FR2877389A1 - Ensemble a garniture d'etancheite gonflable dans un puits de forage - Google Patents

Abstract

L'évaluation traditionnelle des formations avec des garnitures d'étanchéité gonflables doubles comprend les étapes de pressurisation des garnitures d'étanchéité de manière à isoler une portion annulaire de la paroi du puits (418), la collecte d'un ou plusieurs échantillons du fluide de formation par l'intermédiaire de la portion isolée de la paroi du puits et la dépressurisation des garnitures d'étanchéité de manière à permettre le déplacement du mandrin à l'intérieur du puits. Une méthode et un appareil d'échantillonnage qui utilisent un ou plusieurs des points suivants de manière avantageuse sont fournis : restriction de la déformation des garnitures d'étanchéité (412) pendant le gonflage en utilisant un ensemble de renfort annulaire (426); rétraction active des garnitures d'étanchéité en utilisant la pression ambiante du puits; et centrage substantiel du mandrin (424) entre les garnitures d'étanchéité de manière à empêcher le flambage du mandrin.

Description

ENSEMBLE À GARNITURE D'ÉTANCHÉITÉ GONFLABLE

DANS UN PUITS DE FORAGE

ANTÉCÉDENTS DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne des garnitures d'étanchéité gonflables utilisables dans les opérations de fond, en particulier des garnitures d'étanchéité gonflables adaptées pour utilisation dans l'échantillonnage des fluides de formation.

2. Antécédents de l'art connexe Une fois qu'un puits de pétrole a été foré, il est souvent nécessaire pour l'opérateur d'obtenir des données de fond, telles que des mesures de pression et des échantillons du fluide de fond pour analyse. Ces tâches sont couramment accomplies avec des outils de fond, tels que des outils modulaires au câble ou des outils de forage ayant des capacités d'évaluation, qui utilisent des sondes pour s'engager dans la formation et établir une communication fluidique pour effectuer des mesures de pression et recueillir des échantillons de fluide. Le fluide est typiquement soutiré dans l'outil de fond à travers une entrée dans la sonde. Dans certains cas, par exemple avec les formations denses à faible perméabilité, les sondes d'échantillonnage sont souvent remplacées par des ensembles à garnitures d'étanchéité gonflables doubles. Des exemples de tels systèmes à sondes et garnitures d'étanchéité sont dépeints, par exemple, dans les brevets U.S. n 4.860.581 et 4.936.139 cédés à Schlumberger.

Les Fig. 1A-1B illustrent schématiquement une configuration typique des éléments d'obturation doubles 10 dans leurs conditions dégonflée et gonflée respectives. Les éléments d'obturation 10 sont espacés le long d'un outil de fond 12 transporté par un câble 14 dans un puits 18 pénétrant une formation souterraine 20. Bien qu'un outil au câble soit illustré, d'autres outils de fond transportés par garniture de forage, tube d'intervention enroulé, etc. sont également appropriés pour de telles tâches. Quand ils sont gonflés, les éléments d'obturation 10 coopèrent pour étanchéifier ou isoler une section 16 de la paroi du puits 18, fournissant ainsi une zone d'écoulement dans laquelle peut être induit l'écoulement du fluide de la ou des formations environnantes.

Lors du gonflage des éléments d'obturation (typiquement fabriqués en caoutchouc), leurs extrémités subissent souvent des déformations et des contraintes de flexion importantes, qui peuvent conduire à un déchirement circonférentiel et à une défaillance du système. De plus, puisqu'il n'est pas rare que les puits soient à des températures élevées, en particulier aux grandes profondeurs, les éléments d'obturation sont souvent soumis à des contraintes thermiques importantes.

Des tentatives ont été faites pour éviter les défaillances des garnitures d'étanchéité. Par conséquent, les corps ou éléments des garnitures d'étanchéité gonflables sont souvent équipés de renforts sous forme de câbles ou de lattes métalliques. Bien que ces renforts puissent être utilisés pour augmenter la durée de vie des éléments d'obturation, les renforts peuvent se déformer de manière plastique et permettre une extrusion indésirable (comme illustré aux Fig. 1B-1C) sous l'effet des contraintes importantes imposées quand l'élément d'obturation est gonflé et s'engage dans la paroi 18 d'un puits à haute température. De plus, les éléments de support (c'est-à-dire les lattes ou câbles métalliques) peuvent avoir une résistance limitée, et le matériau flexible de l'élément d'obturation typiquement du caoutchouc peut s'affaiblir lorsque la température augmente. La déformation résultante peut être non récupérable, empêchant ainsi les éléments d'obturation de se rétracter aux diamètres souhaitables après échantillonnage. En d'autres mots, les garnitures d'étanchéité peuvent ne pas revenir au profil illustré à la Fig. 1A. Par conséquent, quand ces garnitures d'étanchéité à lattes sont utilisées, le risque de coincement dans le puits augmente.

Malgré les progrès effectués dans la technologie des garnitures d'étanchéité, il reste souhaitable de fournir une garniture d'étanchéité ayant une longue durée de vie dans les conditions difficiles des puits. Il est souhaitable qu'une telle garniture d'étanchéité limite ou contraigne la déformation subie par la garniture d'étanchéité au cours des opérations de puits afin d'adopter un profil de gonflage plus doux (par exemple, éviter le profil extrudé des Fig. 1B-1C) et augmenter ainsi la durée de vie de la garniture d'étanchéité. De préférence, une telle solution serait adaptable pour utilisation avec des corps ou éléments de garniture d'étanchéité connus. Il est de plus souhaitable que les garnitures d'étanchéité se rétractent à leur forme d'origine (par exemple, comme illustré à la Fig. 1A) de manière à réduire la probabilité qu'un outil de fond se coince dans un puits. De préférence, une telle solution utiliserait la pression ambiante du fluide du puits pour obtenir la rétraction souhaitée, et équilibrer les charges appliquées à chacune des garnitures d'étanchéité de l'outil de fond.

Un autre problème qui se pose avec les ensembles à garnitures d'étanchéité doubles concerne la distance de séparation axiale entre les éléments d'obturation. Au fur et à mesure que la distance augmente, par exemple, pour augmenter la zone isolée de la paroi du puits, le risque de flambage au niveau du mandrin qui sépare les garnitures d'étanchéité augmente dans la plupart des cas. Par conséquent, il reste souhaitable de fournir une solution au risque de flambage dans les ensembles à garnitures d'étanchéité doubles espacées.

DÉFINITIONS Certains termes sont définis au cours de la présente description lors de leur première utilisation, tandis que d'autres termes utilisés dans la présente description sont définis ci-après: Déployable signifie mobile d'une position ou configuration à une autre position ou configuration, en particulier par le biais d'une dilatation ou d'un écartement.

Orienté vers l'intérieur signifie orienté vers le centre ou le milieu d'un élément ou d'un jeu d'éléments (par exemple, orienté vers le centre d'une garniture d'étanchéité).

Inférieur signifie positionné plus profondément à l'intérieur d'un puits (par exemple, un support d'extrémité inférieur d'une garniture d'étanchéité ayant deux supports d'extrémité).

Mandrin signifie une barre, un arbre, une broche ou un élément tubulaire 10 autour duquel sont disposés, assemblés ou transportés d'autres composants, en particulier pour effectuer une ou plusieurs opérations à l'intérieur d'un puits.

Extérieur signifie positionné ou situé à une limite ou extrémité physique.

Orienté vers l'extérieur signifie orienté dans la direction opposée au centre ou au milieu d'un élément ou d'un jeu d'éléments (par exemple, orienté dans la direction opposée au centre d'une garniture d'étanchéité).

Supérieur signifie positionné moins profondément à l'intérieur d'un puits (par exemple, une garniture d'étanchéité supérieure d'une configuration à garniture d'étanchéité double).

RÉSUMÉ DE L'INVENTION Dans un aspect, la présente invention fournit un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable, comprenant un premier élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités, et une première paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives du premier élément tubulaire autour d'un mandrin placé à l'intérieur du premier élément tubulaire. Un premier ensemble de renfort tubulaire est déployable à partir d'un des supports d'extrémité pour renforcer le premier élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

De préférence, le premier ensemble de renfort annulaire est déployable en étant connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à l'un des supports d'extrémité.

La déployabilité pourrait aussi être assurée par d'autres moyens d'extension ou d'écartement appropriés tels un engagement de type à piston entre le premier ensemble de renfort annulaire (dans son ensemble ou par le biais de composants distincts de ce dernier) avec l'un des supports d'extrémité. De telles solutions de rechange sont prévues par la présente invention et sont considérées être dans le domaine d'application de cette dernière.

