FR2910922A1 - Controle de pompe pour essai de couches - Google Patents

Abstract

Un appareil de pompage et d'échantillonnage d'un fluide de formation est dévoilé qui peut former une partie d'un outil d'évaluation des formations en cours de forage ou une partie d'une longueur d'outils. Le fonctionnement de la pompe (41) est optimisé en fonction de paramètres générés à partir de données d'essai de pression de la formation ainsi que des données du système d'outil, assurant ainsi la performance optimale de la pompe à des vitesses plus élevées et avec une meilleure fiabilité. De nouvelles conceptions de pompes pour des appareils d'échantillonnage de fluide pour utilisation dans des systèmes MWD sont également dévoilées.

Description

CONTRâLE DE POMPE POUR ESSAI DE COUCHES ANTÉCÉDENTS

Domaine technique Cette divulgation concerne l'essai des formations géologiques. Plus particulièrement, cette divulgation concerne le contrôle de la pompe ou unité de déplacement du fluide (FDU pour Fluid Deplacement Unit ) d'un outil d'essai de couche.

Description de l'art pertinent Les puits sont généralement forés dans le sol ou le fond océanique pour récupérer des dépôts naturels de pétrole et de gaz, ainsi que d'autres matériaux désirables, qui sont piégés dans les formations géologiques de la croûte terrestre. Un puits est typiquement foré en utilisant un trépan fixé à l'extrémité inférieure d'une garniture de forage. Le fluide de forage, ou boue , est typiquement pompé vers le bas dans la garniture de forage jusqu'au trépan. Le fluide de forage lubrifie et refroidit le trépan, et il transporte les déblais de forage jusqu'à la surface dans l'espace annulaire entre la garniture de forage et la paroi du sondage.

Pour que l'exploration du pétrole et du gaz donne des résultats, il est nécessaire d'avoir des informations sur les formations souterraines qui sont pénétrées par un sondage. Par exemple, un aspect de l'évaluation des formations standard concerne les mesures de la pression de la formation et de la perméabilité de la formation. Ces mesures sont essentielles pour prédire la capacité de production et la durée de production d'une formation souterraine. Une technique pour la mesure des propriétés de la formation comprend la descente d'un outil au câble dans le puits pour mesurer des propriétés de la formation. Un outil au câble est un outil de mesure qui est suspendu à un câble et descendu dans un puits de manière à ce qu'il puisse mesurer des propriétés de la formation à des profondeurs souhaitées. Un outil au câble typique peut comprendre une sonde qui peut être appuyée contre la paroi du sondage pour établir une communication fluidique avec la formation. Ce type d'outil au câble est souvent appelé un tester de formation . En utilisant la sonde, un tester de formation mesure la pression des fluides de la formation, génère une impulsion de pression, qui est utilisée pour déterminer la perméabilité de la formation. Le tester de formation soutire également typiquement un échantillon du fluide de la formation pour analyse ultérieure. Afin d'utiliser n'importe quel outil au câble, que l'outil soit un outil de résistivité, porosité ou d'essai de couche, la garniture de forage doit être retirée du puits de manière à ce que l'outil puisse être descendu dans le puits. Ceci est appelé une manoeuvre . De plus, les outils au câble doivent être descendus jusqu'à la zone d'intérêt, généralement au fond, ou près du fond, du trou. Une combinaison de retrait de la garniture de forage et de descente des outils au câble jusqu'en fond de puits sont des mesures qui prennent du temps et peuvent prendre jusqu'à plusieurs heures, en fonction de la profondeur du sondage. À cause de la dépense et du temps d'appareil de forage importants nécessaires pour effectuer une manoeuvre de la tige de forage et descendre les outils au câble jusqu'au fond du sondage, les outils au câble sont généralement utilisés seulement quand l'information est absolument nécessaire ou quand une manoeuvre de la garniture de forage est effectuée pour une autre raison, comme pour changer le trépan. Des exemples de testers de formation au câble sont décrits, par exemple, dans les brevets US n 3 934 468, 4 860 581, 4 893 505, 4 936 139 et 5 622 223. Afin d'améliorer la technologie au câble, des techniques pour mesurer des propriétés de la formation en utilisant des outils et des dispositifs qui sont placés à proximité du trépan dans un système de forage ont été mises au point. Par conséquent, les mesures de la formation sont effectuées au cours du procédé de forage et la terminologie généralement utilisée dans l'art est la mesure en cours de forage (MWD) et la diagraphie en cours de forage (LWD). Une variété d'outils de forage MWD et LWD en fond de puits est disponible commercialement. De plus, les mesures de la formation peuvent être effectuées dans des longueurs d'outils qui ne comportent pas un trépan à leur extrémité inférieure, mais qui sont utilisées pour faire circuler la boue dans le sondage. La MWD concerne typiquement la mesure de la trajectoire du trépan ainsi que la température et la pression du sondage, alors que la LWD concerne la mesure des paramètres ou propriétés de la formation, telles que la résistivité, la porosité, la perméabilité et la vitesse du son, entre autres. Des données en temps réel, telles que la pression de la formation, permettent à la compagnie de forage de prendre des décisions concernant la densité et la composition de la boue de forage, ainsi que des décisions sur la vitesse d'avancement et le poids sur l'outil, au cours du procédé de forage. La distinction entre la LWD et la MWD ne fait pas partie de cette divulgation.

