FR2859754A1 - Appareil et procedes pour reduire les effets de courant de forage - Google Patents
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Abstract
Un outil de diagraphie de puits (10) comprend un mandrin conducteur (51) ; un réseau d'antennes disposé autour du mandrin conducteur (51) , dans lequel le réseau d'antennes comprend une pluralité d'antennes disposées sur des supports isolants et au moins une entretoise de contact (53), l'entretoise de contact (53) ayant au moins une voie conductrice (55) ayant un ensemble de contact (52) disposé sur celle-ci ; et une gaine (11) disposée sur le réseau d'antennes, dans lequel la gaine (11) comprend au moins une électrode (12), l'électrode (12) et l'ensemble de contact (52) conçus pour fournir une voie radialement conductrice depuis une partie externe de l'outil de diagraphie de puits (10) vers le mandrin conducteur (51).
Description
APPAREIL ET PROCEDES POUR REDUIRE LES EFFETS DE COURANT
DE FORAGE
Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil et des procédés pour réduire et/ou corriger les effets de forage rencontrés sur les mesures souterraines.
Art antérieur Diverses techniques de diagraphie de résistivité sont connues dans le domaine de l'exploration et de la production d'hydrocarbures. Ces techniques, comprenant les techniques par induction électromagnétique (EM) et galvanique (à savoir les latérologs), utilisent habituellement des instruments de diagraphie ou "sondes" équipés de sources conçues pour émettre l'énergie (champ EM ou tension) à travers un forage dans la formation souterraine. L'énergie émise interagit avec la formation environnante pour produire des signaux qui sont détectés par un ou plusieurs capteurs sur l'instrument. En traitant les signaux détectés on obtient un profil de formation.
Afin d'obtenir des mesures de haute qualité, ces outils (particulièrement les outils d'induction) doivent rester approximativement centrés dans le forage. Si un outil d'induction n'est pas au centre du forage, cela peut induire d'importants signaux générés par le forage qui interfèrent avec les signaux provenant de la formation. Avec des outils de forage de diagraphie pendant le sondage (LWD) et à câble ou de mesure pendant le sondage (MWD), il est difficile de maintenir à chaque fois les outils au centre du forage. Le changement de signal à mesure que l'outil de mesure se déplace du centre du forage vers la paroi de celui-ci est appelé "effet d'éloignement" ou "effet d'excentrement". Si l'outil n'est pas au centre du forage, les mesures effectuées à différents angles azimutaux peuvent ne pas avoir les mêmes effets d'éloignement si les outils ont une sensitivité directionnelle.
L'éloignement et l'excentration affectent différents outils à des portées différentes. Pour les outils de résistivité, ces effets indésirables sont dus à la résistivité de la boue ou aux courants générés dans la boue de forage dans le forage ("courants de forage"). Des modes de réalisation de l'invention concernent les procédés de réduction de ces effets indésirables, particulièrement ceux émanant des courants de forage. Ces procédés sont généralement applicables à tous les types de technique de diagraphie de résistivité. Toutefois, pour des raisons de précision, la description suivante utilise la diagraphie par induction électromagnétique (EM) afin d'insister sur les problèmes associés aux courants de forage et illustrer les procédés visant à réduire au minimum ces problèmes. L'homme du métier ordinaire apprécierait que les modes de réalisation de l'invention ne soient pas limités aux outils de diagraphie par induction EM et comprennent spécifiquement des demandes portant sur des outils similaires connus comme outils de propagation, tel que l'outil Compensé de Résistivité de Réseau (ARC) commercialisé par Schlumber Technology Corporation.
Les techniques de diagraphie par induction Electromagnétique (EM) se divisent en deux catégories: diagraphie pendant les opérations de forage (LWD) et à câble. La diagraphie à câble implique de faire descendre un instrument dans le forage au bout d'un câble électrique afin de réaliser des mesures souterraines. Les techniques LWD utilisent des instruments disposés sur des colliers d'un ensemble de forage pour réaliser des mesures pendant le forage d'un forage.
Les instruments classiques de diagraphie EM LWD et à câble sont mis en oeuvre avec des antennes qui peuvent fonctionner comme des sources et/ou capteurs. Sur les instruments de diagraphie EM à câble, les antennes sont généralement logées dans un boîtier composé d'une matière plastique souple (isolante), à savoir une matière en fibre de verre laminée imprégnée de résine époxy. Sur les instruments de diagraphie EM LWD, les antennes sont généralement montées sur des supports métalliques (colliers) afin de supporter les environnements défavorables rencontrés au cours du forage. En variante, ces instruments peuvent être composés de matières thermoplastiques (isolantes). La matière thermoplastique de ces instruments fournit une structure non conductrice pour le montage des antennes. Le brevet US N 6 084 052 (assigné au présent cessionnaire) décrit des instruments de diagraphie à base de composite pour utilisation dans des applications à câble et LWD.
Sur les deux instruments LWD et à câble, les antennes sont généralement espacées l'une de l'autre le long de l'axe de l'outil. Ces antennes sont généralement des bobines de type solénoïde qui comprennent un ou plusieurs tours de fil conducteur isolant enroulé autour d'un support. Les brevets US N 4 651 101, 4 873 488 et 5 235 285 (tous assignés au présent cessionnaire), par exemple, décrivent des instruments équipés d'antennes disposées le long d'un support métallique central.