De préférence, un des supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin. Cependant, la présente invention couvre les réalisations dans lesquelles les deux supports d'extrémité sont fixes par rapport au mandrin.

Le premier élément tubulaire comprend un matériau flexible ou élastomérique qui est connu dans l'art. Les supports d'extrémité sont de préférence métalliques et chacun comprend un espace annulaire pour recevoir une extrémité du premier élément tubulaire.

Le premier ensemble de renfort annulaire est de préférence expansible à son extrémité opposée à l'extrémité connectée de manière pivotante. Différentes réalisations de l'ensemble de renfort annulaire utilisent une pluralité de doigts ou de lattes disposé(e)s selon une configuration annulaire et chacun(e) connecté(e) de manière pivotante à l'une de ses extrémités soit au support d'extrémité mobile, soit au support d'extrémité fixe.

Quand des lattes sont utilisées par l'ensemble de renfort annulaire, il est préférable que chacune des lattes ait une largeur qui augmente de son extrémité connectée de manière pivotante à son autre extrémité, et que les lattes soient placées de manière à ce que chaque latte chevauche partiellement une latte adjacente.

L'ensemble à garniture d'étanchéité peut comprendre une paire d'ensembles de renfort annulaires, chacun connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à un support d'extrémité de la première paire annulaire de supports d'extrémité pour renforcer le premier élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

L'ensemble à garniture d'étanchéité utilisera typiquement un mandrin adapté pour utilisation dans un outil de fond pour supporter des garnitures d'étanchéité gonflables doubles. Par conséquent, l'ensemble à garniture d'étanchéité peut de plus comprendre un second élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités, et une seconde paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives du second élément tubulaire autour du mandrin. La première et seconde paires de supports d'extrémité coopèrent pour définir une distance de séparation axiale entre les premier et second éléments tubulaires. Un second ensemble de renfort annulaire est connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à un support d'extrémité de la seconde paire de supports d'extrémité pour renforcer le second élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

De préférence, un des supports d'extrémité de la seconde paire de supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin.

Dans les réalisations des ensembles à garniture d'étanchéité qui utilisent des garnitures d'étanchéité doubles, le support d'extrémité inférieur de chacune des première et seconde paires de supports d'extrémité est de préférence un support d'extrémité mobile. Dans une autre configuration, les supports d'extrémité extérieurs parmi les première et seconde paires de supports d'extrémité sont des supports d'extrémité mobiles.

Des réalisations particulières de l'ensemble à garniture d'étanchéité sont de plus équipées d'un premier ensemble de rétraction pour déplacer un support d'extrémité mobile de la première paire de supports d'extrémité d'une position déployée à une position rétractée. De telles réalisations peuvent de plus être équipées d'un second ensemble de rétraction pour déplacer un support d'extrémité mobile de la seconde paire de supports d'extrémité d'une position déployée à une position rétractée. Dans ces réalisations, il est préférable que le support d'extrémité mobile associé à chacun des premier et second ensembles de rétraction soit équipé d'une surface orientée vers l'intérieur qui excède sa surface orientée vers l'extérieur, disposition selon laquelle la pression du fluide du puits impose une force nette au-dessus d'une chambre basse pression qui déplace les supports d'extrémité mobiles vers l'extérieur quand les premier et second éléments tubulaires sont dépressurisés et contractés.

Des réalisations particulières de l'ensemble à garniture d'étanchéité inventif comprennent de plus un centreur expansible transporté par le mandrin sur la distance de séparation axiale intermédiaire entre les premier et second éléments tubulaires pour empêcher le flambage du mandrin.

Dans un autre aspect, la présente invention fournit un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable, comprenant un premier élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités, et une première paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives du premier élément tubulaire autour d'un mandrin placé à l'intérieur du premier élément tubulaire. Un des supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin. Un premier élément d'arrêt est prévu pour limiter le déplacement axial du support d'extrémité mobile.

Dans des réalisations particulières, le support d'extrémité mobile est équipé d'une surface orientée vers l'intérieur qui excède sa surface orientée vers l'extérieur, disposition selon laquelle la pression du fluide du puits impose une force nette qui déplace le support d'extrémité mobile vers l'extérieur quand le premier élément tubulaire est dépressurisé et contracté.

L'ensemble à garniture d'étanchéité et le support d'extrémité mobile peuvent être disposés pour déplacement axial autour d'un manchon fixé au mandrin. Le manchon présente un rayon étagé qui correspond aux surfaces orientées vers l'intérieur et vers l'extérieur du support d'extrémité mobile.

L'ensemble à garniture d'étanchéité peut de plus comprendre un premier ensemble de renfort annulaire connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à l'un des supports d'extrémité pour renforcer le premier élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

L'ensemble à garniture d'étanchéité utilisera typiquement un mandrin adapté pour utilisation dans un outil de fond pour supporter des garnitures d'étanchéité gonflables doubles. Par conséquent, l'ensemble à garniture d'étanchéité peut de plus comprendre un second élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités, et une seconde paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives du second élément tubulaire autour du mandrin. Un des supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin. Un second élément d'arrêt est prévu pour limiter le déplacement axial du support d'extrémité mobile.

Dans des réalisations particulières, le support d'extrémité mobile est équipé d'une surface orientée vers l'intérieur qui excède sa surface orientée vers l'extérieur, disposition selon laquelle la pression du fluide du puits impose une force nette qui déplace le support d'extrémité mobile vers l'extérieur quand le premier élément tubulaire est dépressurisé et contracté. Les première et seconde paires de supports d'extrémité coopèrent pour définir une distance de séparation axiale entre les premier et second éléments tubulaires. De telles réalisations de l'ensemble à garniture d'étanchéité peuvent de plus comprendre un second ensemble de renfort annulaire connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à l'un des supports d'extrémité pour renforcer le second élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

Dans encore un autre aspect, la présente invention fournit un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable, comprenant une paire de garnitures d'étanchéité gonflables disposées autour d'un mandrin adapté pour utilisation dans un outil de fond placé dans un puits, les garnitures d'étanchéité étant séparées par une distance de séparation axiale. Un centreur expansible est transporté par le mandrin sur la distance de séparation axiale intermédiaire entre les première et seconde garnitures d'étanchéité pour empêcher le flambage du mandrin.

Le centreur peut comprendre une paire de supports transportés le long du mandrin, avec au moins un des supports mobiles dans la direction axiale le long du mandrin. Le centreur de ces réalisations comprend de plus une pluralité de paires (de préférence au moins trois) de bras articulés. Les bras de chaque paire ont des premières extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs et des secondes extrémités connectées de manière pivotante entre elles. Un actionneur est transporté par le mandrin pour induire le déplacement axial de chaque support mobile de manière à ce que les secondes extrémités connectées de manière pivotante de chaque paire de bras soient déplacées radialement vers l'extérieur pour exercer une force sur la paroi du puits qui essentiellement centre le mandrin dans le puits.

Le centreur peut de plus comprendre une pluralité de lames de ressort ayant chacune des extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs de manière à positionner les lames de ressort entre les paires de bras articulés respectives et - 10 la paroi du puits. Les lames de ressort et les bras articulés coopèrent pour exercer des forces sur la paroi du puits, qui centrent essentiellement le mandrin dans le puits.

Encore un autre aspect de la présente invention concerne une méthode de déploiement d'une paire de garnitures d'étanchéité gonflables espacées transportées autour d'un mandrin placé dans un puits pénétrant une formation souterraine. La méthode comprend les étapes de pressurisation des garnitures d'étanchéité de manière à isoler une portion annulaire de la paroi du puits, la collecte d'un ou plusieurs échantillons du fluide de formation par l'intermédiaire de la portion isolée de la paroi du puits, et la dépressurisation des garnitures d'étanchéité de manière à permettre le déplacement du mandrin à l'intérieur du puits. La méthode comprend de plus une ou plusieurs des étapes suivantes: la restriction de la déformation des garnitures d'étanchéité pendant l'étape de pressurisation en utilisant un ensemble de renfort annulaire; la restriction du déplacement axial du support d'extrémité mobile; et le centrage substantiel du mandrin entre les garnitures d'étanchéité de manière à empêcher le flambage du mandrin.

Chaque garniture d'étanchéité peut comprendre un premier élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités, et une première paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives du premier élément tubulaire autour du mandrin. De préférence, un des supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin. L'étape de restriction de la déformation est assurée dans ces réalisations en utilisant un ensemble de renfort annulaire connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à l'un des supports d'extrémité pour renforcer le premier élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

Dans des réalisations particulières, la méthode comprend de plus l'étape de rétraction active des garnitures d'étanchéité en utilisant la pression ambiante du puits. Par conséquent, chaque garniture d'étanchéité peut comprendre un élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités, et une paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives de l'élément tubulaire autour du mandrin. Un des supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin. Le support d'extrémité mobile est équipé d'une surface orientée vers l'intérieur qui excède sa surface orientée vers l'extérieur. La pression du fluide du puits impose une force nette qui déplace le support d'extrémité mobile vers l'extérieur quand le premier élément tubulaire est dépressurisé et contracté, rétractant ainsi activement la garniture d'étanchéité en utilisant la pression du fluide du puits.

