3 peut être alimentée électriquement par la station de surface. Dans ce cas, l'activation d'un commutateur 9 a pour effet de mettre sous tension un module utilisateur MT.

Suivant le mode de réalisation de la Fig.5, lorsque les tensions électriques régulées produites par un bloc d'alimentation 8 conviennent pour le fonctionnement du module utilisateur, on peut établir entre eux une connexion électrique directe commandée par le décodeur d'adresse du module MV.

L'alimentation électrique des modules de veille MV et éventuellement des modules utilisateurs est effectué au moyen d'un générateur de courant, comme le montre les modes de réalisation des Fig. 3, 4. les alimentations électriques peuvent toutefois être effectuées par des générateurs de tension, les modules de veille MV étant connectés en parallèles sur les lignes L1 ou L2 suivant les cas et comportant par exemple des blocs d'alimentation à découpage pour produire les tensions recyclées nécessaires à ces modules.

Suivant les modes de réalisation des Fig. 6, 7, le module utilisateur est un émetteur de signaux numérisés codés. I1 comporte par exemple un certain nombre n de récepteurs G1, G2 ... Gn pouvant appartenir à l'un des ensembles- Ri, Rj ou Rk (cf.

Fig.1). Les signaux captés par les récepteurs G1 à Gn sont appliqués respectivement à des préamplificateurs PA1, PAn à gain fixe ou variable suivis de filtres limiteurs 111 à 1 ln. Les signaux amplifiés et filtrés sont appliqués à des entrées d'un multiplexeur 10. La sortie de celui-ci est connecté à l'entrée d'un circuit d'acquisition comprenant par exemple un amplificateur à gain commutable automatique 12, un convertisseur analogiquenumérique (CAN) 13, un élément de codage 14 pour inclure les mots numériques issus du convertisseur (CAN) dans une trame d'émission et un élément de synchronisation 15 comportant une horloge locale qui est connectée au décodeur d'ordres dans le module de veille MV. De tels circuits sont décrits par exemple dans les brevets FR 2 613 496 et 2 616 230 du demandeur.Le module utilisateur comporte aussi un régulateur de tension 16 produisant des tensions stabilisées pour le fonctionnement du module utilisateur. Dans une application de ce type, la ligne L3 est mise sous tension et le régulateur 16 lui est connecté par l'intermédiaire du commutateur 9. Via le même commutateur 9 et des moyens de découplage, la sortie de l'élément de codage 14 est aussi connecté à la ligne L3.

Si l'on dispose de convertisseur analogique-numérique (CAN) à grande dynamique, on peut éventuellement supprimer l'amplificateur à gain commutable 12, ce qui offre une solution plus économique et plus fiable.

Suivant la variante de la Fig.7, un multiplexeur secondaire 10A peut être également connecté à l'une des voies d'entrée du multiplexeur 10. Aux entrées de ce sous-multiplexeur 10A sont connectés plusieurs capteurs d'état C1, C2, ... Ck adaptés à traduire un signal mesuré en une tension électrique. A intervalles réguliers, fixés par l'élément de synchronisation 15, la tension délivrée par chacun de ces capteurs d'état peut être échantillonnée et transmise à la station de surface via la ligne L3.

Chacun des modules utilisateurs installés dans un puits pour faire de l'acquisition de signaux peut avoir sa fréquence d'horloge propre, adaptée au nombre de récepteurs associé et/ou à la bande passante des signaux captés. Chacun d'eux peut aussi posséder son mode de codage propre.

Le gain de chaque pré-amplificateur 111 à lIn peut être fixe et préréglé avant la mise en place du dispositif dans le puits.

Dans certains cas cependant où le niveau des signaux à amplifier dépend de l'application envisagée, on utilise de préférence un pré-amplificateur 111 à lln dont le gain peut être commuté à la réception d'un ordre spécifique adressé depuis la station de surface au décodeur 6 du module de veille MV associé, et décodé par celui-ci.