En fonctionnement, l'antenne d'émission est alimentée par un courant alternatif pour émettre de l'énergie EM à travers le fluide du forage (désigné également par boue) dans la formation. Les signaux détectés à l'antenne de réception sont généralement exprimés comme un nombre complexe (tension de vecteur de phase) et reflètent les interactions de l'énergie émise avec la boue et la formation.
Une bobine (ou antenne) transportant un courant peut être représentée comme un dipôle magnétique ayant un moment magnétique proportionnel au courant et à la zone. La direction et l'amplitude du moment magnétique peuvent être représentées par un vecteur perpendiculaire au plan de la bobine. Dans les instruments classiques de diagraphie par propagation et induction, les antennes d'émission et de réception sont montées avec leurs dipôles magnétiques alignés avec l'axe longitudinal des instruments. A savoir, ces instruments ont des dipôles magnétiques longitudinaux (LMD). Lorsqu'un outil LWD est placé dans un forage et alimenté pour émettre de l'énergie EM, les courants de Foucault induits circulent en boucles autour de l'antenne dans le forage et dans la formation environnante. Ces courants de Foucault circulent sur des plans perpendiculaires à l'axe de l'outil (d'où, l'axe du forage). Par conséquent, aucun courant de Foucault ne circule au-dessus ou au-dessous du forage.
Une technique émergente dans le champ de diagraphie de puits par induction EM est l'utilisation des instruments incorporant des antennes ayant des antennes transversales ou inclinées, à savoir, les dipôles magnétiques des antennes sont inclinés par rapport à ou perpendiculairement à l'axe de l'outil. A savoir, ces instruments ont des dipôles magnétiques inclinés ou transversaux (TMD). Ces instruments TMD peuvent induire des courants de Foucault qui circulent sur des plans non perpendiculaires à l'axe du forage. Ainsi, les outils TMD peuvent fournir des mesures qui sont sensibles aux plans d'inclinaison, aux fractures de formation, ou anisotropie de formation. Les instruments de diagraphie avec les TMD sont décrits, par exemple, dans les brevets US N 4 319 191, 5 508 616, 5 757 191, 5 781 436, 6 044 325 et 6 147 496.
Alors que les outils LMD sont capables de fournir des mesures de résistivité de formation améliorées, ces outils ont tendance à être plus influencés par les courants de forage, particulièrement dans des situations de contraste élevé, à savoir, lorsque la boue dans le forage est plus conductrice que la formation. Lorsqu'un outil TMD est alimenté au centre d'un forage (sous le numéro de référence 20 sur la figure la) il peut induire des courants de Foucault circulant au-dessus et au- dessous du forage. Toutefois, du fait de la symétrie, les courants ascendants et descendants s'annulent et aucun courant net ne circule dans le forage. Lorsqu'un outil TMD est excentré, la symétrie peut disparaître. Si l'outil TMD est excentré dans une direction parallèle à la direction du dipôle magnétique de son antenne (sous le numéro de référence 22 sur la figure la), la symétrie par rapport à l'antenne est maintenue et aucun courant net ne circule le long de l'axe du forage, lorsque l'antenne est alimentée. Toutefois, si un TMD est excentré dans une direction perpendiculaire à la direction du dipôle magnétique de son antenne (sous le numéro de référence 21 sur la figure la), la symétrie n'existe plus et aucun courant net ne circulera vers le haut ou le bas du forage, lorsque l'antenne est alimentée. Dans des situations de contraste élevé (à savoir boue conductrice et formation résistive), les courants de forage peuvent circuler sur une longue distance le long du forage. Lorsque ces courants traversent les récepteurs TMD, ils induisent des signaux parasites qui peuvent être le plus souvent plus importants que les signaux provenant de la formation.
Certains de ces effets indésirables peuvent être atténués au cours du traitement des données. Par exemple, le brevet US N 5 041 975 (assigné au présent cessionnaire) décrit une technique de traitement des données à partir des mesures de fond de forage pour corriger les effets de forage. Le brevet US N 5 058 077 décrit une technique pour traiter les données de capteur de fond pour compenser les effets de la rotation excentrique sur le capteur pendant l'opération de forage. Le brevet US N 6 541 979 (assigné au présent cessionnaire) décrit des techniques pour réduire l'effet d'excentricité du forage, en utilisant des corrections mathématiques pour les effets des courants de forage.
En variante, les effets indésirables des courants de forage peuvent être minimisés au cours de la saisie de données. Par exemple, le brevet US N 6 573 722 (assigné au présent cessionnaire) décrit des procédés pour réduire au minimum les courants de forage passant dans les antennes TMD. Dans un mode de réalisation, une électrode située sous l'antenne TMD est câblée à une autre électrode située sur l'antenne TMD pour fournir une voie conductrice au-dessous de l'antenne TMD. Cette voie conductrice supplémentaire réduit la quantité de courants de forage passant devant l'antenne TMD et minimise ainsi les effets indésirables. Toutefois, le câblage est susceptible d'induire des fuites de courant ou une perte de continuité électrique en raison des environnements de fond défavorables (à savoir température et pression élevées). Dans un autre mode de réalisation, il est décrit un outil qui génère un courant localisé dans le forage (entre les deux électrodes situées d'un côté ou de l'autre d'une antenne TMD) qui annihile ou supprime les courants parasites du forage. Toutefois, le courant localisé a un effet défavorable sur l'antenne TMD, quoique dans une moindre mesure que les courants de forage.