L'étape de centrage peut également être assurée en utilisant un centreur qui utilise une pluralité de bras articulés.

D'autres aspects et avantages de l'invention seront apparents à partir de la description suivante et des revendications jointes.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

De manière à comprendre en détail les caractéristiques et avantages de la présente invention exposés ci-dessus, l'invention, brièvement résumée cidessus, peut être décrite de manière plus spécifique par référence à ses modes de réalisation qui sont illustrés sur les dessins joints. Il convient toutefois de noter que les dessins joints n'illustrent que les modes de réalisation typiques de cette invention et ne doivent par conséquent pas être considérés comme limitant sa portée, car l'invention peut convenir à d'autres modes de réalisation tout aussi efficaces.

La Fig. lA est une représentation schématique d'un outil de fond au câble de l'art antérieur équipé d'une paire de garnitures d'étanchéité gonflables.

La Fig. 1B représente l'outil de fond de la Fig. lA avec les garnitures d'étanchéité gonflées et subissant une extrusion sur les côtés basse pression respectifs.

La Fig. 1C est une représentation détaillée de la garniture d'étanchéité supérieure - 12 de la Fig. I B. Les Fig. 2-3 sont des représentations schématiques d'un outil de fond au câble connu avec lequel la présente invention peut être utilisée de manière avantageuse.

La Fig. 4A représente un outil de fond équipé d'une garniture d'étanchéité gonflable et d'un ensemble de renfort annulaire.

La Fig. 4B représente l'outil de fond de la Fig. 4A avec la garniture d'étanchéité gonflée et l'ensemble de renfort annulaire dilaté pour empêcher l'extrusion de la garniture d'étanchéité.

La Fig. 5A est une vue partiellement en coupe selon la ligne 5A 5A de la Fig. 4A.

La Fig. 5B est une vue partiellement en coupe selon la ligne 5B 5B de la Fig. 4B.

La Fig. 5C est une vue partiellement en coupe selon la ligne 5C 5C de la Fig. 4B.

La Fig. 6A représente une portion d'une garniture d'étanchéité gonflable et un autre premier ensemble de renfort annulaire.

La Fig. 6B représente la garniture d'étanchéité de la Fig. 6A gonflée et l'autre premier ensemble de renfort annulaire dilaté pour empêcher l'extrusion de la garniture d'étanchéité.

La Fig. 7A représente une portion d'une garniture d'étanchéité gonflable et un autre second ensemble de renfort annulaire.

La Fig. 7B représente la garniture d'étanchéité de la Fig. 7A gonflée et l'autre second ensemble de renfort annulaire dilaté pour empêcher l'extrusion de la garniture d'étanchéité.

La Fig. 8A représente une portion d'une garniture d'étanchéité gonflable et un - 13 autre troisième ensemble de renfort annulaire.

La Fig. 8B représente la garniture d'étanchéité de la Fig. 8A gonflée et l'autre troisième ensemble de renfort annulaire dilaté pour empêcher l'extrusion de la garniture d'étanchéité.

La Fig. 9 représente un ensemble de rétraction.

La Fig. 10A représente l'ensemble de renfort annulaire des Fig. 4A-4B et l'ensemble de rétraction de la Fig. 9, tous deux appliqués à une garniture d'étanchéité gonflable.

La Fig. 10B représente la garniture d'étanchéité de la Fig. 10A gonflée et 10 l'ensemble de renfort annulaire dilaté pour empêcher l'extrusion de la garniture d'étanchéité.

La Fig. 11 représente un outil au câble ayant un ensemble à garniture d'étanchéité double équipé d'un centreur pour empêcher le flambage de la portion de l'outil entre les garnitures d'étanchéité.

La Fig. 12 représente un outil de fond équipé d'une paire de garnitures d'étanchéité gonflables, toutes deux ayant l'ensemble de rétraction de la Fig. 9, avec la garniture d'étanchéité supérieure inversée de manière à ce que les côtés basse pression des deux garnitures d'étanchéité respectives soient fixes. L'outil de fond de la Fig. 12 est de plus équipé d'un centreur autre que celui représenté à la Fig. 11.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION

En se référant maintenant aux Fig. 2 et 3 de l'art antérieur, un exemple d'un appareil avec lequel la présente invention peut être utilisée de manière avantageuse est illustré schématiquement. D'autres outils de fond, tels que des outils de forage, par tube d'intervention enroulé, de complétion ou autres, peuvent optionnellement être utilisés.

L'appareil A est un outil de fond qui peut être descendu dans le puits (non illustré) par un - 14 câble métallique (non illustré) afin d'effectuer des essais des propriétés de la formation. L'appareil A est décrit en plus amples détails dans les brevets U.S. n 4.860.581 et 4.936. 139 cédés à Schlumberger. Aux fins d'information, certains détails de l'appareil sont décrits aux présentes. Les connexions du câble métallique à l'outil A ainsi que l'alimentation électrique et l'électronique de communication connexe ne sont pas illustrées dans un but de clarté. Les lignes d'alimentation et de communication qui traversent l'outil sur toute sa longueur sont illustrées de manière générale par 208. Ces composants d'alimentation et de communication sont connus de ceux versés dans l'art et sont disponibles dans le commerce. Ce type d'équipement de contrôle serait normalement installé à l'extrémité supérieure de l'outil, adjacente à la connexion du câble métallique à l'outil, avec les lignes électriques traversant l'outil jusqu'aux différents composants.

Comme illustré dans la réalisation de la Fig. 2, l'appareil A possède un module alimentation hydraulique C, un module garniture d'étanchéité P et un module sonde E. Le module sonde E est représenté avec un ensemble sonde 210 qui peut être utilisé pour tester la perméabilité ou prélever des échantillons de fluide. Lorsque l'outil est utilisé pour déterminer la perméabilité anisotropique et la structure verticale du gisement selon des techniques connues, un module multi-sondes F peut être ajouté au module sonde E, comme illustré à la Fig. 2. Le module multi-sondes F possède des ensembles sondes à accrochage 212 et 214. D'autres modules L, B, D peuvent également être utilisés.

Le module alimentation hydraulique C comprend une pompe 216, un réservoir 218 et un moteur 220 pour contrôler le fonctionnement de la pompe 216. Un interrupteur de faible pression d'huile 222 fait aussi partie du système de contrôle et est utilisé pour réguler le fonctionnement de la pompe 216.

La conduite de fluide hydraulique 224, connectée au refoulement de la pompe 216, traverse le module alimentation hydraulique C jusqu'aux modules adjacents pour servir de source d'énergie hydraulique. Dans la réalisation illustrée à la Fig. 2, la conduite de fluide hydraulique 224 traverse le module alimentation hydraulique C jusqu'aux modules sonde E et/ou F, en fonction de la configuration utilisée. La boucle hydraulique est fermée par la conduite de retour de fluide hydraulique 226 qui, sur la Fig. 2, va du module sonde E jusqu'au module alimentation hydraulique C où elle se termine dans le réservoir 218. Le module de pompage M, représenté à la Fig. 3, peut être utilisé pour

éliminer les échantillons indésirables par pompage du fluide à travers la conduite d'écoulement 254 dans le puits, ou peut être utilisé pour pomper les fluides du puits dans la conduite d'écoulement 254 pour gonfler les garnitures d'étanchéité gonflables doubles (également dénommées garnitures d'étanchéité d'intervalle) 228 et 230. De plus, le module de pompage M peut être utilisé pour soutirer le fluide de la formation du puits par l'intermédiaire du module sonde E ou F, puis pour pomper le fluide de la formation dans le module chambre à échantillon S contre un fluide tampon qu'il contient. La pompe alternative 292, alimentée par le fluide hydraulique provenant de la pompe 291, peut être alignée pour aspirer dans la conduite d'écoulement 254 et rejeter l'échantillon indésirable dans la conduite d'écoulement 295, ou peut être alignée pour pomper le fluide du puits (par l'intermédiaire de la conduite d'écoulement 295) dans la conduite d'écoulement 254. Le module de pompage peut également être configuré de manière à ce que la conduite d'écoulement 295 soit connectée à la conduite d'écoulement 254 pour que le fluide puisse être soutiré de la portion aval de la conduite d'écoulement 254 et pompé en amont, ou vice- versa. - 16

Le module de pompage M possèdes les dispositifs de contrôle nécessaires pour réguler la pompe à piston 292 et aligner la conduite d'écoulement 254 avec la conduite d'écoulement 295 pour accomplir la procédure de pompage. Il convient de remarquer à ce stade que cette pompe à piston 292 peut être utilisée pour pomper des échantillons dans le ou les modules chambre à échantillon S, y compris pour la surpression éventuelle de tels échantillons, ainsi que pour évacuer par pompage des échantillons du ou des modules chambre à échantillon S à l'aide du module de pompage M. Le module de pompage M peut également être utilisé pour obtenir une pression constante ou un taux d'injection constant au besoin. Avec une puissance suffisante, le module de pompage M peut également être utilisé pour injecter du fluide à des débits suffisants de manière à permettre la création de microfractures pour la mesure des contraintes dans la formation.