Suivant le mode de réalisation de la Fig.8, le module utilisateur peut être aussi un capteur à courant proportionnel d'un type connu 17. Quand ce type de capteur 17 reçoit de la ligne L3 via le commutateur associé 9, une tension électrique définie, il laisse passer un courant proportionnel à la valeur du paramètre qu'il mesure, entre 4mA et 20mA par exemple.

Suivant la variante de la Fig.9, plusieurs capteurs d'état C1,
C2, ..., Cp du même type à courant proportionnel, peuvent être connectés au commutateur 9 par l'intermédiaire d'un commutateur intermédiaire 18. Dans ce cas, la station de surface envoie au décodeur d'adresse 6 (Fig. 3, 4) du module de veille associé MV, un ordre adressé désignant le module utilisateur concerné par la commande mais aussi le numéro du capteur d'état C1 à Cp dont on veut connaître la mesure. Le décodage de ce numéro permet d'actionner le commutateur intermédiaire 18.

Le module illustré à la Fig. 10, convient pour transmettre des tensions électriques à variations lentes délivrées par des capteurs d'état C1 ... Cm tels que des capteurs de température ou de pression par exemple ou bien encore des débitmètres. I1 comporte un oscillateur 19 dont la fréquence varie linéairement en fonction d'une tension de commande (VCO), en l'occurrence, celle délivrée par un de ces capteurs d'états C1 à Cm, cet oscillateur délivrant un signal qui est appliqué à la ligne L3 via le commutateur 9. Quand plusieurs capteurs d'état peuvent commander le même oscillateur VCO 19, on les connecte à lui par l'intermédiaire d'un commutateur intermédiaire 20 tel que le commutateur 18 précédent.

La ligne L3 peut être utilisée aussi pour fournir de la puissance électrique à des modules utilisateurs comportant des moyens électromagnétiques tels que des moteurs, des électrovannes etc, qui sont installés à poste fixe dans l'espace annulaire entre un tube de cuvelage et un tube de production par exemple ou éventuellement un moyen quelconque placé à l'extérieur d'un casing. Ces modules sont de même associés chacun à un module de veille MV et alimentés par l'intermédiaire d'un commutateur 9 sur la ligne L3.

La station de surface (Fig.ll) est adaptée à faire fonctionner un grand nombre d'applications telles que celles définies ci-dessus. Les signaux reçus des modules utilisateurs étant très variés, le principe de fonctionnement retenu est de laisser celui qui est concerné par un ordre, la libre disposition de la ligne L3 et la maîtrise de la transmission, et d'adapter la station de surface au mode de transmission propre du module activé.

La station de surface comporte un ensemble 21 de plusieurs unités spécialisées 22 et un sélecteur 23 pour connecter à l'une d'elles la ligne L3. Par l'intermédiaire d'une carte électronique d'interface 24, l'ensemble 21 est relié à un processeur 25 tel qu'un micro-ordinateur programmé. La station comporte aussi un codeur d'adresse 26 connecté à la ligne L1 et un générateur de courant électrique 27. Suivant le mode de connexion montré à la
Fig.4, le générateur 27 est connecté aussi à la ligne L1. Le processeur 25, sur commande d'un opérateur ou suivant un programme préétabli, envoie des ordres de connexion à un module de veille spécifique MV par la ligne L1, par l'intermédiaire du codeur d'adresse 26.Dans le même temps, il commande la commutation du sélecteur 23 de façon que la ligne
L3 soit accordée à l'unité 22 spécialisée et qu'elle puisse communiquer avec le module utilsateur installé dans le puits à l'adresse spécifiée.

Les unités 22 adaptées à la réception des mesures des capteurs à courant proportionnel 17 (Fig.8, 9), comportent chacune par exemple un élément pour transformer l'intensité circulant sur la ligne L3 en un signal indicatif du paramètre mesuré dans le puits par le capteur d'état désigné, cet élément communiquant au processeur 25 le signal mesure.