Les outils d'évaluation des formations en cours de forage capables d'effectuer différents essais de couche en fond de puits comprennent typiquement une petite sonde ou paire de garnitures d'étanchéité qui peuvent être déployées à partir d'une masse-tige pour établir un couplage hydraulique entre la formation et les capteurs de pression dans l'outil de manière à ce que la pression du fluide de la formation puisse être mesurée. Certains outils existants utilisent une pompe pour soutirer activement un échantillon de fluide de la formation de manière à ce qu'il puisse être stocké dans une chambre à échantillon dans l'outil pour analyse ultérieure. Une telle pompe peut être alimentée par un générateur dans la garniture de forage qui est entraîné par l'écoulement de boue dans la garniture de forage.

Cependant, comme on peut l'imaginer, les multiples pièces en mouvement impliquées dans n'importe quel outil d'essai de couche, qu'il soit au câble ou de MWD, peuvent causer la défaillance ou une performance moins optimale de l'équipement. De plus, aux profondeurs importantes, une pression hydrostatique importante et des températures élevées sont rencontrées, ce qui complique les choses encore davantage. De plus, les outils d'essai de couche sont exploités dans une grande variété de conditions et de paramètres qui sont reliés à la fois à la formation et aux conditions de forage.

Par conséquent, des outils d'évaluation des formations en fond de puits améliorés et des techniques améliorées sont nécessaires pour exploiter et contrôler de tels outils de manière à ce que de tels outils d'évaluation des formations en fond de puits soient plus fiables, efficaces et adaptables à la fois à la formation et aux conditions de circulation de la boue.

SOMMAIRE DE LA DIVULGATION Dans une réalisation, un système de pompage de fluide pour un outil de fond connecté à une longueur de tiges placée dans un sondage pénétrant une formation souterraine est dévoilé. Le système comprend une pompe qui est en communication fluidique avec soit la formation, soit le sondage, soit les deux, et qui est entraîné par la boue s'écoulant vers le bas dans la longueur de tiges. La pompe est reliée à un contrôleur qui contrôle la vitesse de la pompe en fonction d'au moins un paramètre choisi dans le groupe composé du débit volumétrique de la boue, de la température de l'outil, de la pression de la formation, de la mobilité du fluide, des pertes du système, des limitations de charge mécanique, de la pression du sondage, de la puissance disponible, des limitations de charge électrique et des combinaisons de ces derniers.