Alors que ces procédés et outils de l'art antérieur fournissent des moyens pour réduire les effets des courants de forage, de nouvelles améliorations restent encore à réaliser dans le développement des procédés et appareils simples et rentables pour réduire ou éliminer les effets indésirables des courants de forage.
Exposé de l'invention Dans un aspect, les modes de réalisation de l'invention concernent les outils de diagraphie de puits ayant des contacts dynamiques qui fournissent des voies conductrices radiales pour réduire ou éliminer les courants de forage passant dans une antenne de réception. Un outil de diagraphie de puits selon l'invention comprend un mandrin conducteur; un réseau d'antennes disposées autour du mandrin conducteur, dans lequel le réseau d'antennes comprend une pluralité d'antennes disposées sur des supports isolants et au moins une entretoise de contact, l'entretoise de contact ayant au moins une voie conductrice ayant un ensemble de contact disposé sur celui-ci; et une gaine disposée sur le réseau d'antennes, dans lequel la gaine comprend au moins une électrode, l'électrode et l'ensemble de contact conçus pour fournir une voie conductrice radiale à partir d'une partie externe de l'outil de diagraphie de puits vers le mandrin conducteur.
Un autre aspect de l'invention concerne des outils 30 de diagraphie par induction ayant des contacts dynamiques qui fournissent des voies radiales conductrices pour réduire ou éliminer les courants de forage passant dans une antenne de réception. Un outil de diagraphie de puits selon l'invention comprend un mandrin conducteur; un réseau d'antennes disposées autour du mandrin conducteur, dans lequel le réseau d'antennes comprend une pluralité d'antennes disposées sur des supports isolants et au moins une entretoise de contact comprenant un matériau électriquement anisotrope; et une gaine disposée sur le réseau d'antennes, dans lequel la gaine comprend au moins une entretoise, la au moins une électrode et la au moins une entretoise de contact étant conçues pour fournir une voie conductrice radiale à partir d'une partie externe de l'outil de diagraphie de puits vers le mandrin conducteur.
Un autre aspect de l'invention concerne les procédés de diagraphie de puits par induction utilisant un outil de diagraphie par induction disposé sur un forage, dans lequel l'outil de diagraphie par induction a un mandrin conducteur interne, au moins une antenne ayant un dipôle magnétique transversal, et au moins une voie radialement conductrice reliant le mandrin conducteur interne à au moins une électrode apparente sur une surface de l'outil de diagraphie par induction, dans lequel la voie radialement conductrice comprend un ensemble de contact pour fournir des contacts dynamiques avec le mandrin conducteur interne et au moins une électrode. Un procédé de diagraphie de résistivité comprenant des effets de courant de forage réduits selon un mode de réalisation de l'invention comprend l'émission d'une énergie électromagnétique depuis une antenne d'émission sur l'outil de diagraphie par induction dans une formation; la circulation des courants dans le forage à travers au moins une voie radialement conductrice vers le mandrin conducteur interne; et la mesure d'un signal induit dans une antenne de réception sur l'outil de diagraphie par induction.
D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront clairement à partir de la description et 10 des revendications annexées suivantes.
Brève description des dessins
La figure la illustre l'excentrement parallèle et perpendiculaire d'une antenne sur un outil de diagraphie électromagnétique à l'intérieur d'un forage.
La figure lb illustre des courants de forage circulant dans un forage adjacent à un outil de diagraphie perpendiculairement excentré.
La figure 2 illustre un outil de diagraphie ayant plusieurs électrodes disposées dans un forage.
La figure 3 illustre un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamiques selon un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 4 illustre un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamiques selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 5 illustre un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamiques selon un mode de réalisation de la présente invention.
Les figures 6a et 6b illustrent une entretoise de contact d'un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamiques selon un mode de réalisation de la présente invention.
Les figures 6c et 6d illustrent une variation de l'entretoise de contact d'un outil de diagraphie EM 5 illustré sur les figures 6a et 6b.
La figure 7 illustre un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamique selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 8 illustre un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamique selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 9 illustre une entretoise de contact d'un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamique selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
La figure 10 illustre un procédé pour réduire les effets de courant de forage en utilisant un outil de diagraphie EM ayant des électrodes de contact dynamique selon un mode de réalisation de la présente invention.
Description détaillée
Les modes de réalisation de la présente invention concernent les procédés et l'appareil pour réduire ou éliminer les effets indésirables causés par les courants de forage. Dans certains modes de réalisation, l'appareil de l'invention fournit des voies conductrices fiables pour diriger les courants de forage à distance d'un récepteur sur un outil de résistivité. Les modes de réalisation de l'invention peuvent supporter des environnements de fond défavorables.