Les modules utilisateurs tels que ceux des Fig.6 et 7, effectuent des acquisitions de signaux et leur transmission sous le contrôle d'une horloge locale susceptible de dériver en fréquence ou en phase pour des raisons multiples. En conséquence, on utilise pour la réception des signaux numérisés codés issus des modules d'acquisition, des unités 22 adaptées à reconstituer un signal d'horloge en phase avec celui qui rythme la transmission.

Une telle unité est décrite par exemple dans la demande de brevet FR 91/13770. Ces mêmes unités spécialisées comportent dans ce cas un moyen d'alimentation électrique qui est aussi connecté à la ligne L3, de façon à alimenter le régulateur de tension 16 (Fig.6) inclus dans le module d'acquisition de signaux.

Quand le module utilisateur activé comporte un ensemble de capteurs sismiques et son module d'acquisition associé, que l'on utilise dans le cadre d'opérations de prospection sismique avec activation d'une source sismique, le processeur déclenche le réveil du module d'acquisition MT associé avant le déclenchement de la source. Lorsque le processeur recoit le signal
TB indicatif du déclenchement de la source, il dépose un marqueur sur les signaux sismiques numérisés reçus par la ligne
L3, et il leur associe la valeur de la fréquence d'horloge mesurée par l'unité 22 qui gère l'échange. De cette façon, si l'on doit combiner ensemble des traces sismiques obtenues par des ensembles différents, dans un même puits ou éventuellement dans d'autres puits, on peut auparavant procéder facilement à leur recalage en temps.

Un module spécialisé dans la fourniture d'énergie électrique via les conducteurs L3 à des modules utilisateurs, comporte dans ce cas, un générateur de courant ou de tension électrique.

Suivant le mode de réalisation de la Fig.12, le câble utilisé peut être du type heptaconducteurs avec six conducteurs C1 à C6 répartis autour d'un conducteur central C7 et une tresse périphérique CT. Dans ce cas, on peut adopter le mode de connexion indiqué sur cettte Fig. 12 pour chaque dispositif de puits. Aux conducteurs C1 et C4, est connecté l'enroulement primaire du transformateur 7, dans les modules MV, le secondaire de celui-ci étant connecté au détecteur 6 de signaux d'adresse et d'ordres. L'alimentation régulée 8 est connectée en série sur le conducteur C4 par exemple. Entre la réunion des conducteurs C2 et C5 d'une part et des conducteurs C3 et C6 d'autre part, est connecté le module utilisateur MT.

Un module électronique d'acquisition de signaux tel que celui des Fig.6, 7 par exemple, peut traiter des signaux d'un ensemble de récepteurs situés dans son voisinage. I1 peut cependant être utilisé pour regrouper des signaux issus d'ensembles de récepteurs répartis sur une longueur de puits relativement importantes. A cet effet, le boîtier 28 qui le contient, est relié comme le montre la Fig.13, à un ou plusieurs boîtiers 29 de récepteurs tels que des géophones tri-axiaux, par l'intermédiaire de câbles hydrauliques étanches 30. Les conducteurs électriques 31 des géophones passent le long de ce circuit étanche jusqu'au boîtier électronique MT. Un tel agencement est décrit dans la demande de brevet FR 91/15483 précitée déposée par le demandeur.

Le système de surveillance selon l'invention peut être installé à poste fixe derrière un tube de cuvelage et scellé par cimentation. La géométrie d'un tel système est bien entendu immuable. S'il se trouve que pendant la période de surveillance du gisement qui peut parfois durer plusieurs années, on a besoin de faire des mesures ou des relevés à des profondeurs intermédiaires où aucun récepteur approprié n'est implanté, on peut avoir recours à un ou plusieurs ensembles de récepteurs que l'on assujettit à un tube de production descendu à la profondeur d'intervention souhaîtée, à l'extérieur de celui-ci. De préférence, on utilise un agencement tel que celui décrit dans le brevet FR 2 656 034 déposée par le demandeur, qui permet un découplage de l'ensemble de réception par rapport au tube.Un ensemble de transmission à plusieurs lignes tel que celui qui a été décrit plus haut, est employé dans ce cas pour le relier à la station de surface.

