FR2706526A1 - Procédé et système de détection précoce du bourrage d'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte dans un trou de forage et de prise de mesures palliatives. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une colonne de forage comportant à son extrémité inférieure un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10), est suspendue dans un tuyau de forage à l'aide d'une tour de forage rotative à la surface (60). Des impulsions de fluide de forage sont contrôlées dans la colonne montante du fluide de forage afin de générer des signatures caractéristiques d'opérations normales de carottage et une signature annonciatrice et anormale lorsque le dispositif de prélèvement commence à bourrer mais avant qu'un bourrage catastrophique ne survienne. En réponse à la signature anormale, une action palliative est entreprise, telles la réduction du poids sur trépan, la vitesse de rotation ou la cessation de l'opération de carottage. Le système est également utilisé pour déterminer qu'une ou plusieurs pièces mobiles d'un outil mobile de fond de puits se sont déplacées d'une première position en une seconde position.
Description
La présente invention se rapporte, généralement, à un procédé et à un
système destinés à détecter les premiers instants du bourrage d'un dispositif de prélèvement d'échan- tillons de carotte, avant qu'un bourrage catastrophique5 n'intervienne, et plus particulièrement, à un procédé et à un système destinés à prendre des mesures palliatives basées sur une telle détection précoce afin d'empêcher un tel bourrage
catastrophique du dispositif.
Les dispositifs conventionnels destinés à obtenir des carottes échantillons provenant d'un trou de forage dans le sol comportent un tube de protection fixé à une extrémité à un trépan spécial communément dénommé trépan de carottage, et à l'autre extrémité à une colonne de forage s'étendant jusqu'à la surface du sol. Le tube de protection comporte quant à lui un cylindre interne et un cylindre externe avec un espace entre les deux. En forage normal, le fluide de
forage s'écoule à travers l'intérieur du cylindre interne.
Lorsqu'une carotte-échantillon est nécessaire, le passage d'écoulement dans le cylindre interne est obturé, souvent en lâchant une bille depuis la surface du sol, ce qui dérive ainsi l'écoulement dans l'espace compris entre les cylindres interne et externe et plus bas à travers le trépan. L'absence d'écoulement dans le cylindre interne permet à une partie de la couche géologique de s'introduire et de remplir le cylindre, puis d'être par la suite récupérée en tant que carotte. Un désavantage que présentent les procédés conventionnels, est que dans de nombreuses situations un bourrage de carotte à l'intérieur du cylindre interne peut survenir. Ceci a pour conséquence que le poids de la colonne de forage est sensiblement transféré du cylindre externe à la carotte et au cylindre interne, entraînant la fracture de la carotte et la cessation de la prise de carottes. Dans ce cas, soit la pénétration de la formation cesse, soit le forage en fait se poursuit, ce qui se traduit par un broyage de la formation par le trépan de carottage, rendant cette portion de la formation irrécupérable de façon permanente puisque le matériau broyé est simplement pompé vers la surface avec les autres débris de roches. Cette situation est particulièrement indésirable pour les formations dans lesquelles le carottage est impératif comme moyen d'évaluation du fait des limitations inhérentes à la diagraphie de trous de sondage par câble électrique dans ces types de formations. Ceci fait l'objet d'une discussion dans l'article de Bradburn et Cheatham intitulé "Improved Core Recovery in Laminated Sand and Shale Sequences", dans l'édition de décembre 1988 de
Journal of Petroleum Technology.
L'art antérieur, lorsqu'il a abordé le problème du bourrage, n'a eu qu'un succès limité. Par exemple, dans le document U.S. Patent No. 4, 492,275 de Franck L. Campbell et al., une indication de bourrage de carotte est recherchée en notant la rotation du cylindre interne qui normalement est stationnaire par rapport au cylindre externe. Toutefois, la carotte est presque certainement brisée avant qu'une telle rotation ne se produise. De plus, le procédé s'appuie sur l'emploi d'un équipement coûteux de Mesure Pendant Forage
(MPF) qui signale cet événement à la surface.
Ce type de système entraîne dans la plupart des cas, un bourrage catastrophique du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte ou bien un problème parmi d'autres d'égale gêne tel que ceux soulevés cidessus, avant que le
personnel en surface ne soit averti du problème.