Dans une autre réalisation, un système de pompage de fluide pour un outil de fond connecté à une longueur de tiges placée dans un sondage pénétrant une formation souterraine est dévoilé. Le système comprend une turbine, une transmission, une pompe, un premier capteur et un contrôleur. La turbine est entraînée par la boue s'écoulant vers le bas dans la longueur de tiges. La turbine et la pompe sont connectées en fonctionnement à la transmission avec un premier capteur couplé soit à la turbine, soit à l'écoulement de boue pour détecter soit la vitesse de la turbine, soit le débit de la boue, soit les deux. Le contrôleur est couplé en communication à la transmission et au capteur, de manière à ce que le contrôleur ajuste la transmission en fonction soit de la vitesse de la turbine, soit du débit de boue.

Dans encore une autre réalisation, un procédé pour contrôler la pompe d'un outil de fond est dévoilé. Le procédé comprend l'équipement de l'outil avec un contrôleur en fond de puits pour contrôler une pompe ; la mesure d'au moins un paramètre du système de l'outil placé dans un puits de forage; le calcul d'une limite de fonctionnement de la pompe pour la pompe en fonction d'au moins un paramètre du système; le fonctionnement de la pompe; et la limite du fonctionnement de la pompe avec le contrôleur.

Dans une autre réalisation, un procédé pour exploiter un système de pompage pour un outil de fond connecté à une longueur de tiges placée dans un sondage pénétrant une formation souterraine est dévoilé. Le procédé comprend la rotation d'une turbine placée dans le puits de forage avec la boue s'écoulant vers le bas dans la longueur de tiges; l'obtention d'une puissance de sortie de la turbine; l'exploitation d'une pompe avec la puissance de sortie de la turbine; la mesure de la vitesse de la turbine; et le réglage d'une transmission placée entre la turbine et la pompe avec un contrôleur placé dans l'outil en fonction de la vitesse de la turbine. D'autres avantages et caractéristiques seront apparents d'après la description détaillée lue de paire avec les dessins joints.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Pour une meilleure compréhension des procédés et appareils dévoilés, il convient de se référer aux réalisations illustrées en plus amples détails sur les dessins joints, dans lesquels: La Figure 1 est une vue de face illustrant un système de forage dans lequel le système d'essai de couche dévoilé peut être utilisé; La Figure 2 est une vue de face illustrant une réalisation d'un assemblage de fond (BHA soit bottom hale assembly ) dans un puits de forage construit conformément à cette divulgation; La Figure 3 est une section transversale illustrant un module de pompage et d'analyse du fluide d'un système d'essai de couche dévoilé; La Figure 4 illustre schématiquement une pompe pour délivrer du fluide de la formation à partir d'une sonde placée dans une lame de l'outil vers des chambres à échantillon, qui sont également illustrées; La Figure 5 est un diagramme synoptique illustrant un procédé dévoilé aux présentes pour utiliser des paramètres du système et de la formation pour contrôler une pompe dans un outil d'essai de couche; La Figure 5A est un graphe illustrant une courbe de puissance de la turbine, y compris une puissance de sortie maximale; La Figure 6 est un diagramme électrique illustrant une boucle de contrôle de l'échantillonnage utilisée pour mettre en oeuvre le procédé de la Figure 5 pour contrôler le moteur de la pompe du système d'essai de couche dévoilé; La Figure 7 est un diagramme illustrant une autre unité de pompage pour utilisation avec le système d'essai de couche dévoilé; et La Figure 8 est un diagramme illustrant une autre 15 vanne d'étranglement pour l'unité de pompage illustrée à la Figure 7. Il doit être entendu que les dessins ne sont pas nécessairement à l'échelle et que les réalisations dévoilées sont parfois illustrées schématiquement et en 20 vues partielles. Dans certains cas, des détails qui ne sont pas nécessaires pour une compréhension des procédés et appareils dévoilés ou qui rendent d'autres détails difficiles à percevoir peuvent avoir été omis. Il doit être entendu, évidemment, que cette divulgation 25 n'est pas limitée aux réalisations particulières illustrées aux présentes.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE Cette divulgation concerne des pompes à fluide et 30 systèmes d'échantillonnage décrits ci-dessous et illustrés aux Figures 2-8 qui peuvent être utilisés dans un environnement de forage en fond de puits, tel celui illustré à la Figure 1. Dans certaines améliorations, cette divulgation concerne des procédés pour utiliser et contrôler les pompes à fluide dévoilées. Dans une ou plusieurs améliorations, un outil d'évaluation des formations en cours de forage comprend une pompe à fluide améliorée et un procédé amélioré pour contrôler le fonctionnement de la pompe. Dans certaines autres améliorations, des procédés améliorés d'évaluation des formations en cours de forage sont dévoilés. L'homme de métier ayant le bénéfice de cette divulgation appréciera que les appareils et procédés dévoilés ont une application à des opérations autres que le forage et que le forage n'est pas nécessaire pour mettre cette invention en oeuvre. Alors que cette divulgation concerne principalement l'échantillonnage, l'appareil et le procédé dévoilés peuvent être appliqués à d'autres opérations, y compris aux techniques d'injection. L'expression évaluation des formations en cours de forage concerne différentes opérations d'échantillonnage et d'essai qui peuvent être effectuées au cours du procédé de forage, telles que la collecte d'échantillons, le pompage de fluide, les essais préliminaires, les essais de pression, l'analyse du fluide et les essais de résistivité, entre autres. Il est souligné que évaluation des formations en cours de forage ne signifie pas obligatoirement que les mesures sont effectuées alors