Les garnitures d'étanchéité gonflables doubles 228 et 230 représentées à la Fig. 2 peuvent aussi être gonflées et dégonflées avec le fluide du puits à l'aide de la pompe à piston 292. Comme on peut le voir facilement, la mise en service sélective du module de pompage M pour activer la pompe à piston 292, combinée à la mise en service sélective de la vanne de contrôle 296 et des vannes de gonflage et de dégonflage I, peut entraîner le gonflage ou le dégonflage sélectif des garnitures d'étanchéité 228 et 230. Les garnitures d'étanchéité 228 et 230 sont montées sur la périphérie extérieure 232 de l'appareil A, et utilisent des corps ou éléments qui sont typiquement fabriqués en un matériau résiliant compatible avec les fluides et les températures du puits. Les éléments d'obturation sont montés de manière à ce que les garnitures d'étanchéité 228 et 230 contiennent une cavité. Lorsque la pompe à piston 292 fonctionne et que les vannes de gonflage I sont correctement réglées, le fluide provenant de la conduite d'écoulement 254 traverse les vannes de gonflage/dégonflage I, et traverse la conduite d'écoulement 238 jusqu'aux garnitures d'étanchéité 228 et 230. - 17

Après avoir gonflé les garnitures d'étanchéité 228 et 230 et/ou réglé la sonde 210 et/ou les sondes 212 et 214, l'essai de prélèvement du fluide de la formation peut commencer. La conduite d'échantillonnage 254 passe de la sonde 246 dans le module sonde E jusqu'à la périphérie extérieure 232 en un point situé entre les garnitures d'étanchéité 228 et 230, à travers les modules adjacents et dans les modules d'échantillonnage S. La sonde verticale 210 et la sonde à accrochage 214 admettent ainsi les fluides de la formation dans la conduite d'échantillonnage 254 par l'intermédiaire d'une cellule de mesure de résistivité 256, d'un appareil de mesure de pression 258 ou d'un mécanisme d'essai préliminaire 259, ou de toute combinaison de ces derniers, conformément à la configuration souhaitée. De même, la conduite d'écoulement 264 permet au fluide de formation de pénétrer dans la conduite d'échantillonnage 254. Lorsque le module E est utilisé, ou lorsque de multiples modules E et F sont utilisés, la vanne d'isolement 262 est montée en aval du capteur de résistivité 256. En position fermée, la vanne d'isolement 262 limite le volume interne de la conduite d'écoulement, améliorant la précision des mesures dynamiques effectuées par le manomètre 258. Une fois les essais de pression initiaux terminés, la vanne d'isolement 262 peut être ouverte pour permettre l'écoulement dans les autres modules par l'intermédiaire de la conduite d'écoulement 254.

Le module à chambre à échantillon S peut alors être utilisé pour prélever un échantillon de fluide délivré par la conduite d'écoulement 254 et régulé par le module de contrôle de débit N, ce qui est avantageux mais pas nécessaire pour l'échantillonnage du fluide. En se référant tout d'abord au module à chambre à échantillon S supérieur de la Fig. 3, une vanne 280 est ouverte et les vannes 262, 262A et 262B sont maintenues fermées, dirigeant ainsi le fluide de la formation dans la conduite d'écoulement 254 jusqu'à une cavité de collecte de l'échantillon 284C dans la chambre 284 du module à chambre à échantillon S, après quoi la vanne 280 est fermée pour isoler l'échantillon. La chambre 284 comporte une cavité de collecte de l'échantillon 284C et une cavité tampon/de pressurisation 284p. L'outil peut alors être déplacé jusqu'à un nouvel endroit et le procédé répété. Des aspects particuliers de la présente invention utiles dans les outils de fond, tel l'outil A décrit au-dessus, seront maintenant décrits. Les Fig. 4A-4B représentent une portion d'un outil de fond 400 équipé d'un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 410. Bien que de tels ensembles à garnitures d'étanchéité soient typiquement fournis avec des paires d'éléments d'obturation doubles, seul un élément d'obturation 412 unique avec un ensemble de renfort 426 correspondant est illustré ici à des fins de simplicité et de clarté. Ceux versés dans l'art apprécieront que des éléments d'obturation uniques ont une utilité indépendante dans certaines applications autres que les configurations à garniture d'étanchéité doubles. La Fig. 4A représente l'élément d'obturation 412 dégonflé pour insertion et retrait du puits 418, alors que la Fig. 4B représente l'élément d'obturation 412 gonflé et l'ensemble de renfort annulaire 426 dilaté pour empêcher l'extrusion de l'élément d'obturation.

L'ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 410 comprend l'élément d'obturation tubulaire expansible 412 ayant une paire d'extrémités 414, 416, et une première paire de supports d'extrémité annulaires 420, 422 ayant des espaces annulaires 419, 421 respectifs pour fixer les extrémités 414, 416 respectives du premier élément d'obturation tubulaire 412 autour d'un mandrin 424 au moins partiellement placé à l'intérieur du premier élément d'obturation tubulaire 412. Le support d'extrémité inférieur 422 est mobile et le support d'extrémité supérieur 420 est fixe par rapport au mandrin 424. À la fois les supports d'extrémité supérieur et inférieur peuvent aussi être fixes (non représentés) étant donné que l'élément d'obturation 412 est convenablement construit pour permettre une déformation élastique supplémentaire. - 19

Le premier ensemble de renfort tubulaire 426 est déployable à partir du support d'extrémité inférieur 422 en étant connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités 430 au support d'extrémité inférieur 422 pour renforcer le premier élément d'obturation tubulaire 412 sur pressurisation et dilatation (c'est-à-dire gonflage) de ce dernier. Ceux ordinairement versés dans l'art apprécieront que d'autres moyens de déploiement (par exemple, glissement) peuvent être utilisés de manière avantageuse. L'ensemble de renfort annulaire 426 fonctionne comme un support mécanique extérieur de l'élément d'obturation tubulaire 412, et comble de fait l'espace entre le support d'extrémité 422 (qui est métallique) et la paroi du puits 418. Ceci contribue à éviter à l'élément d'obturation tubulaire flexible 412 d'avoir à fournir la résistance mécanique pour s'auto-supporter (par exemple, par l'intermédiaire de renforts tels que des lattes). L'ensemble de renfort assure le support pour aider l'élément d'obturation tubulaire 412 à former un joint entre la paroi du puits 418 et le mandrin de la garniture d'étanchéité 424.

Le premier ensemble de renfort tubulaire 426 est expansible à son extrémité 432 opposée à l'extrémité connectée de manière pivotante 430, disposition selon laquelle l'ensemble 426 adopte une forme frustoconique sur gonflage de l'élément d'obturation tubulaire 412 (voir Fig. 4B). L'ensemble à garniture d'étanchéité peut comprendre un second ensemble de renfort annulaire 428 connecté de manière pivotante à son extrémité 429 au support d'extrémité supérieur 420 pour renforcer davantage le premier élément d'obturation tubulaire sur pressurisation et dilatation (c'est-àdire gonflage) de ce dernier. Bien que cette réalisation soit illustrée comme utilisant deux ensembles de renfort annulaires 426, 428, il sera apprécié par ceux ordinairement versés dans l'art qu'un seul tel ensemble peut être utilisé de manière avantageuse. Dans ce cas, l'ensemble de renfort annulaire unique sera typiquement placé du côté basse pression de l'élément d'obturation tubulaire 412 (par exemple, du côté exposé à une pression réduite dans un - 20 ensemble d'échantillonnage de fluide à garniture d'étanchéité double), puisque ce côté est plus à même de subir une extrusion et une déformation importante que le côté haute pression (c'est-à-dire le côté exposé à la pression ambiante du puits) de l'élément d'obturation tubulaire.