En tant qu'autre exemple de l'art antérieur, dans la demande de brevet PCT No. W092/02707 de Arno et al., un sondage pour carottage en fond de puits est décrit, dans lequel le bourrage d'une carotte fait en sorte que le cylindre interne est pressé contre le cylindre externe, obturant le passage d'écoulement entre les cylindres, provoquant ainsi une augmentation considérable de la pression du fluide de forage détectable en surface. Toutefois, les moyens mécaniques requis pour réaliser le blocage du passage d'écoulement étant déclenchés par une charge importante appliquée à la carotte, la fracture de la carotte s'est, à ce moment et selon toute probabilité, produite. Ainsi, chacun des deux essais de l'art antérieur visant à détecter le bourrage entraîne les mêmes problèmes qui sont (1) de requérir une modification des dispositifs de prélèvement d'échantillons de carotte eux-mêmes, et (2) d'aboutir trop souvent à un bourrage catastrophique du
dispositif ou à la fracture de la carotte-échantillon.
Par conséquent, l'objet premier de la présente invention est de réaliser un procédé et un système nouveaux et améliorés destinés à la détection précoce d'un bourrage d'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte, avant que des problèmes graves ne se développent, permettant
ainsi de prendre des mesures palliatives en temps voulu.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un procédé et un système nouveaux et améliorés destinés à déterminer le mouvement ou l'actionnement des pièces dans les
outils au fond du trou.
Les objets de l'invention sont généralement accomplis par un procédé et un système qui réalisent avec précision un contrôle à haute définition et un filtrage des impulsions de pression dans le fluide de forage en identifiant des
événements précurseurs précédant un bourrage catastrophique.
Lorsque de tels événements précurseurs sont détectés, une modification d'un paramètre réglable tel que la vitesse de rotation ou le poids sur le trépan est effectuée en vue d'éviter un bourrage complet. Si le bourrage persiste, comme indiqué par la nature des profils de pression, la décision peut être prise de se retirer du trou afin d'éviter le broyage de la roche. Dans un réalisation préférée de l'invention, le bruit de la pompe est séparé par filtration et les variations de pression provenant du fond du trou sont détectées avec une définition égale ou supérieure à environ 70 kPa de façon à observer les caractéristiques précises qui recèlent la signature annonciatrice des événements de bourrage. Une caractéristique supplémentaire de l'invention consiste en ce qu'un procédé et un système sont réalisés pour
permettre aux opérateurs en surface de savoir avec précision5 si les outils de fond de trou sont actionnés en observant les changements dans les passages du fluide de forage.
Ces objets et d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront aisément compris à partir de la lecture de la spécification suivante, en se10 référant aux dessins dans lesquels: La figure 1 est une vue schématique en élévation d'un dispositif conventionnel de prélèvement d'échantillons de carotte avant qu'il soit utilisé pour l'obtention d'une carotte-échantillon;15 La figure 2 est une vue schématique en élévation du dispositif de la figure 1 au cours d'une opération de sondage pour carottage à l'intérieur d'un trou de forage dans le sol; La figure 3 est une vue en élévation d'une tour de forage à laquelle est suspendue une colonne de forage dans un trou de forage; La figure 4 est un organigramme de circulation des signaux traités par les composants de circuit utilisés conformément à la présente invention en vue de fournir une détection précoce de bourrage dans le dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte suspendu à l'extrémité inférieure de la colonne de forage de la figure 3; La figure 5 une courbe représentant la pression dans la colonne montante de la boue en fonction du temps et utilisée pour contrôler un outil de fond de trou en accord avec la présente invention; et La figure 6 est une vue schématique en élévation d'un outil alternatif de fond de trou dont l'actionnement est contrôlé
en accord avec la présente invention.
En se référant à présent à la figure 1, un dispositif conventionnel de prélèvement d'échantillons de carottte 10 illustré schématiquement, comporte une première extrémité 12 femelle ou tubulaire filetée intérieurement afin de recevoir une extrémité de broche d'une masse-tige (non illustrée). Le dispositif 10 possède une pluralité de guides de masse-tige 14 entre ses extrémités ainsi qu'un trépan de carottage 16 à son extrémité inférieure. Un cylindre interne de carotte 18 possède une chambre intérieure 20 alignée avec la chambre intérieure 22 du trépan de carottage 16. Le cylindre interne de carotte 18 est monté en rotation dans le cylindre externe de carotte 24 à l'aide d'une pluralité de surfaces portantes 26 situées sur les côtés du cylindre interne de carotte 18. Une surface portante 28 sépare la partie supérieure du cylindre interne de carotte 18 du cylindre externe de carotte 24. Une surface portante 30 sépare la partie inférieure du cylindre interne de carotte 18
de la tige 32 du trépan de carottage 16.