que le trépan est effectivement en train de percer la formation. Par exemple, la collecte et le pompage des échantillons sont habituellement effectués au cours de brefs arrêts du procédé de forage. C'est-à-dire que la rotation du trépan est arrêtée brièvement de manière à ce que les mesures puissent être effectuées. Le forage peut continuer une fois que les mesures ont été effectuées. Même dans les réalisations où les mesures ne sont faites qu'une fois le forage arrêté, les mesures peuvent encore être effectuées sans avoir à effectuer une manoeuvre de la garniture de forage. Dans cette divulgation, couplé hydrauliquement est utilisé pour décrire des corps qui sont connectés de manière à ce que la pression du fluide puisse être transmise entre les éléments connectés. L'expression en communication fluidique est utilisée pour décrire des corps qui sont connectés de manière à ce que le fluide puisse s'écouler entre, et dans, les éléments connectés. Il est souligné que couplé hydrauliquement peut comprendre certaines dispositions où le fluide peut ne pas s'écouler entre les corps, mais où la pression du fluide peut cependant être transmise. Par conséquent, communication fluidique est un sous-ensemble de couplé hydrauliquement. La Figure 1 illustre un système de forage 10 utilisé pour forer un puits à travers des formations souterraines, illustrées généralement en 11. Un appareil de forage 12 à la surface 13 est utilisé pour entraîner en rotation une garniture de forage 14 qui comprend un trépan 15 à son extrémité inférieure. Le lecteur remarquera que cette divulgation concerne de manière générale des trains de travail qui ne comprennent pas un trépan 15 à leur extrémité inférieure qui sont descendus dans le puits de forage comme une garniture de forage et qui permettent la circulation de la boue de manière similaire à la manière dont une garniture de forage 14 fait circuler la boue. Au fur et à mesure que le trépan 15 est entraîné en rotation, une pompe à boue 16 est utilisée pour pomper du fluide de forage, couramment appelé boue ou boue de forage , vers le bas dans la garniture de forage 14 dans la direction de la flèche 17 vers le trépan 15. La boue, qui est utilisée pour refroidir et lubrifier le trépan, sort de la garniture de forage 14 par les orifices (non illustrés) du trépan 15. La boue emmène alors les déblais de forage du fond du sondage 18 lorsqu'elle s'écoule vers la surface 13 comme illustré par la flèche 19 dans l'espace annulaire 21 entre la garniture de forage 14 et la formation 11. Bien qu'une garniture de forage 14 soit illustrée à la Figure 1, il sera compris ici que cette divulgation est également applicable aux trains de travail et aux longueurs de tiges. À la surface 13, la boue en retour est filtrée et renvoyée à la fosse à boue 22 pour réutilisation. L'extrémité inférieure de la garniture de forage 14 comprend un assemblage de fond de trou (BHA) 23 qui comprend le trépan 15, ainsi qu'une pluralité de masses-tiges 24, 25 qui peuvent comprendre différents instruments, tels des capteurs de LWD ou MWD et de l'équipement de télémétrie. Un instrument d'évaluation des formations en cours de forage peut, par exemple, également comprendre ou être placé à l'intérieur d'un centreur ou stabilisateur 26. Le stabilisateur 26 comprend des lames qui sont en contact avec la paroi du sondage comme illustré à la Figure 1 pour limiter le tremblement du trépan 15. Le tremblement est la tendance de la garniture de forage, lorsqu'elle tourne, à dévier de l'axe vertical du puits de forage 18 et à causer le trépan à changer de direction. De manière avantageuse, un stabilisateur 26 est déjà en contact avec la paroi du sondage 27, par conséquent nécessitant moins d'extension d'une sonde pour établir une communication fluidique avec la formation. L'homme de métier réalisera qu'une sonde de formation pourrait être placée dans des emplacements autres qu'un stabilisateur sans s'écarter du domaine d'application de cette divulgation. En se référant à la Figure 2, un outil d'échantillonnage du fluide dévoilé 30 est connecté hydrauliquement à la formation en fond de puits par l'intermédiaire d'un outil d'essai de pression illustré généralement en 31. L'outil 31 comprend une sonde extensible et des pistons de positionnement tels qu'illustrés, par exemple, dans le brevet U.S. n 7 114 562. L'outil d'échantillonnage du fluide 30 comprend de préférence un module de description du fluide et un module de pompage du fluide, tous deux placés dans le module ou la section 32 et, optionnellement, un module de collecte d'échantillon 33. Différents autres instruments ou outils de MWD sont illustrés en 34 qui peuvent comprendre, mais sans s'y limiter, des outils de résistivité, des outils nucléaires (porosité et/ou densité), etc. Les stabilisateurs du trépan sont illustrés en 26 et le trépan est illustré en 15 à la Figure 2. Il sera noté que le positionnement vertical relatif des composants 31, 32, 33 et 34 peut varier et que les modules de MWD 34 peuvent être placés au-dessus ou en dessous du module d'essai de la pression 31, et que le module de pompage et d'analyse du fluide 32 ainsi que le module de collecte d'échantillon de fluide 33 peuvent également être placés au-dessus ou en dessous du module d'essai de la pression 31 ou des modules de MWD 34. Chaque module 31-34 aura habituellement une longueur comprise entre environ 9 et 12 mètres. En se référant à la Figure 3, un module de pompage et d'analyse du fluide de la formation 32 est dévoilé avec des caractéristiques de contrôle fortement adaptives. Différentes caractéristiques dévoilées aux Figures 3 et 4 sont utilisées pour s'ajuster en fonction des conditions environnementales in-situ. Pour couvrir une grande gamme de performances, une grande versatilité est nécessaire pour entraîner le moteur de la pompe 35, ainsi qu'une électronique ou un contrôleur sophistiqué(e) 36 et un programme précâblé pour un contrôle précis.