Différentes réalisations de l'ensemble de renfort annulaire peuvent utiliser une pluralité de doigts ou de lattes disposé(e)s selon une configuration annulaire et connecté(e)s de manière pivotante à au moins une de leurs extrémités au support d'extrémité mobile et/ou au support d'extrémité fixe. La Fig. 5A représente une vue en coupe partielle selon la ligne 5A 5A de la Fig. 4A de la pluralité de lattes 434 comprises dans le premier ensemble de renfort tubulaire 426. Les lattes 434 sont représentées comme utilisant une conception à section étagée selon laquelle deux sections plates 436, 438, chacune légèrement incurvée de manière à suivre le périmètre incurvé de l'élément d'obturation tubulaire 412, et une langue orientée radialement 440 connecte les sections plates 436, 438. Cette conception permet aux lattes adjacentes 434 de se chevaucher facilement l'une l'autre pour définir collectivement l'ensemble de renfort annulaire 426. Ceux ordinairement versés dans l'art apprécieront cependant que d'autres conceptions à section plus simple (par exemple, section plate unique) peuvent être utilisées de manière avantageuse.

La Fig. 5B représente une vue en coupe partielle de l'ensemble de renfort annulaire 426 dans une position gonflée selon la ligne 5B 5B de la Fig. 4B. La Fig. 5B représente de manière similaire une vue en coupe partielle de l'ensemble de renfort annulaire 426 dans une position gonflée selon la ligne 5C 5C de la Fig. 4B. Par conséquent, comme représenté à la Fig. 4B, il est préférable que chacune des lattes 434 ait une largeur qui augmente de son extrémité connectée de manière pivotante 430 à son autre extrémité dilatée 432, bien qu'un tel profil de largeur ne soit pas essentiel. De plus, - 21 la configuration chevauchante des lattes est conçue pour permettre la dilatation aux extrémités 432 afin de s'engager dans la paroi du puits 418 tout en maintenant continuellement au moins un chevauchement partiel entre les lattes adjacentes 434. Ceci assure que l'élément d'obturation tubulaire 412 est entièrement supporté sur toute sa surface qui pourrait autrement subir une extrusion et une déformation plastique, comme représenté aux Fig. 1B-1C.

Par conséquent, le gonflage de l'élément d'obturation tubulaire 412 dilate le diamètre extérieur de l'élément d'un diamètre D1 à un diamètre D2, comme indiqué aux Fig. 4A-4B, 5A et (en particulier) 5C. Un tel gonflage se produit en pompant du fluide ambiant du puits dans la cavité 441 de l'élément d'obturation tubulaire 412 de manière bien connue par ceux ordinairement versés dans l'art, et décrite dans une certaine mesure dans le cadre de l'outil de fond A des Fig. 2-3 ci-dessus. L'élément d'obturation tubulaire 412 est dégonflé en refoulant le fluide du puits de la cavité 441 dans le puits, de manière également bien connue dans l'art.

Un ou plusieurs renforts à ressort 442, chacun ayant une rigidité appropriée, sont utilisés pour aider à remettre l'ensemble de renfort annulaire et l'élément d'obturation tubulaire 412 dans leurs positions d'insertion originale de la Fig. 4A quand l'élément d'obturation tubulaire 412 est dégonflé. Chaque renfort à ressort 442 comporte des extrémités connectées à une ou plusieurs lattes 434 et au support d'extrémité inférieur 422, et sur gonflage de l'élément d'obturation tubulaire 412 (voir Fig. 4B), est fléchi dans une position dans laquelle la rigidité du renfort à ressort force l'élément d'obturation 412 dans sa position rétractée.

Les Fig. 6A-6B représentent une portion d'un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 610 placé dans un puits 618 et déployant séquentiellement un autre ensemble 25 de renfort annulaire 626. La Fig. 6A dépeint l'ensemble de renfort annulaire dans la - 22 position rétractée, et la Fig. 6B dépeint l'ensemble de renfort annulaire dans la position déployée. De manière similaire à la réalisation représentée aux Fig. 4A-4B, un élément d'obturation tubulaire 612 comporte une paire d'extrémités (seul l'extrémité 616 est représentée), et une première paire de supports d'extrémité annulaires (seul le support d'extrémité 622 est représenté) ayant des espaces annulaires respectifs (seul l'espace annulaire 621 est représenté) pour fixer les extrémités respectives du premier élément d'obturation tubulaire 612 autour d'un mandrin 624 au moins partiellement placé à l'intérieur du premier élément d'obturation tubulaire 612. Le support d'extrémité inférieur 622 est mobile et le support d'extrémité supérieur (non représenté) est fixe par rapport au mandrin 624.

L'ensemble à garniture d'étanchéité 610 fonctionne différemment de l'ensemble à garniture d'étanchéité 410 décrit ci-dessus, en particulier dans la manière selon laquelle l'ensemble de renfort annulaire 626 est déployé à partir du support d'extrémité 622. Par conséquent, l'ensemble de renfort annulaire comprend une pluralité de lattes 634 placées pour glissement à l'intérieur d'une pluralité de canaux respectifs 635 formés autour du support d'extrémité 622. Du fluide hydraulique est fourni par l'intermédiaire d'une ou plusieurs conduites d'écoulement 633 à partir du mandrin 624, d'une manière qui est bien connue dans l'art (par exemple, par manipulation des pompes et des vannes transportées à l'intérieur du mandrin 624 ou connectées en fonctionnement à ce dernier), de manière à induire un déplacement concerté des lattes 634 entre la position d'insertion rétractée de la Fig. 6A et la position de renfort déployée de la Fig. 6B. Les canaux 635 sont de préférence interconnectés de manière fluidique afin d'être pressurisés et dépressurisés ensemble.

Les Fig. 7A-7B représentent une portion d'un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 710 déployant séquentiellement un autre ensemble de renfort annulaire 726. La - 23 Fig. 7A dépeint l'ensemble de renfort annulaire dans la position rétractée, et la Fig. 7B dépeint l'ensemble de renfort annulaire dans la position déployée. De manière similaire à la réalisation représentée aux Fig. 4A-4B, un élément d'obturation tubulaire 712 comporte une paire d'extrémités (seule 716 est représentée), et une première paire de supports d'extrémité annulaires (seul le support d'extrémité 722 est représenté) ayant des espaces annulaires respectifs (seul l'espace annulaire 721 est représenté) pour fixer les extrémités respectives du premier élément d'obturation tubulaire 712 autour d'un mandrin 724 au moins partiellement placé à l'intérieur du premier élément d'obturation tubulaire 712. Le support d'extrémité inférieur 722 est mobile et le support d'extrémité supérieur (non représenté) est fixe par rapport au mandrin 724.

L'ensemble à garniture d'étanchéité 710 fonctionne de manière similaire à l'ensemble à garniture d'étanchéité 410 décrit ci-dessus, sauf en ce qui concerne la manière selon laquelle l'ensemble à garniture d'étanchéité 710 est rétracté dans sa position d'insertion sur dégonflage de l'élément d'obturation tubulaire 712. En particulier, le renfort à ressort 442 de la réalisation décrite précédemment est remplacé par un manchon coulissant 742 qui est déplacé vers le bas (par exemple, par manipulation de pompes et vannes transportées à l'intérieur du mandrin 724 ou connectées en fonctionnement à ce dernier) vers une position inférieure pour permettre la dilatation de l'élément d'obturation tubulaire 712 et des extrémités extérieures 732 des lattes 734 qui constituent essentiellement l'ensemble de renfort annulaire 726, qui est représenté à la Fig. 7B. Sur dégonflage de l'élément d'obturation tubulaire 712, le manchon 742 est déplacé vers le haut pour aider à la rétraction de l'élément d'obturation tubulaire 712 et de l'ensemble de renfort annulaire 726.

Les Fig. 8A-8B représentent une portion d'un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 810 déployant séquentiellement un autre ensemble de renfort annulaire 826. La - 24 Fig. 8A dépeint l'ensemble à garniture d'étanchéité 810 dans la position rétractée, et la Fig. 8B représente l'ensemble à garniture d'étanchéité 810 dans la position déployée adjacente à la paroi du puits 818. De manière similaire à la réalisation représentée aux Fig. 4A-4B et 7A-7B, un élément d'obturation tubulaire 812 comporte une paire d'extrémités (seule l'extrémité 816 est représentée), et une première paire de supports d'extrémité annulaires (seul le support d'extrémité 822 est représenté) ayant des espaces annulaires respectifs (seul l'espace annulaire 821 est représenté) pour fixer les extrémités respectives du premier élément d'obturation tubulaire 812 autour d'un mandrin 824 au moins partiellement placé à l'intérieur du premier élément d'obturation tubulaire 812. Le support d'extrémité inférieur 822 est mobile et le support d'extrémité supérieur 820 est fixe par rapport au mandrin 824.