Un passage de fluide de forage commençant à partir de la chambre 34 se poursuit en entonnoir à travers la chambre 36 et au-delà, jusqu'à une chambre 38 au diamètre encore plus rétréci comportant un siège de bille 40. La chambre 38 termine le passage de fluide de forage à l'intérieur de la
chambre 20 dans le cylindre interne de carotte 18.
Un second passage de fluide de forage 42 est connecté à la chambre 36, au dessus du siège de bille 40, réalisant un passage de fluide de forage entre le cylindre interne de carotte 18 et le cylindre externe de carotte 24, et débouche
dans l'anneau 23 à travers les accès 44.
En se référant à présent à la figure 2, l'appareil selon la figure 1 est illustré, à nouveau schématiquement, avec une bille 46 lachée depuis la surface du sol dans le siège de bille 40, afin d'obturer le passage 38. Une carotte 48 est illustrée, remplissant partiellement la chambre 20, ayant été forée par le trépan de carottage 16 et provenant de
la formation géologique 50.
Durant le fonctionnement d'un appareil conventionnel de prélèvement d'échantillons de carotte 10 illustré sur les figures 1 et 2, le fluide de forage pompé depuis la surface du sol passe séquentiellement à travers les chambres 34, 36, 38 et 20, puis débouche à travers la chambre 22 du trépan de carottage 16 dans l'anneau 23 du trou de forage illustré sur
la figure 2.5 Lorsqu'elle a été conçue en vue d'obtenir une carotte-
échantillon, la bille 46 est lâchée depuis la surface du sol, afin d'obturer le passage 38, obligeant ainsi la totalité du fluide de forage à passer à travers le passage 42 et les accès de sortie 44 dans l'anneau 23. La cessation de10 l'écoulement du fluide de forage à travers l'accès de sortie
et provenant de la chambre 22 permet à la carotte-
échantillon 48 d'entrer progressivement dans la chambre 20,
d'une façon tout à fait connue dans l'art.
La forme particulière du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte utilisé dans la présente invention n'est pas importante, excepté pour ce qui sera expliqué de façon détaillée dans le texte ci-après. Il est bien connu que ces dispositifs, indépendamment de leur structure ou de leur mode de fonctionnement, partagent une caractéristique: la tendance au bourrage. Ils possèdent habituellement des moyens (non illustrés) à l'intérieur de la chambre 20 pour
"arracher" la carotte, et sont ainsi qualifiés d'arrache-
carottes. La carotte-échantillon 48 bourre bien trop souvent, typiquement d'une façon qui entraîne une discontinuité dans l'ascension de l'échantillon dans la chambre 20. Ceci, à son tour, se traduit par le fait que le poids de la colonne de forage repose sur le fond de la carotte, déplaçant le poids de la colonne de forage sur le cylindre interne de carotte 18. Dans la majorité des cas, cette action détruit l'état de marche interne du dispositif de prélèvement d'échantillons de
carotte 10.
En se référant à présent à la figure 3, une tour de forage 60 illustrée schématiquement, comporte une colonne 62 de tuyau de forage et de massetiges qui est suspendue dans la formation géologique 50 et possède à son extrémité inférieure un dispositif de prélèvement d'échantillons de
carotte destiné à forer et à récupérer des carottes-
échantillons. Le fluide de forage est pris à partir du bassin de réception des boues 64 à l'aide d'une pompe 66, pouvant être du type à piston alternatif, puis mis en circulation à travers la colonne montante de boue 68 vers le bas en passant à travers la colonne de forage 62, mis à l'extérieur à travers l'accès de sortie du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte 10, et ramené à la surface du sol dans l'anneau 23 existant entre la colonne de forage 62 et la paroi du puits de forage. Lorsqu'il atteint la surface, le fluide de forage (la "boue") est refoulé à travers la conduite 70 à nouveau dans le bassin de réception des boues dans lequel les débris de roches ou d'autres débris du puits peuvent décanter avant que la boue ne soit mise en recirculation. Un capteur de pression piézoélectrique 72 est placé dans la colonne montante de boue 68, la sortie d'un tel capteur étant connectée à un système de filtrage et de
traitement 74 faisant l'objet d'une description détaillée
dans le texte ci-après. Un capteur de comptage de courses de pompe 76 est également placé dans la colonne montante de boue 68, la sortie d'un tel capteur 76 étant aussi connectée au
système 74.