La puissance est fournie au moteur de la pompe 35 à partir d'une turbine dédiée 37 qui entraîne un alternateur 38. La pompe 41, dans une réalisation, comprend deux pistons 42, 43 connectés par un arbre 44 et placés à l'intérieur de cylindres correspondants 45, 46 respectivement. La disposition piston double 42, 43/cylindre 45, 46 fonctionne grâce à un déplacement volumétrique. Le déplacement du piston 42, 43 est contrôlé par l'intermédiaire de la vis à rouleaux planétaires 47 également détaillée à la Figure 4, qui est connectée au moteur électrique 35 par l'intermédiaire d'une boîte de vitesse 48. La boîte de vitesse ou transmission 48 entraînée par le moteur peut être utilisée pour modifier un rapport de transmission entre l'arbre du moteur et l'arbre de la pompe. La combinaison du moteur 35 et de l'alternateur 38 peut aussi être utilisée pour accomplir le même objectif. Le moteur 35 peut faire partie de, ou être intégré à, la pompe 41, mais peut aussi être un composant séparé. La vis à rouleaux planétaires 47 comprend un écrou 39 et un arbre fileté 49. Dans une réalisation préférée, le moteur 35 est un servomoteur. L'alimentation de la pompe 41 doit être d'au moins 500 W, qui correspond à environ 1 kW au niveau de l'alternateur 38 de l'outil 32, et de préférence au moins environ 1 kW, qui correspond à au moins environ 2 kW au niveau de l'alternateur 38. Au lieu de la disposition à vis à rouleaux planétaires 47 illustrée à la Figure 4, d'autres moyens pour le déplacement du fluide peuvent être utilisés, tels qu'une vis mère ou une pompe hydraulique séparée, qui refoulerait une huile haute pression alternative qui pourrait être utilisée pour inverser le déplacement de l'ensemble piston 42, 43, 44. En retournant à la Figure 3, la masse-tige d'échantillonnage/analyse 32 est illustrée avec des composants principaux dans une disposition particulière, mais d'autres dispositions sont évidemment possibles et connues de l'homme de métier. Les flèches 51 indiquent l'écoulement de la boue de forage dans la masse-tige 32. Un connecteur hydraulique/électrique extensible 52 est utilisé pour connecter la masse-tige 32 à l'outil d'essai 31 (voir Figure 2) et un autre connecteur hydraulique/électrique extensible 59 est utilisé pour connecter la masse-tige 32 au module de collecte d'échantillon 33 (Figure 2). Des exemples de connecteurs hydrauliques convenables pour connecter les masses-tiges figurent dans la demande de brevet U.S. n 11/160 240, cédée au cessionnaire de la présente invention. Le fluide de la formation en fond de puits entre dans la longueur d'outils par l'outil d'essai de pression 31 (Figure 2) et est envoyé au bloc de vannes 53 par l'intermédiaire du connecteur hydraulique/électrique extensible 52. En se référant toujours à la Figure 3, dans le bloc de vannes 53, l'échantillon de fluide est initialement pompé à travers l'unité d'identification du fluide 54.