L'ensemble à garniture d'étanchéité 810 fonctionne de manière similaire aux ensembles à garniture d'étanchéité 410 et 710 décrits ci-dessus, sauf dans la manière selon laquelle l'extrémité 830 de l'ensemble de renfort annulaire est connecté de manière pivotante au support d'extrémité inférieur 822, et la manière selon laquelle l'ensemble à garniture d'étanchéité 810 est rétracté dans sa position d'insertion sur dégonflage de l'élément d'obturation tubulaire 812. Par conséquent, l'extrémité 830 de l'ensemble de renfort annulaire 826 définit une bride qui est étroitement adaptée à l'intérieur d'une cavité 821r de l'espace annulaire 821 du support d'extrémité inférieur 822.

De plus, le renfort à ressort 442 et le manchon 742 des réalisations décrites précédemment sont remplacés par un agent d'adhésion 842 appliqué entre l'élément d'obturation tubulaire 812 et les lattes 834 qui constituent essentiellement l'ensemble de renfort annulaire 826. Par conséquent, les lattes 834 suivent l'élément d'obturation tubulaire 812 dans la position d'insertion rétractée de la Fig. 8A sur dégonflage. Il sera apprécié par ceux ordinairement versés dans l'art que l'adhésion des lattes 834 à l'élément d'obturation tubulaire 812 par l'intermédiaire de l'agent d'adhésion 842 induit une force de traction particulière dans l'élément d'obturation tubulaire 812 sur gonflage de ce dernier, qui tend à remettre l'élément dans sa position d'insertion, contribuant ainsi à la rétraction de l'ensemble à garniture d'étanchéité 810 au cours du dégonflage de cette dernière.

Bien que les réalisations de l'ensemble à garniture d'étanchéité des Fig. 4A-8B soient chacune illustrées comme ayant uniquement un élément d'obturation tubulaire, la configuration typique de tels ensembles à garniture d'étanchéité utilise des éléments d'obturation doubles espacés le long d'un mandrin. Par conséquent, l'ensemble à garniture d'étanchéité peut de plus comprendre un second élément d'obturation tubulaire expansible (non représenté sur ces figures) ayant une paire d'extrémités, et une seconde paire de supports d'extrémité annulaires (non représentés sur ces figures) pour fixer les extrémités respectives du second élément d'obturation tubulaire autour du mandrin. Typiquement, un des supports d'extrémité de la seconde paire est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin. Les première et seconde paires de supports d'extrémité coopèrent pour définir une distance de séparation axiale (telle la distance de séparation 16 de la Fig. 1B) entre les premier et second éléments d'obturation tubulaires. Un second ensemble de renfort annulaire est connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à un support d'extrémité de la seconde paire de supports d'extrémité pour renforcer le second élément d'obturation tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

La Fig. 9 représente un ensemble de rétraction de la garniture d'étanchéité 910. Cet ensemble de rétraction serait typiquement utilisé dans une configuration à garniture d'étanchéité gonflable double, telles celles décrites aux présentes, auquel cas la Fig. 9 représenterait la portion d'extrémité inférieure de chaque élément d'obturation dans la - 26 configuration à garniture d'étanchéité double. L' ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 910 comprend un élément d'obturation tubulaire expansible 912 ayant une paire d'extrémités (une numérotée 916), et une paire de supports d'extrémité annulaires 922 (seule la dernière extrémité est représentée) pour fixer les extrémités respectives de l'élément d'obturation tubulaire 912 (par exemple, par l'intermédiaire de filets correspondants 916t et 922t) autour d'un mandrin 924 au moins partiellement placé à l'intérieur du premier élément d'obturation tubulaire 912. Le support d'extrémité inférieur 922 est mobile et le support d'extrémité supérieur (non représenté) est fixe par rapport au mandrin 924. Le support d'extrémité mobile 922 est équipé d'une surface orientée vers l'intérieur (A1 + A2) qui de préférence excède sa surface orientée vers l'extérieur A3, disposition selon laquelle la pression ambiante du fluide du puits (qui agit sur ces surfaces) impose une force nette qui déplace le support d'extrémité mobile vers l'extérieur (c'est-àdire vers le bas dans le cas du support d'extrémité inférieur 922) quand l'élément d'obturation tubulaire 912 est dépressurisé et contracté (c'està-dire dégonflé).

La Fig. 9 représente le support d'extrémité inférieur 922 dans sa position inférieure, avant coulissage vers le haut pour gonflage de la garniture d'étanchéité. Comme indiqué, la force de rétraction (vers le bas) sur le support d'extrémité inférieur 922 résulte de la différence entre Dm;n et Dm, et la différence correspondante entre la surface orientée vers l'intérieur (A1 + A2) et la surface orientée vers l'extérieur A3. Par conséquent, avec le fluide ambiant du puits fournissant une pression hydrostatique autour de l'ensemble à garniture d'étanchéité 910, une force de rétraction sera typiquement créée. Cette force de rétraction agit de préférence sur le support d'extrémité inférieur 922 en permanence pendant les opérations de puits pour rétracter l'élément d'obturation 912 dans les milieux à faible pression hydrostatique. De plus, la force de rétraction ne gène - 27 de préférence pas le gonflage de la garniture d'étanchéité dans les milieux à pression hydrostatique élevée.

Dans la réalisation de la Fig. 9, le support d'extrémité mobile 922 est placé pour déplacement axial autour d'un manchon 944 fixé sur le mandrin 924. Le manchon 944 présente un rayon étagé qui définit un diamètre minimum Dm., et un diamètre maximum Dmax qui, à leur tour, correspondent à la surface orientée vers l'intérieur (AI + A2) et à la surface orientée vers l'extérieur A3 du support d'extrémité mobile 922. Le support d'extrémité mobile 922 et le manchon 944 coopèrent pour former une chambre basse pression 948, qui est chargée à la pression atmosphérique, à une pression proche du vide ou à une autre pression faible convenable, et est étanchéifiée par des joints annulaires 921, 923 (par exemple, des joints toriques haute température). La chambre basse pression 948 permet le déplacement du support d'extrémité mobile 922 par rapport au manchon 944 sous l'effet de la pression ambiante du fluide du puits.

Le manchon 944 est de préférence équipé d'un élément d'arrêt mécanique 946 placé dans la chambre basse pression étanchéifiée 948 pour limiter le déplacement axial du support d'extrémité mobile 922 le long du manchon. L'élément d'arrêt 946 empêche la partie inférieure du support d'extrémité inférieur 922 de trop monter et de perdre l'engagement d'étanchéification inférieur avec le manchon 944 sur gonflage de l'élément d'obturation tubulaire 912. De plus, en limitant le déplacement vers le haut du support d'extrémité inférieur 922, l'élément d'arrêt 946 réduit la déformation subie par l'élément d'obturation tubulaire 912 à proximité de son extrémité inférieure 916 où le rayon de courbure est court et les concentrations des contraintes sont importantes. La déformation résultante (plus faible) est conçue pour augmenter la durée de vie utile de l'élément d'obturation 912 en évitant la transition zone de type carré qui apparaît autrement dans les garnitures d'étanchéité gonflables traditionnelles quand, par exemple, l'élément d'obturation fléchit à proximité du support d'extrémité mobile. De plus, la limitation du déplacement vers le haut du support d'extrémité inférieur 922 par l'intermédiaire de l'élément d'arrêt mécanique 946 est conçue pour augmenter la force de traction développée dans l'élément d'obturation 912 et empêche la déformation plastique de l'élément d'obturation ou des renforts métalliques (éventuels) qu'il contient.

L'élément d'arrêt décrit aux présentes est utile de manière indépendante à l'intérieur d'un ensemble à garniture d'étanchéité, et, par conséquent, peut être utilisé indépendamment de l'ensemble de rétraction de la garniture d'étanchéité. De plus, l'élément d'arrêt n'a pas besoin d'être réalisé à l'aide d'un mécanisme d'arrêt dur, comme illustré par l'élément d'arrêt 946, mais peut au contraire être souple (par exemple, comprendre un composant à ressort) de manière à appliquer une force de restriction plus graduelle sur un déplacement axial plus important d'un support d'extrémité mobile. Les Fig. 10A-10B représentent l'ensemble de renfort annulaire des Fig. 4A-

4B et l'ensemble de rétraction de la Fig. 9, tous deux appliqués à un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable. La Fig. 10A dépeint l'ensemble de renfort annulaire dans la position rétractée, et la Fig. 10B dépeint l'ensemble de renfort annulaire dans la position déployée. Par conséquent, l'ensemble à garniture d'étanchéité gonflable 1010 comprend un élément d'obturation tubulaire expansible 1012 ayant une paire d'extrémités 1014, 1016, et une paire de supports d'extrémité annulaires 1020, 1022 ayant des espaces annulaires 1019, 1021 respectifs pour fixer les extrémités respectives de l'élément d'obturation tubulaire 1012 autour d'un mandrin 1024 au moins partiellement placé à l'intérieur du premier élément d'obturation tubulaire 1012. Le support d'extrémité inférieur 1022 est mobile et le support d'extrémité supérieur 1020 est fixe par rapport au mandrin 1024.