En se référant à présent à la figure 4, le filtre et le système de traitement 74 de la figure 3 sont illustrés et décrits de façon très détaillée. La ligne 77 provenant du premier capteur de pression 72 attaque les composants de circuit d'entrée du signal du capteur de pression 80 au moyen desquels le capteur 72 convertit l'entrée de pression comprise entre 0 et environ 35 000 kPa détectée par le capteur 72 en une sortie 4-20 ma qui est ensuite convertie en un signal analogique de 1-5 V. La sortie du circuit 80 attaque un circuit de filtre passe-bas analogique 82. De façon à s'assurer que le signal d'entrée de pression est à bande réduite et que la procédure d'échantillonage satisfait au critère de Nyquist, le filtre passe-bas analogique et à antirepliement de spectre 82 est utilisé avant la conversion A/N. Il est implanté grâce à l'utilisation d'un filtre de Chebyshev à taux d'ondulation de 1,25dB et à deux pôles dont la fréquence de coupure est de 50Hz. La sortie du circuit à filtre 82 attaque un convertisseur A/N. Pour obtenir la précision requise de lecture du signal de pression, un convertisseur A/N à seize bits est utilisé dans le système afin de convertir l'entrée analogique en numérique en vue d'un traitement ultérieur du signal numérique. La fréquence d'échantillonage utilisée est
de 250Hz.
Le convertisseur A/N 84 attaque une entrée d'un filtre à chapelet BBD 86 pouvant être fabriqué en accord avec le document U.S. Patent No. 4,730, 281 de Paul F. Rodney et al., cédé à Baroid Technology, Inc., l'attributaire de la présente invention. De façon à éliminer le bruit analogique de la pompe, le filtre à chapelet BBD 86 est utilisé pour éliminer le bruit de la pompe à une fréquence particulière dépendant de la vitesse de la pompe. Le filtre à chapelet BBD 86 génére une forme d'onde de référence qui constitue l'approximation la plus proche de la sortie du bruit de la pompe. Cette référence est soustraite du signal de pression d'entrée afin de générer une sortie sans bruit. Il convient de noter que la ligne à retard utilisée dans le filtre à chapelet BBD 86 n'est seulement ajustée que pendant la durée qui suit une course. Les caractéristiques de la ligne à retard ne sont pas modifiées (raccord à bande de caoutchouc) pour s'adapter à la nouvelle durée suivant une course. A la place, on oblige la ligne à retard à s'adapter à la nouvelle durée par moyennages successifs. Si l'on détecte l'absence d'une course, le détecteur d'absence de course ayant joint une copie de l'onde correspondant à la course absente, la fonctionnalité du
filtre n'est pas affectée.
La ligne 77 provenant du capteur de pression sûr 76 attaque l'entrée du circuit du signal de course numérique 90, faisant en sorte que les signaux de course de pompe soient interprétés soit comme un signal de Ov soit un signal de 5v issu du circuit 90. La sortie du circuit 90 attaque un filtre de course et un détecteur d'absence de course 92. Le filtre de course prend en charge la reconnaissance de la forme des courses. Il a la capacité de déterminer les états marche/arrêt de la pompe à boue ainsi que les vitesses de course. La stabilité des vitesses de la pompe est contrôlée de près et les courses absentes sont détectées et corrigées en fonction des valeurs ayant moyenné les intervalles des courses précédentes. La sortie du circuit 92 attaque une
seconde entrée du filtre à chapelet BBD 86.
La sortie du filtre à chapelet BBD 86 attaque l'entrée d'un filtre passebas numérique à réponse impulsionnelle infinie (RII) 94. Le filtre à chapelet BBD ayant éliminé le bruit analogique de la pompe à boue, seuls les autres signaux (signaux autres que ceux de la pompe à boue) sont délivrés par le filtre à chapelet BBD 86. Dans cette application, comme seuls les composantes des signaux à très basses fréquences présentent un intérêt, un filtre à réponse impulsionnelle infinie à gain unité et à pôle unique 94 est
utilisé. Sa fréquence de coupure est réglée à 6,25Hz.
La sortie du filtre 94 est couplée au circuit 96 contenant le signal représentatif de la condition du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte 10 tel le dispositif 10 des figures 1 et 2. Le signal représentatif, fréquemment annonciateur d'un bourrage catastrophique du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte, est mémorisé dans un enregistreur numérique 98 et est aussi affiché visuellement à l'intention d'un opérateur de surface,
par exemple, sur l'oscilloscope 100.