L'unité d'identification du fluide 54 comprend un module optique 55 avec d'autres capteurs (non illustrés) et un contrôleur 56 pour déterminer la composition du fluide - huile, eau, gaz, constituants de la boue - et des propriétés telles que la densité, la viscosité, la résistivité, etc. À partir de l'unité d'identification du fluide 54, le fluide pénètre dans l'unité de déplacement du fluide (FDU) ou pompe 41 par l'intermédiaire du jeu de vannes du bloc de vannes 53 qui est expliqué en plus amples détails dans le cadre de la Figure 4. Comme illustré à la Figure 3, avant que le fluide atteigne le bloc de vannes 53, il circule de la sonde de l'outil d'essai de pression 31 à travers le connecteur hydraulique/électrique 52 et à travers l'analyseur 54. La Figure 3 illustre également un diagramme d'une sonde 201 placée, par exemple, dans une lame 202 de l'outil 31 (voir également Figure 2). Deux conduites 203, 204 partent de la sonde 201. Les conduites 203, 204 peuvent être isolées indépendamment en manipulant la vanne d'isolation de l'échantillonnage 205 et/ou la vanne d'isolation de l'essai préliminaire 206. La conduite 203 connecte l'outil analyseur et pompe 32 à la sonde 201 dans l'outil d'essai 31. La conduite 204 est utilisée pour des essais préliminaires . Pendant un essai préliminaire, la vanne d'isolation de l'échantillonnage 205 vers l'outil 32 est fermée, la vanne d'isolation de l'essai préliminaire 206 vers le piston d'essai préliminaire 207 est ouverte, et la vanne d'égalisation 208 est fermée. La sonde 201 est déployée vers la formation comme indiqué par la flèche 209 et, quand elle est étendue, est couplée hydrauliquement à la formation (non illustré). Le piston d'essai préliminaire 207 est rétracté afin de réduire la pression dans la conduite 204 jusqu'à ce que le gâteau de boue soit brisé. Le piston d'essai préliminaire 207 est alors arrêté et la pression dans la conduite 204 augmente au fur et à mesure qu'elle approche de la pression de la formation. Des données de pression de la formation peuvent être recueillies pendant l'essai préliminaire. Les données recueillies pendant l'essai préliminaire (ou un autre essai similaire) peuvent devenir l'un des paramètres utilisés dans le bloc 85 de la Figure 5 comme discuté ci-dessous. L'essai préliminaire peut également être utilisé pour déterminer si la sonde 201 et la formation sont couplées hydrauliquement.