Comme mentionné ci-dessus, la plupart des effets indésirables sont causés par les courants de forage résultant de l'excentrement de l'outil. La figure la illustre qu'un dipôle magnétique incliné ou transversal (TMD) 20, qui est situé au centre du forage, peut être excentré dans un forage 13 dans deux orientations possibles. Ces deux orientations sont désignées comme un excentrement parallèle 22 (parallèle à la direction du dipôle magnétique de l'antenne) et d'excentrement perpendiculaire 21. L'excentrement parallèle 22 produit des courants de Foucault dans le forage. En raison de la symétrie, aucun courant net ne circule au-dessus ou au-dessous du forage. Ainsi, un outil en excentrement parallèle 22 ne produit pas plus d'effets indésirables qu'un outil parfaitement au centre du forage 20. En revanche, un outil en excentrement perpendiculaire 21 induira des courants de Foucault circulant au-dessus et au-dessous du forage, mais sans la symétrie pour supprimer les courants ascendants et descendants. Par conséquent, l'excentrement perpendiculaire 21 produira des courants de forage importants 23, comme illustré sur la figure lb. Les courants de forage 23 produiront un signal fort dans un récepteur 24 disposé sur l'instrument de résistivité 10.
L'excentrement perpendiculaire 21 et l'excentrement parallèle 22 illustrés sur la figure la illustrent les extrêmes des déplacements de l'outil depuis le centre du forage. Dans un cas type, l'excentrement se situerait probablement entre ces deux extrêmes.
La présente invention offre une solution simple et rentable aux problèmes susmentionnés provenant des courants de forage. L'appareil et les procédés de la présente invention réduisent ou éliminent les courants de forage en fournissant des voies radiales conductrices qui dirigent les courants de forage à travers le mandrin interne de l'outil, réduisant ainsi les courants de forage passant par l'antenne de réception.
La figure 2 illustre un outil de diagraphie (ou instrument) 10 ayant un ou plusieurs réseaux d'antenne selon un mode de réalisation de la présente invention. L'outil de diagraphie de puits peut être un outil du type mesure pendant le forage (MWD), LWD ou à câble conçu pour se déplacer à travers le forage. L'outil peut être un outil d'induction, dans lequel l'évaluation de la formation est basée sur les mesures de tension, ou un outil de propagation, dans lequel l'évaluation de la formation est basée sur les mesures d'atténuation et de déphasage. Un profil de résistivité de formation peut être déterminé en temps réel en envoyant des données de signal à la surface à mesure de leur acquisition, ou il peut être déterminé à partir d'un mode enregistré en enregistrant les données sur un support d'enregistrement approprié (non illustré) logé à l'intérieur de l'outil 10.
Une pile de réseaux d'antennes ("réseau d'antennes") est disposée autour d'un mandrin conducteur 51 dans l'outil de diagraphie de puits 10.
Même si l'utilisation du mandrin conducteur à été jugée comme non souhaitable pour les outils de diagraphie par induction, Barber et al. ont montré que le mandrin conducteur (à savoir acier inoxydable ou cuivre) peut être utilisé dans les outils de diagraphie par induction pour produire un outil plus robuste et plus résistant. Pour les détails, voir les brevets US N 4 651 101 et 4 873 488 délivrés à Barber et al. Comme illustré sur la figure 2, le réseau d'antennes comprend un émetteur 15, un récepteur supérieur 16 et un récepteur inférieur 17. L'émetteur 15 et les récepteurs 16 et 17 pourraient être des LMD, TMD ou une combinaison de ceux-ci. Ces émetteurs et récepteurs sont généralement des antennes disposées sur des éléments supports non conducteurs, et les antennes conjointement aux éléments supports sont ensuite disposées autour du mandrin conducteur. Les antennes peuvent être des antennes à cadre de type solénoïde, des antennes cadre, ou toute configuration à bobine résultant en un dipôle magnétique transversal.
Le réseau d'antennes est disposé sur l'outil 10 à l'intérieur d'une gaine isolée (désignée comme "gaine") 11. La gaine 11 protège le réseau d'antennes. La gaine 11 est fixée par scellement à l'outil 10, au cours de l'étape finale d'assemblage, en la glissant sur l'outil 10 et en la positionnant de façon adjacente à la pile des réseaux. La gaine 11 peut être composée de tout matériau isolant résistant utilisé habituellement dans l'industrie, par exemple, un matériau composite, élastomère ou caoutchouc.
Comme illustré sur la figure 2, il y existe au moins une paire d'électrodes 12 logées dans la gaine 11 de sorte que l'émetteur 15 soit fixé au-dessus et au- dessous par la paire d'électrodes 12. Les électrodes 12 sont placées de façon apparente sur l'environnement de forage 13. Les électrodes 12 peuvent être des électrodes singulières (à savoir, bouton), ou annulaires (encerclant la gaine), par exemple des électrodes rubanées ou en forme d'anneau. Un mode de réalisation qui utilise des électrodes singulières 12 peut avoir de multiples électrodes 12 fixées de façon azimutale dans la même position longitudinale le long de l'accès de l'outil. Les électrodes 12 peuvent être composées de tout matériau conducteur résistant qui est utilisé habituellement dans l'industrie ou qui serait apprécié par un homme du métier ordinaire.