Pendant le fonctionnement du système décrit dans le texte ci-après, il est important de bien faire la différence entre les variations de pression répétitives dues au pompage de routine et à la circulation du fluide de forage, et les événements de pression non répétitifs dus au forage et au carottage et qui en sont représentatifs. La case 96 de la figure 4 comprend de préférence un ordinateur portable, 386SX ou plus rapide, avec une mémoire vive (RAM) de 4 mégaoctets et une mémoire à disque dur de 40 à 60 mégaoctets. Le logiciel utilisé avec le système doit préférablement être écrit spécifiquement à destination de l'opération de carottage afin que l'écran d'affichage 100 puisse afficher de façon réglable la pression dans la colonne montante pour permettre un examen visuel de la pression absolue dans la colonne montante à l'intérieur d'une plage étroite, par exemple, environ 700 kPa. Bien que les autres capteurs et leurs lignes de connexion ne soient pas illustrés, l'écran d'affichage 100 doit préférablement comprendre la vitesse de rotation de la colonne de forage (RPM), le poids sur le trépan de forage (WOB) et la longueur de la colonne de forage
engagée à l'intérieur du trou de forage.
A la différence des procédés précédents destinés à détecter le bourrage du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte en contrôlant le poids sur trépan WOB, la vitesse RPM ou les augmentations importantes de pression dans la colonne montante qui indiquent habituellement un bourrage catastrophique, la présente invention réalise la signature de la pression en fonction du temps ou le profil d'une opération de carottage normale (sans bourrage), et la signature de la pression en fonction du temps ou le profil d'un événement précurseur et annonciateur
d'un bourrage catastrophique.
Une fois que l'opération de carottage a débuté, par exemple, en lachant la bille 46 dans le siège de bille 40 des figures 1 et 2, le profil montré sur un afficheur 100 fait apparaître une montée brusque initiale de la pression
indiquant l'obturation du passage 38.
La figure 5 illustre graphiquement un tracé de la pression de la colonne montante en fonction du temps pendant une opération de carottage. Le segment de courbe A indique
que la bille 46 n'est pas encore en place dans le siège 40.
Le segment B révèle que la bille s'est mise en place dans le siège 40, avec une montée simultanée de la pression de la colonne montante suivie d'un nivellement de la pression pendant l'opération de carottage normale et indiqué par le segment C de la courbe de pression. Le segment de courbe C développe sa forme caractéristique une fois que le carottage5 a commencé et après que le trépan de carottage a complètement
imprimé son empreinte sur la face du trou du puits.
L'amplitude du segment de courbe C est une fonction des chutes de pression cumulées dans la colonne montante, à travers le diamètre intérieur (D.I.) et la face du trépan de carottage. La pression de la colonne montante possède un relevé de la pression de fond diminuée de la pression avant le fond équivalent à la chute de pression à travers le trépan de carottage. Pendant un carottage normal, la courbe est généralement de forme horizontale, avec un petit nombre de faibles variations de pression (+/70 kPa environ). Le relevé de la pression absolue de la courbe est fonction de la conception et de la réalisation de la colonne de forage comprenant le cylindre de carottage et le trépan de carottage, la forme du trou du puits, le débit du fluide de forage, les caractéristiques rhéologiques du fluide de forage et la lithologie ou les propriétés de la formation faisant
l'objet du carottage en cours.
Dans une forme habituelle de bourrage, le cylindre de carottage bourré empêche la poursuite de l'entrée de la carotte dans le tube interne. Le poids sur trépan est graduellement tranféré du trépan WOB de carottage au tronçon de carotte lorsque la carotte bourrée empêche une pénétration supplémentaire. Le poids sur trépan étant transféré sur le tronçon de carotte, le trépan de carottage est moins pressé contre la face du trou de forage. Ce "forage à vide" par le trépan de carottage provoque une chute de pression de la colonne montante en raison de la moindre résistance rencontrée par le fluide de forage pour s'écouler à travers la face du trépan de carottage. Cette chute de pression constitue la première phase de la courbe caractéristique associée à une variation anormale de la pression. Cette chute de pression annonciatrice est illustrée par le segment D de
la courbe illustrée de la figure 5.
A un moment donné, le poids sur trépan WOB qui a été
transféré sur le tronçon de carotte devient trop important.