En se référant à la Figure 4, le fluide est dirigé vers l'une des deux chambres de déplacement 45 ou 46. La pompe 41 fonctionne de manière à ce qu'il y ait toujours une chambre 45 ou 46 qui aspire du fluide, alors que l'opposée 45 ou 46 expulse du fluide. En fonction de l'acheminement du fluide et du réglage de la vanne d'égalisation 61, le liquide sortant est pompé vers le sondage 18 (ou l'espace annulaire du sondage) ou à travers le connecteur hydraulique/électrique 59 vers l'une des chambres à échantillon 62, 63, 64, qui sont situées dans une masse-tige séparée voisine 33 (voir également Figure 2). Bien que seulement trois chambres à échantillon 62, 63, 64 soient illustrées, il sera noté que plus ou moins de trois chambres 62, 63, 64 peuvent être utilisées. Évidemment, le nombre de chambres n'est pas essentiel et le choix de trois chambres ne constitue qu'une conception préférée. En se référant toujours à la Figure 4, l'action de pompage des pistons de la FDU 42, 43 est obtenue par l'intermédiaire de la vis à rouleaux planétaires 47, de l'écrou 39 et de l'arbre fileté 49. Le moteur à vitesse variable 35 et la boîte de vitesse associée 48 entraînent l'arbre 49 dans un mode bidirectionnel sous la direction du contrôleur 36 illustré à la Figure 3. Les espaces entre le composant sont remplis d'huile 50 et un compensateur à soufflet est illustré en 50a.

En se référant toujours à la Figure 4, au cours d'une admission dans la chambre 45, le fluide traverse le bloc de vannes 53 et le clapet 66 avant de pénétrer dans la chambre 45. À la sortie de la chambre 45, le fluide traverse le clapet 67 vers la vanne d'égalisation et d'acheminement du fluide 61 où il est soit refoulé dans le sondage 18, soit envoyé à travers le connecteur hydraulique/électrique 59, le clapet 68 et dans l'une des chambres 62-64. De même, au cours de l'admission dans la chambre 46, le fluide traverse le clapet 71 et pénètre dans la chambre 46. À la sortie de la chambre 46, le fluide traverse le clapet 72, traverse la vanne d'égalisation et d'acheminement du fluide 61 et est dirigé soit vers le sondage 18, soit vers le module de collecte d'échantillon de fluide 33. Au cours d'une opération de collecte d'un échantillon, le fluide est initialement pompé vers le module 32 et sort du module 32 par l'intermédiaire de la vanne d'égalisation et d'acheminement du fluide 61 vers le sondage 18. Cette action rince la conduite 75 du liquide résiduel avant de remplir effectivement une bouteille à échantillon 62-64 avec du fluide de formation neuf ou frais. L'ouverture et la fermeture d'une bouteille 62-64 est effectuée avec des jeux de vannes d'obturation dédiées, illustrées généralement en 76, qui sont reliées au contrôleur 36 ou à un autre dispositif. Le capteur de pression 77 est utile, entreautres choses, comme une caractéristique indicative que les chambres à échantillon 62-64 sont toutes pleines.