Dans un mode de réalisation préféré, la gaine 11 et les électrodes 12 sont composées de matériau résistant afin de limiter l'érosion (ou usure) causée par le frottement contre la paroi du forage 14 ou la corrosion causée par la nature caustique de l'environnement du forage 13.
Du fait que la gaine 11 est composée de matériaux isolants, les électrodes 12 de l'art antérieur sont reliées par des fils conducteurs entre les électrodes supérieure et inférieure 12 pour créer une voie conductrice derrière l'émetteur 15 (ou récepteurs 16 et 17) de sorte que les courants pourront s'écouler sous l'émetteur 15 (ou récepteurs 16 et 17). Toutefois, ces fils de raccordement ont souvent tendance à se rompre dans les environnements de fond défavorables, dans lesquels les températures peuvent atteindre 148 C (300 F) ou plus et les pressions peuvent être de 20 000 psi voire plus. La rupture résulte souvent des différents coefficients de dilatation thermique des divers matériaux utilisés sur l'outil.
Les modes de réalisation de l'invention résolvent ces problèmes en utilisant un raccordement souple (contact dynamique) qui peut supporter une dilatation thermique différentielle plutôt qu'un câblage direct pour former une voie conductrice entre les électrodes et un mandrin conducteur. Les modes de réalisation de l'invention prennent également en compte le fait que la gaine 11 coulisse sur la pile d'antennes lorsque l'assemblage de l'outillage est terminé. A savoir, le raccordement entre les électrodes 12 sur la gaine 11 et le mandrin interne ne peut être câblé du fait que la gaine 11 est glissée en dernier.
La figure 3 est une vue transversale d'une partie d'un outil de diagraphie de puits entièrement assemblé 10, selon un mode de réalisation de la présente invention. Comme illustré, le réseau d'antennes, qui comprend des entretoises 54, des bobines 50 et des entretoises interne 51 conducteur, métallique conducteur" isolante de contact 53 est assemblé sur un mandrin (qui peut être un mandrin métallique ou un fil conducteur, tige ou poteau etc., et est désigné comme "mandrin dans le présent document). La gaine avec les électrodes 12 insérées dans celle-ci, couvre et protège le réseau d'antennes. Un ensemble de contact électrique, également illustré ("ensemble de contact") 52 est disposé dans une voie conductrice 55 inclus dans l'entretoise de contact 53.
L'ensemble de contact 52 conjointement avec les électrodes 12 forme une voie conductrice depuis une partie externe de l'outil vers le mandrin conducteur 51. L'ensemble de contact 52 comme illustré comprend un ressort. Ceci est donné à titre d'illustration uniquement. "L'ensemble de contact" tel qu'il est utilisé dans le présent document se rapporte à une structure générale qui fournit une voie conductrice depuis l'électrode 12 vers le mandrin conducteur 51. L'ensemble de contact peut prendre toute forme, à savoir un élément conducteur, un élément conducteur plus deux plaques de ressort, un ressort avec deux plaques d'extrémités, etc., comme décrit plus en détail ci-dessous. En outre, l'élément conducteur qui comprend l'ensemble de contact peut être une partie intégrale de l'entretoise de contact 53, dans certains modes de réalisation.
Dans les modes de réalisation préférés, l'interface entre l'électrode 12 et l'ensemble de contact 52 n'est pas câblée, tout comme l'interface entre l'ensemble de contact 52 et le mandrin conducteur 51. Ceci tient au fait que la gaine 11, le réseau d'antennes, et le mandrin conducteur 51 peuvent présenter une dilatation thermique différente lorsque l'outil 10 est exposé à des températures élevées. Par exemple, l'allongement du réseau d'antennes, résultant de la dilatation thermique, peut être le plus petit du fait que la plupart de ses composants sont composés de céramique non conductrice. D'autre part, le mandrin conducteur 51 se dilatera considérablement du fait que les métaux ont généralement des coefficients de dilatation thermique supérieurs.
Par conséquent, selon les modes de réalisation de l'invention, l'ensemble de contact 52 fonctionne de façon dynamique pour maintenir la continuité électrique entre l'environnement du forage (à savoir l'extérieur de l'outil), qui est en contact avec l'électrode 12 et le mandrin conducteur 51 lorsque la température varie. Le nombre et le positionnement radial des ensembles de contact 52 reflètent le nombre et le positionnement radial des électrodes 12. Ces voies conductrices permettent aux courants de circuler radialement (depuis l'extérieur de l'outil dans l'axe de l'outil) depuis l'environnement du forage dans le mandrin conducteur 51 et éliminent ou minimisent les courants circulant le long de l'axe du forage.