Le tronçon de carotte se brise sous le poids ou bien le bourrage se libère, permettant à la colonne de forage et à l'assembage de carottage de retomber rapidement et avec force en faisant contact avec le puits de forage. L'affaissement du tronçon de carotte et/ou l'ensevelissement momentané du trépan de carottage dans le puits de forage génére une accumulation de particules de la formation de différentes tailles dans la gorge du trépan de carottage entre
l'extrémité inférieure du cylindre interne et la jauge D.I.
du trépan de carottage. L'accumulation de matériau décrite ci-dessus sous l'action du fluide de forage vient à boucher le passage primaire du fluide. Ce bouchage provoque une montée immédiate de la pression de la colonne montante. Cet accroissement de pression peut atteindre environ 7000 kPa dans des formations très dures et descendre à environ 350 kPa dans des formations très douces et non consolidées. La montée brusque de la pression indiquant le bouchage du passage du fluide est montrée par le segment E de la courbe de la figure 5. Lorsque la pression accrue arrive à un certain niveau, le blocage des passages de fluides du trépan de carottage est surmonté et un afflux de fluide de forage élimine la totalité ou une partie du blocage. Ceci se traduit par une réduction immédiate et importante de la pression de la colonne montante, comme illustré par le segment F de la courbe de la
figure 5.
Si le bourrage est supprimé, le profil de la pression de la colonne montante revient approximativement à son niveau original. Un bouchage partiel subsistant après le redémarrage
du carottage se traduit par une courbe "normale" surélevée.
Ainsi, si le segment F revient au même niveau que le niveau C, le bouchage du passage de fluide est éliminé. Si le segment F est surélevé par rapport au segment C (comme illustré sur la figure 5), ceci indique un bouchage partiel des passages de fluide. La forme de la courbe est essentiellement déterminée par la force de compression des roches de la formation faisant l'objet du carottage en cours. Dans des formations telles qu'un sable non consolidé, avec une force de compression très
basse, la variation d'amplitude de la courbe est très faible.
Le système selon la présente invention est, de façon unique, capable de différencier les subtiles variations de pression anormales. La courbe varie également en amplitude et en réponse au bourrage potentiel en fonction de la conception du trépan de carottage. Les trépans de carottage comportant des accès de refoulement de la face génèrent une courbe qui diffère de celle des trépans de carottage ayant des passages conventionnels de fluide. Les trépans de carottage possédant des coupoirs compacts en diamant polycristallin, les CDP, et pour lesquels un écart important existe entre la face du trépan et la formation, ont une amplitude bien plus basse que les coupoirs à diamants synthétiques thermiquement stables ou
les modèles à diamants naturels ayant peu ou pas d'écart.
Le temps est le facteur essentiel dans la mise en oeuvre de la présente invention. Un événement précurseur, annonciateur d'un bourrage catastrophique peut survenir très rapidement, typiquement entre trente secondes et quatre minutes. Parce que les techniciens assurant le carottage peuvent être occupés à d'autres tâches durant l'opération de carottage, et manquer la courte durée, avec une signature annonciatrice telle que le segment D de la figure 5, et en utilisant des concepts bien connus d'intelligence artificielle, des composants supplémentaires de circuit peuvent être prévus pour faire sonner l'alarme 102 de la
figure 4 à l'occasion d'un tel événement précurseur.
Dès que l'événement anormal est détecté, soit par affichage visuel sur l'oscilloscope 100, soit par sonnerie de l'alarme 102, ou bien par n'importe quel moyen, le chef des travaux de forage peut mener une action palliative afin d'empêcher la poursuite du bourrage de l'équipement de carottage. L'action palliative prend typiquement la forme5 d'une modification d'un paramètre de forage, la variation de la vitesse de rotation RPM ou le poids sur trépan (WOB), par exemple. Si une signature identique ou similaire se poursuit malgré la modification de l'un ou de plusieurs paramètres de forage, l'opération de carottage doit être interrompue et la colonne de forage retirée du trou de forage. Si nécessaire, le dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte bourré peut alors être remplacé et les opérations de carottage peuvent être reprises en remettant en place la colonne de
forage dans le trou de forage.
En se référant à présent à la figure 6, un appareil d'élargissement de puits de forage 110 est illustré de façon tout à fait schématique, en place au sein d'une colonne de forage entre deux masse-tiges 112 et 114.L'appareil d'élargissement de trou 110 posséde des extrémités tubulaires filetées à ses extrémités supérieure et inférieure afin de
recevoir respectivement les extrémités de broche des masse-
tiges 112 et 114.
L'appareil d'élargissement de trou 110 comporte deux assemblages de coupage rétractables 116 et 118 ou plus, qui demeurent en position rétractée, au sein de deux cavités 120 et 122 ou plus, les cavités se situant dans la partie élargie 124 de l'appareil 110. Il doit être considéré que l'appareil illustré sur la figure 6 est très schématique et n'a pour but que de décrire la présente invention qui est utilisée pour contrôler le mouvement vers l'extérieur de la pluralité de bras 116 et 118. Si nécessaire, l'appareil 110 peut être fabriqué en accord avec l'enseignement à tirer de United States Patent4,589,504, spécialement comme illustré sur la figure 2 de ce brevet, le brevet étant cédé à Baroid
Technology, Inc., l'attributaire de la présente invention.