Les exemples de récepteurs cités ne sont bien sûr pas limitatifs. On pourra utiliser aussi des capteurs continus de grande longueur installés à poste fixe, permettant de réaliser des filtrages spatiaux des ondes reçues. De tels capteurs sont décrits par exemple dans le brevet FR 2 145 099 du demandeur.

Dans certaines applications où des ensembles d'intervention semblables sont disposés à des emplacements différents le long d'un ou de plusieurs puits pour un certain type d'intervention, le processeur central 25 peut connecter une unité 22 spécialisée dans l'application et commander des adressages séquentiels la connexion successive de tous les ensembles d'intervention, de manière à enregistrer simultanément leurs réponses. Un tel agencement est utile par exemple dans les applications de surveillance active ou passive où l'on dispose de plusieurs ensembles de récepteurs acoustiques ou sismiques. Ces ensembles de récepteurs peuvent être installés à poste fixe dans un même puits à plusieurs profondeurs différentes. Ils peuvent être installés aussi à poste fixe dans plusieurs puits différents, avec au moins un ensemble de récepteurs dans chacun des puits.

La station de surface est reliée aux ensembles de récepteurs de chaque puits par un câble et peut commander par adressage l'acquisition de signaux reçus par tous les récepteurs de tous les ensembles et la centralisation des signaux sous une forme numérisée codée et leur enregistrement par un dispositif d'enregistrement.

On a décrit un exemple de réalisation du système selon l'invention où la station centrale pilotait par adressage et envoi d'ordres spécifiques, l'allocation des conducteurs L3 aux ensembles d'intervention, ceux-ci quand ils disposaient de ces conducteurs, pouvant maîtriser le transfert de données vers la station centrale. On ne sortirait toutefois pas du cadre de l'invention en remplaçant les modules de veille MV précédemment définis par des modules de veille, adaptés à certaines applications spécifiques.

Suivant un premier mode de réalisation particulier, les modules de veille utilisés sont capables à la fin d'un temps d'allocation prédéfini, de former l'adresse d'un autre module de veille connecté sur le même câble. Avec un tel mode de câblage des modules de veille, on obtient sans intervention d'ordres spécifiques émis depuis la surface, une connexion successive automatique de plusieurs ensembles d'intervention sur un câble avec une possibilité de rebouclage ininterrompu des cycles d'adressage. La station de surface peut, dans une telle configuration ne comporter que des moyens d'alimentation électrique des modules de veille et des moyens d'enregistrement des données qui lui sont transmis par les ensembles d'intervention cycliquement connectés.

Suivant un autre mode de réalisation particulier, on peut mettre en place des ensembles d'intervention dont le module de veille est adapté à réagir à au moins deux adresses différentes.

L'une est une adresse spécifique qui ne désigne que lui. Au moins une autre désigne plusieurs ensembles d'intervention différents susceptibles de réagir en même temps à un ordre commun qui leur est adressé. Un tel mode de fonctionnement convient par exemple pour des ensembles d'intervention différents pouvant collecter des données de même nature, tels que des ensembles d'acquisition de données sismiques par exemple. Une application possible est l'adressage simultané de plusieurs ensembles d'acquisition MT installés à poste fixe et pourvus de mémoires.

A un même instant la station centrale 4 peut leur envoyer un ordre d'acquisition de signaux reçus et de mémorisation dans la mémoire locale. L'ordre est décodé par les moyens de décodage 6 et transmis aux ensembles MT correspondants. A la fin du processus d'acquisition, la station centrale peut déclencher, par des adressages spécifiques, la connexion successive de chacun des ensembles utilisateurs ayant mémorisé des données sur les conducteurs de transmission et le transfert de ces données dans le dispositif d'enregistrement en surface.

Dans tous les modes de réalisation qui ont été décrits, les voies du câble pour le transfert d'énergie électrique et les transferts de signaux de commande vers les ensembles d'intervention et des réponses des modules utilisateurs vers la station de surface, sont constituées de lignes conductrices L1, L2,
L3.