La figure 4 est une section transversale d'une partie d'un outil de diagraphie de puits 10, illustrant une vue détaillée d'un ensemble de contact 52 selon un mode de réalisation de la présente invention. Comme illustré, l'ensemble de contact 52 est un simple dispositif de contact monté sur ressort comprenant une tête de contact externe 52a, une tête de contact interne 52b et un ressort 52c. Toutes les pièces de l'ensemble de contact 52 sont de préférence composées de matériau conducteur. L'ensemble de contact 52 est positionné à l'intérieur d'une voie conductrice 55 dans l'entretoise de contact 53 qui est un composant du réseau d'antennes et isole l'ensemble de contact 52 des autres composants dans le réseau d'antennes. Le ressort 52c applique une force d'opposition sur la tête de contact externe 52a et la tête de contact interne 52b. La force appliquée devrait être suffisante pour maintenir un contact électrique entre la tête de contact externe 52a et l'électrode 12 àtravers l'interface 61, indépendamment du mouvement causé par les taux de dilatation thermique variables entre la gaine 11 et le réseau d'antennes. De même, cette force de ressort maintient un contact électrique entre la tête de contact interne 52b et le mandrin conducteur 51 à travers l'interface 60, indépendamment du mouvement causé par les taux de dilatation thermique variables entre le mandrin conducteur 51 et le réseau d'antennes.
Les têtes de contact externe et interne 52a et 52b peuvent être d'une forme et d'une taille quelconque et peuvent varier en fonction de la conception spécifique de l'outil. Le ressort 52c peut être fixé aux têtes de contact externe et interne 52a et 52b selon la manière utilisée habituellement dans l'industrie. Par exemple, les têtes de contact externe et interne 52a et 52b peuvent avoir un profil en spirale inverse pour s'adapter à la forme hélicoïdale du ressort 52c, avec une légère interférence à l'interface pour assurer qu'elles ne se détacheront pas. En variante, l'interface entre le ressort et les têtes de contact peut être soudée de façon à assurer un raccordement encore plus fiable mais moins souple.
La figure 5 est une section transversale d'une partie d'un outil de diagraphie de puits 10 selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Comme illustré, l'ensemble de contact 52 comprend un ressort 52c logé à l'intérieur des têtes de contact externe et interne 52a et 52b (qui peuvent être en tôle ou autre matériau conducteur approprié moulé en forme de coquille). L'ensemble de contact 52 est disposé à l'intérieur de la voie conductrice 55 dans l'entretoise de contact 53. Les têtes de contact externe et interne 52a et 52b sont raccordées de façon à maintenir la continuité électrique. En même temps, le raccordement est conçu pour permettre aux têtes de contact externe et interne 52a et 52b de se séparer l'une de l'autre par glissement, en raison de la force exercée par le ressort 52c et de maintenir ainsi le contact avec l'électrode 12 et le mandrin conducteur 51.
Les figures 6a et 6b illustrent une entretoise de contact 53 comprenant des ensembles de contact montés sur ressort selon un mode de réalisation de la présente invention. L'ensemble de contact 52 et l'entretoise de contact 53 sont fabriqués en tant qu'unité autonome. La tête de contact externe 52a et la tête de contact interne 52b de l'ensemble de contact ressortent de l'entretoise de contact isolante 53 de façon à pouvoir se trouver en contact avec les électrodes (désignées comme 12 sur la figure 3) et le mandrin conducteur (sous le numéro de référence 51 sur la figure 3), respectivement.
La figure 6b est une section transversale de l'entretoise de contact 53 illustrée sur la figure 6a.
Cette vue montre que le ressort 52c, la tête de contact externe 52a et la tête de contact interne 52b sont positionnées radialement à l'intérieur de la voie conductrice 55 dans l'entretoise de contact 53. Comme illustré sur la figure 6b, la tête de contact externe 52a et la tête de contact interne 52b ont des diamètres supérieurs à ceux du ressort 52c (l'ensemble de contact a une forme d'haltère) de sorte que l'ensemble de contact ne glisse pas hors de la voie conductrice 55. Un homme du métier ordinaire apprécierait que diverses modifications soient possibles sans diverger de la portée de l'invention. Par exemple, la figure 6c illustre une variante d'un ensemble de contact 52 qui a un épaulement 52s sur la tête de contact interne. La figure 6d montre que ces ensembles de contact 52 peuvent être placés dans des voies conductrices 55 dans une entretoise de contact 53 depuis l'intérieur de la bague-entretoise de contact. Une fois que les ensembles de contact 52 sont en place et que l'entretoise de contact 53 est glissée sur le mandrin (non illustré), le mandrin empêche les ensembles de contact 52 de glisser hors des voies conductrices 55.
Les ensembles de contact 52 illustrés sur les figures 3 à 6 utilisent des ressorts pour fournir des contacts dynamiques. Un homme du métier ordinaire apprécierait que de nombreuses modifications soient possibles sans diverger de la portée de l'invention.
Par exemple, la figure 7 illustre une section transversale d'une partie d'un outil de diagraphie de puits 10 selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Comme illustré, l'ensemble de contact 52 ne comprend pas de ressort, mais deux plaques de ressort 52d et 52e aux deux extrémités d'un élément conducteur 52f. Dans ce mode de réalisation, l'élément conducteur 52f est placé à l'intérieur de la voie conductrice 55 pour fournir la piste conductrice à travers l'entretoise de contact 53. Les contacts dynamiques sont fournis par la plaque de ressort de contact externe 52d et une plaque de ressort de contact interne 52e. Les plaques de ressort 52d et 52e sont composées d'un matériau conducteur utilisé habituellement dans l'industrie.