Il suffit de dire à ce point que l'appareil 110 est mis en place dans le puits de forage 126 au sein d'une formation géologique 128, à chaque fois qu'il est nécessaire d'élargir le trou de forage à une certaine profondeur présentant5 quelque intérêt. A une telle profondeur, la pluralité de bras 116 et 118 sont mis en expansion vers l'extérieur et utilisent les coupoirs 130 et 132 pour élargir le diamètre du trou de forage, par exemple, comme cela est illustré par le trou de forage 134 ayant un diamètre supérieur à celui du
trou de forage 126.
Dans la mise en oeuvre de la présente invention, s'agissant du contrôle du mouvement des bras 116 et 118 de la figure 6, la colonne de forage comportant l'appareil 110 est mise la première en place dans le trou de forage 126. Lorsque l'appareil 110 est actionné, soit par une modification de la pression de fluide de forage soit par manipulation de la colonne de forage, les bras 116 et 118 commencent à s'étendre vers l'extérieur. Ce mouvement modifie l'hydraulique du fluide de forage et génére des signatures caractéristiques de l'onde de pression telle qu'elle est mesurée par les capteurs 72 et 76 conjointement avec le système 74 des figures 3 et 4, essentiellement de la même façon que celle décrite dans ce texte concernant la génération d'un signal précurseur indiquant l'imminence du bourrage des équipements de sondage
pour carottage.
L'invention peut également être utilisée avec n'importe quel outil de fond de puits possédant une ou plusieurs pièces à positions multiples, tels que des guides réglables, des
ouvreurs de trou, des élargisseurs ou équivalents.
Claims (34)
1. Procédé destiné à déterminer qu'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) est dans les premiers instants d'un bourrage, caractérisé en ce qu'il5 comprend les étapes de: séparation par filtrage (74) des effets des impulsions répétitives dans la colonne montante (68) de fluide de forage d'une tour de forage (60) rotative comportant une colonne (62) de conduite de forage et un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) commandé par ladite tour de forage; contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de ladite colonne montante représentatives de l'opération de carottage du dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte avant qu'il ne soit bourré; et détection d'une modification desdites impulsions contrôlées indiquant les premiers instants du bourrage dudit
dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus, une étape de variation d'un paramètre de forage, en réponse à ladite modification détectée, afin de limiter le développement du bourrage dudit dispositif de
prélèvement d'échantillons de carotte.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit paramètre de forage est la vitesse de rotation RPM
de la colonne de forage.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce
que ledit paramètre de forage est le poids sur trépan.
5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de variation d'un paramètre de forage comprend la
cessation de l'opération de forage.
6. Procédé destiné à déterminer qu'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) est dans les premiers instants d'un bourrage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de la colonne montante (68) d'une tour de forage (60) rotative représentatives de l'opération de carottage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte avant qu'il ne soit bourré; et détection d'une modification desdites impulsions contrôlées indiquant les premiers instants du bourrage dudit
dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en plus, une étape de variation d'un paramètre de forage, en réponse à ladite modification détectée, afin de limiter le développement du bourrage dudit dispositif de
prélèvement d'échantillons de carotte.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit paramètre de forage est la vitesse de rotation RPM
de la colonne de forage.
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce
que ledit paramètre de forage est le poids sur trépan.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de variation d'un paramètre de forage comprend
la cessation de l'opération de forage.
11. Procédé destiné à déterminer l'actionnement d'un outil de fond de puits suspendu dans une colonne de forage (62) à l'intérieur d'un trou de forage depuis une tour de forage rotative, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: séparation par filtrage (74) des effets des impulsions répétitives dans la colonne montante (68) de fluide de forage de ladite tour de forage (60) rotative; contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de ladite colonne montante (68) représentatives de l'état dudit outil de fond de puits avant son actionnement; et détection d'une modification desdites impulsions contrôlées indiquant l'actionnement dudit outil de fond de puits.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit outil de fond de puits est un ouvreur de trou.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit outil de fond de puits est un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte.
14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en
ce que ledit outil de fond de puits est un élargisseur.
15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en
ce que ledit outil de fond de puits est un guide réglable.