- 29 Le support d'extrémité mobile 1022 est équipé d'une surface orientée vers l'intérieur (A1 + A2) qui de préférence excède sa surface orientée vers l'extérieur A3, disposition selon laquelle la pression ambiante du fluide du puits (qui agit sur ces surfaces) impose une force nette qui déplace le support d'extrémité mobile vers l'extérieur (c'est-àdire vers le bas dans le cas du support d'extrémité inférieur 1022) quand l'élément d'obturation tubulaire 1012 est dépressurisé et contracté (c'est-à-dire dégonflé).

Le support d'extrémité mobile 1022 se déplace axialement autour d'un manchon 1044 fixé au mandrin 1024. Le manchon 1044 présente un rayon étagé qui définit des diamètres minimum et maximum qui correspondent à la surface orientée vers l'intérieur (A1 + A2) et à la surface orientée vers l'extérieur A3 du support d'extrémité mobile 1022. Une chambre basse pression étanchéifiée 1048 permet le déplacement du support d'extrémité mobile 1022 par rapport au manchon 1044 sous l'effet de la pression ambiante du fluide du puits. Le manchon 1044 est de préférence équipé d'un élément d'arrêt mécanique 1046 (essentiellement une bague dilatée autour de sa portion de diamètre maximum) placé dans la chambre basse pression 1048 pour limiter le déplacement axial du support d'extrémité mobile 1022 le long du manchon. L'élément d'arrêt 1046 empêche la partie inférieure du support d'extrémité inférieur 1022 de trop monter et de perdre l'engagement d'étanchéification inférieur avec le manchon 1044 sur gonflage de l'élément d'obturation tubulaire 1012.

Un ensemble de renfort annulaire 1026 est connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités 1030 au support d'extrémité inférieur 1022 pour renforcer le premier élément d'obturation tubulaire 1012 sur pressurisation et dilatation (c'est-à-dire gonflage) de ce dernier. L'ensemble de renfort annulaire 1026 fonctionne comme un support mécanique de l'élément d'obturation tubulaire 1012, et comble de fait l'espace entre le support d'extrémité 1022 (qui est métallique) et la paroi du puits 1018. Ceci évite à l'élément d'obturation tubulaire flexible 1012 d'avoir à fournir la résistance mécanique pour s'auto- supporter (par exemple, par l'intermédiaire de renforts), et permet à l'élément d'obturation tubulaire 1012 de fonctionner de manière plus fiable pour former le joint approprié entre la paroi du puits 1018 et le mandrin de la garniture d'étanchéité 1024.

L'ensemble de renfort annulaire 1026 est expansible à son extrémité 1032 opposée à l'extrémité connectée de manière pivotante 1030, disposition selon laquelle l'ensemble 1026 adopte une forme frustoconique sur gonflage de l'élément d'obturation tubulaire 1012 (voir Fig. 10B). Bien que cette réalisation soit illustrée comme utilisant un ensemble de renfort annulaire 1026, il sera apprécié par ceux ordinairement versés dans l'art qu'un autre tel ensemble peut être utilisé de manière avantageuse au niveau du support d'extrémité supérieur 1020.

La Fig. 11 représente un outil de forage 1110 ayant un ensemble à garniture d'étanchéité double équipé d'un centreur 1160 pour empêcher le flambage de la portion de l'outil intermédiaire entre les garnitures d'étanchéité. Par conséquent, l'outil de forage 1110, qui est défini par une pluralité de mandrins interconnectés 1150a, 1105b et 1150c, est représenté comme étant avancé par une garniture de forage 1114 dans un puits défini par une paroi du puits 1118. L'outil est adapté pour recueillir des échantillons du fluide de formation à l'intérieur d'une portion 1116 de la paroi du puits 1118 isolée par les éléments d'obturation gonflables doubles 1112.

Un centreur expansible 1160 est transporté par le mandrin 1150b sur la distance de séparation axiale intermédiaire entre les première et seconde garnitures d'étanchéité 1110 pour empêcher le flambage du mandrin au cours des opérations d'échantillonnage du fluide. Le mandrin 1150b représente au moins une portion de ladite garniture d'espacement entre les éléments d'obturation 1112, qui assure la distance de séparation axiale souhaitée entre les éléments d'obturation. Par conséquent, le centreur 1160 fait office d'élément de la garniture d'espacement. Le centreur 1160 comprend une paire de supports 1162, 1164 transportés le long du mandrin 1150a, avec au moins un des supports mobiles axialement le long du mandrin. Le centreur de ces réalisations comprend de plus une pluralité de paires (de préférence au moins trois) de bras articulés 1166. Les bras de chaque paire ont des premières extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs 1162, 1164 et des secondes extrémités connectées de manière pivotante entre elles au niveau d'un joint à pivots 1168.

Un actionneur (non représenté) est transporté par l'un des mandrins interconnectés 1150a/bic pour induire le déplacement axial de chaque support mobile (parmi les supports 1162, 1164) de manière à ce que les secondes extrémités connectées de manière pivotante 1168 de chaque paire de bras soient déplacées radialement vers l'extérieur pour exercer une force sur la paroi du puits 1118 qui centre essentiellement le mandrin dans le puits.

Dans les opérations d'échantillonnage dans les puits de forage découverts (c'est-à-dire non tubés), le centreur 1160 comprend de plus de préférence une pluralité de lames de ressort 1170 ayant chacune des extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs 1162, 1164 de manière à positionner les lames de ressort 1170 entre les paires respectives de bras articulés 1166 et la paroi du puits 1118. Les lames de ressort 1170 et les bras articulés 1166 coopèrent pour exercer des forces sur la paroi du puits qui centrent essentiellement le mandrin (de préférence les trois mandrins 1150a/bic) dans le puits. D'autres aspects du centreur sont connus de ceux ordinairement versés dans l'art, par exemple, comme dévoilé par le brevet U.S. n 5.358.039 bien qu'il ne soit pas apparent que de tels centreurs aient été précédemment appliqués à des ensembles à garniture d'étanchéité comme décrit aux présentes.

- 32 La Fig. 12 représente un outil de fond 1200 équipé d'une paire d'éléments d'obturation gonflables 1212a,b, tous deux ayant un ensemble de rétraction semblable à l'ensemble 910 de la Fig. 9, avec la garniture d'étanchéité supérieure 1212a inversée de manière à ce que les côtés basse pression (c'est-à-dire les supports d'extrémité intérieurs) des deux éléments d'obturation respectifs soient fixes. Ceci diffère d'une configuration à garniture d'étanchéité double typique, dans laquelle le support d'extrémité inférieur de chacune des première et seconde paires de supports d'extrémité est un support d'extrémité mobile pour permettre le gonflage de la garniture d'étanchéité. Quand la pression entre les deux tels éléments d'obturation est réduite à une valeur inférieure à la pression hydrostatique pour induire un écoulement de fluide de formation dans la portion isolée (non représentée à la Fig. 12) de la paroi du puits, le côté supérieur de l'élément d'obturation supérieur est mis en tension, alors que l'élément inférieur est mis en compression. La configuration dite inversée de la Fig. 12 dépeint l'élément d'obturation supérieur 1212a comme étant fixé en bas par un support d'extrémité fixe 1222a, éliminant ainsi la charge de traction à l'extrémité supérieure.

Par conséquent, l'élément d'obturation supérieur 1212a utilise un support d'extrémité supérieur mobile 1220a et un support d'extrémité inférieur fixe 1222a. Inversement, l'élément d'obturation inférieur 1212b utilise un support d'extrémité supérieur fixe 1220b et un support d'extrémité inférieur mobile 1222b. Les supports d'extrémité mobiles 1220a, 1222b coopèrent avec les manchons respectifs 1244a, 1244b, de façon analogue au support d'extrémité mobile 922 et au manchon 944 de la Fig. 9, pour rétracter activement les éléments d'obturation tubulaires 1212a, 1212b sur dégonflage de ces derniers. Par conséquent, le support d'extrémité mobile 1220a sera déplacé vers le haut et le support d'extrémité mobile 1222b sera déplacé vers le bas sous l'effet de la pression ambiante du fluide du puits agissant sur les différentes surface - 33 orientée vers l'intérieur (A1 + A2) et surface orientée vers l'extérieur A3. Des chambres basse pression étanchéifiées (non numérotées) permettent le déplacement des supports d'extrémité mobiles par rapport aux manchons sous l'effet de la pression ambiante du fluide du puits.