Les plaques de ressort externe et interne 52d et 52e peuvent être chacune encliquetées dans une rainure en queue d'aronde 53a découpée dans l'entretoise de contact 53. En variante, elles peuvent être fixées à l'entretoise de contact 53 par d'autres moyens, à savoir, des vis ou boulons. Les plaques de ressort externe et interne 52d et 52e peuvent comprendre un ressort en arc 52g pour exercer une force pour maintenir des contacts dynamiques à l'électrode 12 et le mandrin conducteur 51, respectivement, indépendamment du mouvement causé par les taux de dilatation thermique variables entre le mandrin conducteur 51, le réseau d'antennes et la gaine 11.
La figure 8 illustre une section transversale d'une variation de l'ensemble de contact 52 illustré sur la figure 7. Comme illustré, l'ensemble de contact 52 est monté dans la voie conductrice 55, comme sur la figure 7. Toutefois, l'élément conducteur 52f peut dépasser aux deux extrémités depuis la voie conductrice 55 dans l'entretoise de contact 53 afin d'établir le contact avec les plaques de ressort externe et interne 52d et 52e. Dans ce mode de réalisation, les plaques de ressort externe et interne 52d et 52e sont encliquetées dans les rainures en queue d'aronde 12a et 51a, qui sont découpées dans l'électrode 12 et le mandrin conducteur 51, respectivement, plutôt que dans une entretoise de contact 53 illustrée sur la figure 7.
La figure 9 est une vue en coupe de l'entretoise de contact illustrée sur la figure 8, illustrant un agencement radial des éléments conducteurs 52f tels qu'ils seraient positionnés à l'intérieur de la voie conductrice 55 de l'entretoise de contact 53.
Comme mentionné ci-dessus, les modes de réalisation de l'invention fournissent des voies de courant radiales à partir de l'environnement du forage (extérieur de l'outil) vers un mandrin interne conducteur pour réduire ou éliminer les courants de forage qui dans le cas contraire circuleraient devant un récepteur. Les voies radiales sont souhaitables en raison du fait que les flux de courant circulant dans une direction azimutale (à savoir, autour de l'axe de l'outil) interféreraient avec les mesures effectuées à un récepteur LMD ou TMD alors que la conductivité longitudinale (le long de l'axe de l'outil) interférerait avec les mesures effectuées à un récepteur TMD. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élimination des flux de courant longitudinal ou azimutal peut être réalisée en utilisant un matériau électriquement anisotrope pour la construction de l'entretoise de contact 53. Le matériau anisotrope permettrait aux courants de circuler radialement, mais non azimuthalement ou longitudinalement. Dans ces modes de réalisation, l'élément conducteur 52f et la voie conductrice 55 illustrés sur les figures 7 à 9 seront une partie intégrale de l'entretoise de contact 53. Le contact dynamique peut être fourni par les plaques de ressort montées sur des électrodes (12 sur la figure 7) et le mandrin conducteur (51 sur la figure 7) ou sur l'entretoise de contact 53.
Les exemples décrits ci-dessus sont des exemples des modes de réalisation selon l'invention. Un homme du métier ordinaire apprécierait que les autres ensembles de contact puissent être combinés sans diverger de la portée de l'invention. Par exemple, en plus des ressorts ou plaques de ressort illustrés ci-dessus, les ensembles de contact peuvent comprendre d'autres dispositifs hydrauliques ou mécaniques qui exercent des forces sur les plaques d'extrémité de sorte que l'ensemble de contact puisse maintenir des contacts avec les électrodes sur la gaine et le mandrin conducteur. En outre, même si une pluralité d'électrodes 12 sont illustrées sur la figure 3, dans certains modes de réalisation, une seule électrode 12 peut suffire, par exemple, les pièces voisines sur l'ensemble de l'outil peuvent comprendre des conducteurs pouvant fournir des déviations de courant pour réduire ou éliminer les courants de forage. Comme mentionné ci-dessus, la description utilise des outils de diagraphie par induction EM à titre d'exemples. Toutefois, les modes de réalisation de l'invention peuvent être également appliqués à d'autres outils de diagraphie de résistivité.
La figure 10 illustre un procédé 100 pour réduire les effets de courant de forage selon les modes de réalisation de l'invention. Dans un premier temps, un outil de diagraphie par induction ou un outil de diagraphie par propagation (à savoir 10 illustré sur la figure 2) est disposé dans un forage (étape 101).
L'outil de diagraphie a un mandrin conducteur interne et au moins un ensemble de contact dynamique reliant le mandrin conducteur à au moins une électrode placée de façon apparente sur la surface externe du corps de l'outil. L'ensemble de contact dynamique et l'électrode apparente fournissent une voie conductrice radiale pour les courants circulant du forage vers le mandrin interne. Selon les modes de réalisation de l'invention, soit le contact entre l'ensemble de contact et le mandrin interne ou le contact entre l'ensemble de contact et l'électrode, ou les deux, n'est pas câblé de sorte que les contacts dynamiques puissent être maintenus même en présence de dilatations thermiques différentes des diverses parties dans un outil de diagraphie.