16. Système destiné à déterminer qu'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) est dans les premiers instants d'un bourrage, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de séparation (74) par filtrage des effets des impulsions répétitives dans la colonne montante (68) de fluide de forage d'une tour de forage (60) rotative comportant une colonne (62) de conduite de forage et un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) commandé par ladite tour de forage; des moyens de contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de ladite colonne montante (68) représentatives de l'opération de carottage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte avant qu'il ne soit bourré; et des moyens de détection d'une modification desdites impulsions contrôlées indiquant les premiers instants du
bourrage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons.
17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte en plus, une étape de variation d'un paramètre de forage, en réponse à ladite modification détectée, afin de limiter le développement du bourrage dudit
dispositif de prélèvement d'échantillons.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit paramètre de forage est la vitesse de rotation
RPM de la colonne de forage.
19. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit paramètre de forage est le poids sur trépan.
20. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens de variation d'un paramètre de forage comprend des moyens destinés à cesser l'opération de forage.
21. Système destiné à déterminer qu'un dispositif de prélèvement d'échantillons est dans les premiers instants d'un bourrage, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de la colonne montante (68) d'une tour de forage (60) rotative représentatives de l'opération de carottage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons avant qu'il ne soit bourré; et des moyens de détection d'une modification desdites impulsions contrôlées indiquant les premiers instants du bourrage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte.
22. Système selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en plus, des moyens de variation d'un paramètre de forage, en réponse à ladite modification détectée, afin de limiter le développement du bourrage dudit
dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte.
23. Système selon la revendication 22, caractérisé en ce que ledit paramètre de forage est la vitesse de rotation
RPM de la colonne de forage.
24. Système selon la revendication 22, caractérisé en
ce que ledit paramètre de forage est le poids sur trépan.
25. Système selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens de variation d'un paramètre de forage comprennent des moyens destinés à cesser l'opération de forage.
26. Système destiné à déterminer l'actionnement d'un outil de fond de puits suspendu dans une colonne de forage (62) à l'intérieur d'un trou de forage depuis une tour de forage (60) rotative, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de séparation par filtrage des effets des impulsions répétitives dans la colonne montante (68) de fluide de forage de ladite tour de forage rotative; des moyens de contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de ladite colonne montante représentatives de l'état dudit outil de fond de puits avant son actionnement; et des moyens de détection desdites impulsions contrôlées
indiquant l'actionnement dudit outil de fond de puits.
27. Système selon la revendication 26, caractérisé en
ce que ledit outil de fond de puits est un ouvreur de trou.
28. Système selon la revendication 26, caractérisé en ce que ledit outil de fond de puits est un dispositif de
prélèvement d'échantillons de carotte.
29. Système selon la revendication 26, caractérisé en
ce que ledit outil de fond de puits est un élargisseur.
30. Système selon la revendication 26, caractérisé en
ce que ledit outil de fond de puits est un guide réglable.
31. Procédé destiné à déterminer qu'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) est dans les premiers instants d'un bourrage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de la colonne montante (68) d'une tour de forage (60) rotative afin de générer une signature caractéristique représentative de l'opération de carottage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte avant qu'il ne soit bourré; et détection d'une modification de ladite signature indiquant les premiers instants du bourrage dudit dispositif
de prélèvement d'échantillons de carotte.
32. Procédé destiné à déterminer qu'un outil de fond de puits comportant au moins une pièce mobile allant d'une première position à une seconde position, s'est déplacé de ladite première position à ladite seconde position, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de la colonne montante (68) d'une tour de forage (60) rotative afin de générer une signature caractéristique représentative d'au moins ladite pièce en première position; et détection d'une modification de ladite signature indiquant qu'au moins ladite pièce s'est déplacée en ladite
seconde position.
33. Système destiné à déterminer qu'un dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte (10) est dans les premiers instants d'un bourrage, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de la colonne montante (68) d'une tour de forage (60) rotative afin de générer une signature caractéristique représentative de l'opération de carottage dudit dispositif de prélèvement d'échantillons de carotte avant qu'il ne soit bourré; et des moyens de détection d'une modification de ladite signature indiquant les premiers instants du bourrage dudit
dispositif de prélèvement d'échantillons.
34. Système destiné à déterminer qu'un outil de fond de puits comportant au moins une pièce mobile allant d'une première position à une seconde position, s'est déplacé de ladite première position en ladite seconde position, comprenant: des moyens de contrôle des impulsions du fluide de forage à l'intérieur de la colonne montante (68) d'une tour de forage (60) rotative afin de générer une signature caractéristique représentative de ladite pièce étant en première position; et des moyens de détection d'une modification de ladite signature indiquant qu'au moins ladite pièce s'est déplacée
en ladite seconde position.
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