Le perfectionnement selon l'invention porte principalement sur de nouveaux de nouveaux modes de communication entre la station de surface et les ensembles d'intervention le long de chaque puits.

Suivant un mode de réalisation, les moyens de communication peuvent comporter un ou plusieurs câbles à une seule ligne assurant les fonctions des lignes L1, L2 et L3 précédentes, cette ligne étant constituée par exemple par l'âme du câble et la gaine ou tresse conductrice extérieure de celui-ci.

La séparation des fonctions peut se faire par l'emploi de fréquences différentes. Le courant électrique est du courant continu. Les signaux binaires d'ordre ou de commande sont traduits par des signaux modulés à partir de deux fréquences particulières fg et f1 tandis que les réponses des modules utilisateurs sont traduites par des signaux modulés à partir de deux autres fréquences particulières f2 et f3.

La séparation des différentes fonctions peut encore se faire suivant un mode mixte combinant la fréquence et le temps. Les courants d'alimentation sont continus. Les signaux d'ordres ou de commandes sont transmis durant un intervalle de temps suffisant. A la réception de commandes, les modules utilisateurs disposent alors d'un intervalle de temps déterminé pour transmettre les signaux réponses.

L'utilisation d'un câble mono-ligne permet de résoudre plus facilement le problème du passage des liaisons au travers des têtes de puis sous-marines par exemple.

On peut réaliser également toutes les communications entre la station de surface et les ensembles d'intervention le long des puits par un ou plusieurs câbles mixtes comportant chacun des lignes conductrices pour le transfert d'énergie électrique et la transmission des ordres adressés aux modules de veille, et aussi au moins une fibre optique pour le transfert des réponses vers la station de surface, ou bien encore des câbles distincts, les uns comportant des lignes conductrices, les autres incluant des fibres optiques. Par l'emploi de fibres optiques, on peut accroître de façon considérable de débit de données susceptibles d'être transféré vers une station de surface.

Suivant le mode de réalisation de la Fig. 14, la ligne L3 des modes de réalisation de la Fig. 2 est doublée par une fibre optique L'3 pourvue de moyens de couplage optique au niveau de chaque module utilisateur. Ces moyens de couplage comportent par exemple un coupleur optique 31 traduisant les signaux lumineux sur la fibre L'3 en signaux électriques qui sont appliqués au commutateur 9 sur ses entrées EL. Sur les voies de sortie ES du même commutateur 9, est connecté un coupleur 32 inverse du précédent. Il traduit en signaux lumineux les signaux électriques sortant du commutateur 9 et les appliquent sur la fibre L'3. Le module de veille est relié à la surface par deux lignes conductrices L1, L2 (Fig. 2, 3) ou bien une ligne unique à usage mixte (Fig. 4).Ce mode de réalisation mixte convient dans le cas général où le dispositif d'intervention installé dans le puits, comporte des modules utilisateurs MT qui ne deviennent actifs qu'à condition d'être alimentés depuis la surface par une ligne conductrice, et qui ne peuvent être alimentés directement par le bloc d'alimentation tel que le bloc 8 (Fig. 2-4 par exemple) en raison notamment de leur consommation électrique (moteurs électriques, sources acoustiques ou sismiques etc). Dans ce cas, on peut utiliser la ligne L3 notamment pour le transfert d'énergie électrique vers les modules utilisateurs et la ligne L'3 pour le transfert de signaux captés ou mesurés dans le puits vers la station de surface.

Suivant le mode de réalisation de la Fig. 15, toutes les communications entre les modules utilisateurs et la station de surface, sont acheminées entièrement par voie optique au moyen d'au moins une fibre optique L'3. Dans ce cas, le module utilisateur MT est connecté par l'intermédiaire d'un coupleur optique 33 à une entrée d'un commutateur optique 34 interposé sur la fibre optique. Le module de veille est dans ce cas relié à la surface par deux lignes L1, L2 comme déjà décrit. Ce mode de réalisation convient pour les applications où les modules utilisateurs sont des capteurs ou appareils de mesure ayant seulement des données à transmettre vers la station de surface.