L'outil de diagraphie par induction transmet l'énergie EM dans la formation (étape 103). L'énergie EM peut également induire des courants de forage, dépendant de l'excentrement de l'outil. Si les courants de forage sont induits, la voie conductrice radiale sur l'outil dérive les courants de forage à travers le mandrin interne conducteur (étape 105). Ainsi, la voie conductrice radiale réduit l'amplitude des courants de forage passant à travers l'antenne de réception.
Les avantages de l'invention comprennent des procédés et appareil pratiques et à faible coût pour éliminer de façon efficace les courants de forage qui peuvent interférer avec les mesures de résistivité.
L'appareil selon l'invention fournit des voies électriques radiales efficientes depuis le forage vers le mandrin interne indépendamment des différents coefficients de dilatation thermique des divers matériaux utilisés dans l'outil.
Alors que l'invention a été décrite par rapport à un nombre limité de modes de réalisation, les hommes du métier, bénéficiant de cette description, apprécieront que les autres modes de réalisation puissent être combinés sans diverger de la portée de l'invention telle qu'elle est décrite dans le présent document. Par conséquent, la portée de l'invention devrait être uniquement limitée par les revendications ci- jointes.
Claims (12)
1. Outil de diagraphie de puits (10) caractérisé en ce qu'il comprend: un mandrin conducteur (51); un réseau d'antennes disposées autour du mandrin conducteur (51), dans lequel le réseau d'antennes comprend une pluralité d'antennes disposées sur des supports isolants et au moins une entretoise de contact (53), l'entretoise de contact (53) ayant au moins une voie conductrice (55) ayant un ensemble de contact (52) disposé à l'intérieur de celle-ci; et une gaine (11) disposée sur le réseau d'antennes, dans lequel la gaine (11) comprend au moins une électrode (12), l'électrode (12) et l'ensemble de contact (52) étant conçus pour fournir une voie radialement conductrice depuis une partie extérieure de l'outil de diagraphie de puits (10) vers le mandrin conducteur (51).
2. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de contact (52) comprend un ressort (52c) conçu pour former des contacts dynamiques avec au moins une électrode (12) et le mandrin conducteur (51).
3. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de contact (52) comprend un élément conducteur (52f) ayant des plaques de ressort (52d et 52e) fixées à ses extrémités, les plaques de ressort (52d et 52e) conçues pour former des contacts dynamiques avec au moins une électrode (12) et le mandrin conducteur (51).
4. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaques de ressort (52d et 52e) sont disposées chacune dans une rainure en queue d'aronde (12a et 51a) sur l'entretoise de contact (5 3) .
5. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de contact (52) comprend un élément conducteur et l'électrode (12) et le mandrin conducteur (51) comprennent des plaques de ressort (52d et 52e) conçues pour former des contacts dynamiques avec l'élément conducteur (52f).
6. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément conducteur (52f) est une partie intégrale de l'entretoise de contact (53).
7. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une de la pluralité d'antennes a un dipôle magnétique transversal.
8. Outil de diagraphie de puits (10) caractérisé 30 en ce qu'il comprend: un mandrin conducteur (51); un réseau d'antennes disposé autour du mandrin conducteur (51), dans lequel le réseau d'antennes comprend une pluralité d'antennes disposées sur des supports isolants et au moins une entretoise de contact (53) comprenant un matériau électriquement anisotrope; et une gaine (11) disposée sur le réseau d'antennes dans lequel la gaine (11) comprend au moins une électrode (12), la au moins une électrode (12) et la au moins une entretoise de contact (53) conçues pour fournir une voie radialement conductrice à partir d'une partie externe de l'outil de diagraphie de puits (10) vers le mandrin conducteur (51).
9. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la au moins une électrode (12) et le mandrin conducteur (52) comprennent des plaques de ressort (52d et 52e) conçues pour former des contacts dynamiques avec la au moins une entretoise de contact (53).
10. Outil de diagraphie de puits (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'entretoise de contact (53) comprend des plaques de ressort (52d et 52e) conçues pour former des contacts dynamiques avec la au moins une électrode (12) et le mandrin conducteur (52).
11. Outil de diagraphie de puits (10) selon la 30 revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une de la pluralité des antennes a un dipôle magnétique transversal.
12. Procédé de diagraphie de résistivité caractérisé en ce qu'il comprend des effets de courant de forage (13) réduits en utilisant un outil de diagraphie (10) disposé dans un forage, dans lequel l'outil de diagraphie (10) ayant un mandrin conducteur interne (51), au moins une antenne ayant un dipôle magnétique transversal, et au moins une voie radialement conductrice reliant le mandrin conducteur interne (51) à au moins une électrode (12) sur une surface de l'outil de diagraphie de puits (10), dans lequel au moins une voie radialement conductrice comprenant un ensemble de contact (52) pour fournir des contacts dynamiques avec le mandrin conducteur interne (51) et au moins une électrode (12), le procédé comprenant: la transmission d'une énergie électromagnétique à 20 partir d'une antenne d'émission sur l'outil de diagraphie (10) dans une formation; le passage de courant (23) dans le forage à travers au moins une voie radialement conductrice vers le mandrin conducteur interne (51) ; et la mesure d'un signal induit dans une antenne de réception sur l'outil de diagraphie (10).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20160429 |