L'outil de fond de la Fig. 12 est de plus équipé d'un centreur autre que celui représenté à la Fig. 11. Le centreur 1260 est similaire au centreur 1160 en ce qu'il utilise des bras articulés 1266 ayant des premières extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs 1262, 1264 et des secondes extrémités connectées de manière pivotante entre elles au niveau d'un joint à pivots 1268. Le centreur 1260 de la Fig. 12 n'a pas de lames de ressort comme les lames 1170 de la Fig. 11, bien que de telles lames puissent optionnellement être appliquées (habituellement dans les environnements à trou ouvert).

Dans cette réalisation, le support inférieur 1264 est fixe et le support supérieur 1262 est mobile. Le support supérieur 1262 est déplacé axialement le long du mandrin 1250 par un actionneur qui comprend un piston 1280 et une bielle 1282. Le piston va et vient dans un cylindre 1284 sous l'effet de la pression d'un fluide hydraulique, déplaçant ainsi l'actionneur supérieur vers le haut et vers le bas comme souhaité pour déployer ou rétracter les extrémités connectées de manière pivotante 1268 des bras articulés 1266. Sur une telle extension, les extrémités 1268 entrent en contact avec la paroi du puits 1218 avec une force suffisante pour maintenir le centreur 1260 fermement au centre du puits. Un ressort hélicoïdal 1286 fixé sur une portion de moindre diamètre du mandrin 1250 force le support supérieur 1262 vers sa position supérieure, forçant ainsi les extrémités 1268 à se déplacer vers l'intérieur dans une position d'insertion par défaut.

Le côté du piston 1280 opposé à la pression du cylindre subit l'action de la pression de l'intervalle (c'est-à-dire la pression dans l'intervalle du puits isolé par les éléments d'obturation 1212a,b quand ils sont gonflés). Par conséquent, lorsque la pression chute dans l'intervalle, la force appliquée par le piston 1280 sur la bielle 1282 augmente, bien que la pression du cylindre du piston reste constante. Ceci fournit une force supérieure aux bras de stabilisation 1266 et aux extrémités 1268 pour contrer les forces de flambage supérieures générées lorsque la pression de l'intervalle diminue. Dans les applications où le piston du centreur 1280 n'a pas besoin d'une pression différentielle importante pour déployer une force de centrage adéquate, le cylindre du piston 1284 pourrait être pressurisé par le même fluide que celui utilisé pour pressuriser les éléments d'obturation 1212a, b (pas nécessairement sur la même conduite d'écoulement) et le côté du piston 1280 opposé à la pression du cylindre pourrait être connecté à la pression hydrostatique (c'est-à-dire la pression du puits à l'extérieur de l'intervalle de la garniture d'étanchéité). De cette manière, la pression sur le piston 1280 ne serait que la pression de gonflage de la garniture d'étanchéité.

L'utilisation de deux pistons actionneurs ou plus permettrait le déploiement indépendant des bras de centrage 1266. Ceci permettrait, par exemple, le centrage dans une section non circulaire du puits. De plus, une pluralité de telles sections de stabilisation pourraient être utilisées en même temps, ce qui permettrait d'avoir n'importe quel espacement de garnitures d'étanchéité ou longueur d'intervalle souhaité.

En résumé, plusieurs aspects de la présente invention permettent le déploiement fiable d'une paire de garnitures d'étanchéité gonflables espacées transportées autour d'un mandrin placé dans un puits pénétrant une formation souterraine. L'évaluation traditionnelle des formations avec des garnitures d'étanchéité gonflables doubles comprend les étapes de pressurisation des garnitures d'étanchéité de manière à isoler une portion annulaire de la paroi du puits, la collecte d'un ou plusieurs échantillons du fluide de formation par l'intermédiaire de la portion isolée de la paroi du puits et la - 35 dépressurisation des garnitures d'étanchéité de manière à permettre le déplacement du mandrin à l'intérieur du puits. La présente invention fournit une méthode et un appareil d'échantillonnage qui utilisent un ou plusieurs des points suivants de manière avantageuse: restriction de la déformation des garnitures d'étanchéité pendant le gonflage en utilisant un ensemble de renfort annulaire; rétraction active des garnitures d'étanchéité en utilisant la pression ambiante du puits; et centrage substantiel du mandrin entre les garnitures d'étanchéité de manière à empêcher le flambage du mandrin.

Il est entendu d'après la description précédente que diverses modifications et changements peuvent être apportés aux réalisations préférées et autres de la présente invention sans s'écarter de son caractère vrai.

Cette description n'est donnée qu'à des fins d'illustration et ne doit pas être interprétée dans un sens limitatif. La portée de la présente invention ne doit être déterminée que par le texte des revendications qui suivent. Le terme comprenant dans les revendications est entendu signifier comprenant au moins de telle sorte que la liste d'éléments indiquée dans une revendication constitue un groupe ouvert. Un , une et les autres termes au singulier sont entendus inclure leurs formes au pluriel, sauf exclusion expresse.

A 2877389 - 36 -

Claims (11)

REVENDICATIONS Les revendications couvrent:

1. Un ensemble à garniture d'étanchéité gonflable (410), comprenant: un premier élément tubulaire expansible (412) ayant une paire d'extrémités (414, 416); une première paire de supports d'extrémité annulaires (420, 422) pour fixer les extrémités respectives du premier élément tubulaire autour d'un mandrin (424) placé à l'intérieur du premier élément tubulaire; et un premier ensemble de renfort tubulaire (426) déployable à partir de l'un des supports d'extrémité pour renforcer le premier élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

2. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 1, comprenant de plus un premier élément d'arrêt (946) pour limiter le déplacement axial du support d'extrémité mobile.

3. L'ensemble à garniture d'étanchéité gonflable de la revendication 1, dans lequel le premier ensemble de renfort tubulaire (426) connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à l'un des supports d'extrémité pour renforcer le premier élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

4. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 3, dans lequel le premier ensemble de renfort tubulaire est expansible à l'autre de ses extrémités.

5. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 4, dans lequel: un des supports d'extrémité est mobile et l'autre support d'extrémité est fixe par rapport au mandrin; et le premier ensemble de renfort tubulaire comprend une pluralité de doigts (434) disposés selon une configuration annulaire.

6. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 3, comprenant de plus: - 37 - un second élément tubulaire expansible ayant une paire d'extrémités; une seconde paire de supports d'extrémité annulaires pour fixer les extrémités respectives du second élément tubulaire autour du mandrin, les première et seconde paires de supports d'extrémité coopérant pour définir une distance de séparation axiale entre les premier et second éléments tubulaires; et un second ensemble de renfort annulaire connecté de manière pivotante à l'une de ses extrémités à l'un des supports d'extrémité pour renforcer le second élément tubulaire sur pressurisation et dilatation de ce dernier.

7. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 6, comprenant de plus un centreur expansible (1160) transporté par le mandrin sur la distance de séparation axiale intermédiaire entre les premier et second éléments tubulaires pour empêcher le flambage du mandrin.

8. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 7, dans lequel le centreur comprend: une paire de supports (1262, 1264) transportés le long du mandrin, avec au moins l'un des supports mobiles dans la direction axiale le long du mandrin; une pluralité de paires de bras articulés (1166), les bras de chaque paire ayant des premières extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs et des secondes extrémités connectées de manière pivotante entre elles; et un actionneur transporté par le mandrin pour induire le déplacement axial de chaque support mobile de manière à ce que les secondes extrémités connectées de manière pivotante de chaque paire de bras soient déplacées radialement vers l'extérieur pour exercer une force sur la paroi du puits qui essentiellement centre le mandrin dans le puits.

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9. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 8, comprenant de plus une pluralité de lames de ressort (1170), chacune ayant des extrémités connectées de manière pivotante aux supports respectifs de manière à positionner les lames de ressort entre les paires respectives de bras articulés et la paroi du puits, les lames de ressort et les bras articulés coopérant pour exercer des forces sur la paroi du puits qui essentiellement centrent le mandrin dans le puits.

10. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 7, dans lequel le centreur comprend trois paires de bras articulés (1166) essentiellement également espacés sur la circonférence du mandrin.

11. L'ensemble à garniture d'étanchéité de la revendication 1, dans lequel le support d'extrémité est équipé d'une surface orientée vers l'intérieur qui excède sa surface orientée vers l'extérieur, disposition selon laquelle la pression du fluide du puits impose une force nette qui déplace le support d'extrémité mobile vers l'extérieur quand le premier élément tubulaire est dépressurisé et contracté.