Suivant la variante de la Fig. 16, chaque module de vielle
MV est connecté sur une ligne d'alimentation électrique permanente L1 et toutes les communications de signaux entre la station de surface et les ensembles d'intervention Di sont acheminées dans les deux sens suivant des modes de transmission différents via une ou plusieurs fibres optiques L'3.

Dans ce cas, le décodeur d'adresses de chaque module de veille
MV est connecté à la voie L'3 par l'intermédiaire séparateur 35 adapté à isoler les signaux descendants émis dans la station de surface par un générateur tel que le générateur 27 de la Fig. 1 1 et traduit en signaux optiques par un coupleur optique (non représenté).

Avec les séparateurs et/ou coupleurs optiques appropriés, les voies de transmission optiques précédentes peuvent remplacer les lignes L1 et/ou L3 dans tous les modes de réalisation et d'utilisation du système précédemment décrits en référence aux Fig. 1-13. Les unités spécialisées 22 (Fig. 11) sont alors connectées à la voies optique par des organes de couplage appropriés.

D'une façon générale on peut utiliser des moyens de liaison comportant dans tous les cas au moins une ligne conductrice pour le transfert depuis la station de surface de courants et/ou de signaux et au moins une voie de transmission optique pour le transfert mono ou bi-directionnel de signaux entre cette même station et les ensembles d'intervention Di dans le puits.

On ne sortirait pas du cadre de l'invention en doublant les portions de lignes ou de fibres optiques entre les dispositifs d'intervention successifs pour parer à d'éventuelles défaillances en cas de fuites ou d'envahissement localisées. Avant la mise en oeuvre du système, on peut procéder à la formation de liaisons complètes entre la station de surface et tous les ensembles d'intervention, de la manière indiquée par exemple dans le brevet FR 2 471 088, en interconnectant en série des portions de lignes ou de fibres optiques et à chaque nouvelle portion interconnectée, en testant la qualité de transmission sur les voies ainsi allongées.

On a décrit, en relation avec les Fig.2, 6, 9, 12 par exemple, un mode de branchement des commutateurs 9 qui a pour effet d'allouer la ligne L3 à un seul module utilisateur à la fois. On ne sortirait pas du cadre de l'invention néanmoins, en connectant les commutateurs 9 autrement, pour permettre par exemple l'allocation de la ligne L3 à plus d'un module utilisateur en même temps, pour certaines applications spécifiques.

On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention si on utilise le système selon l'invention pour faire de la prospection sismique en utilisant les vibrations produites en fond de puits par un outil de forage ou une source sismique fixée à une garniture de forage au voisinage d'un outil.

D'une façon plus générale le système perfectionné selon l'invention peut servir aux liaisons entre une station centrale et toute installation permanente de surveillance active ou passive quelle qu'elle soit.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1) Système perfectionné de surveillance active ou passive d'un gisement souterrain au moyen d'un dispositif d'intervention disposé à poste fixe par exemple dans un ou plusieurs puits ou forages (1) traversant ce gisement, comportant en combinaison au moins un câble de liaison, une station de surface (4) pouvant être connectée audit câble, au moins un ensemble d'intervention (Di) disposé à poste fixe dans un puits comprenant un module électronique de veille (MV) relié en permanence au câble et pourvu de moyens (6) de décodage de signaux d'adresse, un module utilisateur (MT) et des moyens (9, 34) de commutation commandés par les moyens de décodage (6), pour relier par intermittence le module utilisateur (MT) audit câble, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission de signaux comprenant au moins une voie de transfert optique.

2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ligne conductrice (lui) pour le transfert de signaux de commande vers le module de veille de chaque ensemble d'intervention.

3) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ligne conductrice (L3) et au moins une voie de transfert optique (L'3) pour relier le module utilisateur (MT) de chaque ensemble d'intervention à la surface (Di).

4) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission bi-directionnels (33-35) de signaux entre la surface et chaque ensemble d'intervention (Di) dans le puits.

5) Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une station de surface (4) incluant des moyens d'alimentation électrique du module de veille (MV) de chaque ensemble d'intervention (Di), ladite voie de transfert optique comportant au moins une fibre optique (L'3) et des moyens de couplage (31-35) pour faire communiquer les ensembles d'intervention (Di) avec ladite fibre.

6) Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une station de surface (4) comprenant un processeur (24, 25) de commande, des moyens (26, 27) d'application d'énergie électrique sur des conducteurs d'alimentation électrique dudit câble et de signaux d'adresse pour activer un module utilisateur (MT) et lui allouer une voie (L3,

L'3) de transmission de signaux, et au moins une unité spécialisée (22) associer à des moyens de couplage optiques pour communiquer avec le module utilisateur (MT) activé par l'intermédiaire de ladite voie de transfert optique.

7) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module utilisateur (MT) d'au moins un ensemble d'intervention (Di) comporte des moyens de réception (G, Ck) et une unité (1116) d'adaptation et de transmission de données.

8) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite unité d'adaptation et de transmission comporte des moyens de synchronisation (15) pour engendrer un signal local d'horloge et piloter une numérisation de données produites par lesdits moyens de réception associés (Gl-Gn) ainsi que leur transmission sur ladite voie (L'3) de transfert optiques, et la station de surface (4) comporte une unité (22) spécialisée comprenant des moyens automatiques de synchronisation pour restituer un signal d'horloge dont la phase est adaptée à celle dudit signal local d'horloge.

9) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs récepteurs (G, C) et ladite unité d'adaptation et de transmission comporte des moyens de multiplexage (10, 10A, 18) connectés auxdits récepteurs.

10) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits récepteurs sont des capteurs d'ondes (Gl-Gn) et des moyens (C) de mesure de paramètres d'état (C1-Ck) connectés auxdits moyens de multiplexage (10, 10A).

11) Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble (G3) de récepteurs dans des boîtiers (29), associés chacun à des conducteurs électriques (31) pour leur connexion à un module électronique (MT) et des canalisations étanches (30) de type hydraulique disposées entre lesdits boîtiers (29) et le module électronique (MT) associé, pour le passage des conducteurs électriques (31) associés aux récepteurs dudit ensemble (G3)

12) Système selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier ensemble de récepteurs acoustiques ou sismiques (G) associé à une unité d'adaptation et de transmission et au moins un deuxième ensemble comportant des moyens de mesure (Ck) de différents paramètres, ce deuxième ensemble étant associé à une deuxième unité d'adaptation et de transmission, et une station de surface comportant au moins deux unités spécialisées (22) différentes l'une de l'autre pour communiquer respectivement avec lesdites unités d'adaptation et de transmission, lesdites unités spécialisées étant connectées audit processeur (25) par l'intermédiaire de circuits d'interface (24)

13) Système perfectionné de surveillance active ou passive d'un gisement souterrain au moyen d'un dispositif d'intervention disposé à poste fixe par exemple dans un ou plusieurs puits ou forages (1) traversant ce gisement, comportant en combinaison au moins un câble de liaison une station de surface (4) pouvant être connectée audit câble, au moins un ensemble d'intervention (Di) disposé à poste fixe dans un puits comprenant un module électronique de veille (MV) relié en permanence au câble et pourvu de moyens (6) de décodage de signaux d'adresse, un module utilisateur (MT) et des moyens (9, 34) de commutation commandés par les moyens de décodage (6), pour relier par intermittence le module utilisateur (MT) audit câble, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission de signaux comprenant au moins un câble à ligne unique.

14) Système selon l'invention 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'application de courant continu à ladite ligne et des moyens d'application à cette même ligne de signaux spécifiques pour la transmission de signaux selon le sens de leur transmission sur la ligne.

15) Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens d'application de signaux spécifiques comportent des éléments d'émission et de réception de signaux de fréquences différentes.

16) Système selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens d'application de signaux spécifiques comportent des éléments pour allouer des intervalles de temps d'émission différents pour la transmission des signaux selon leur sens de propagation sur la ligne.