Le clapet de sécurité 74 est utile, entre autres choses, comme une caractéristique de sécurité pour éviter de surpressuriser le fluide dans la chambre à échantillon 62-64. Le clapet de sécurité 74 peut également être utilisé quand le fluide doit être rejeté dans le sondage 18.

En retournant à la Figure 3, un ensemble turbine-alternateur dédié 37, 38 est nécessaire pour fournir la quantité d'énergie électrique nécessaire pour entraîner la pompe 41. Une exigence opérationnelle consiste à ce que, pendant les opérations d'échantillonnage, la boue soit pompée dans la garniture de forage 14. Les taux de pompage doivent être suffisants pour assurer à la fois la communication par télémétrie par transmission d'impulsions par la boue vers la surface et (si utilisée) une vitesse angulaire suffisante pour que la turbine 37 fournisse une énergie adéquate au moteur 35 pour la pompe 41. La Figure 5 illustre un procédé dévoilé 80 pour contrôler le système de pompage 41 de l'outil 32 pendant l'échantillonnage du fluide. Le système de pompage 41 est contrôlé de préférence par un contrôleur en fond de puits 36 (voir Figure 3) qui exécute des instructions stockées dans une mémoire permanente (EPROM) de l'ensemble outil 30. Le contrôleur en fond de puits peut assurer que le système de pompage 41 n'est pas entraîné au-delà de ses limites de fonctionnement et peut assurer que le système de pompage fonctionne efficacement. Le contrôleur en fond de puits recueille des mesures insitu du ou des capteurs dans l'outil 31 et/ou d'un ou de capteurs dans l'outil 32 (voir Figure 4) et utilise ces mesures dans des boucles de rétroaction adaptives du procédé 80 pour optimiser la performance de la pompe/du système de pompage 41. Le procédé 80 peut faire fonctionner le système de pompage 41 de l'outil 32 sans intervention de l'opérateur, ou avec une intervention minimale de l'opérateur. Typiquement, l'opérateur en surface peut déclencher l'opération d'échantillonnage quand la longueur d'outils 14 a arrêté de tourner (au cours d'une connexion d'un tube par exemple), en envoyant une commande à un ou plusieurs des outils de fond 31-33 par télémétrie. L'outil 32 fera fonctionner le système de pompage 41 conformément au procédé 80. L'un quelconque, ou plusieurs, des outils 31-33 peuvent envoyer périodiquement des informations à l'opérateur en surface sur la condition du procédé d'échantillonnage, aidant ainsi l'opérateur en surface à prendre des décisions telles qu'abandonner l'échantillonnage, instruire l'outil 33 de stocker un échantillon dans une chambre, etc. La décision de l'opérateur en surface peut être communiquée aux outils de fond 31-33 par télémétrie par transmission d'impulsions par la boue. Les outils 31, 32 peuvent partager les données d'horloge en fond de trou. En commençant par la gauche de la Figure 5, au bloc 85, l'outil 31 obtient des caractéristiques/paramètres de la formation/du fluide qui peuvent être calculés d'après les données de pression recueillies au cours d'un essai préliminaire comme défini ci-dessus (voir également les brevets U.S. n 5 644 076 et 7 031 841 ou la demande U.S. n 2005/0187715) et envoie les paramètres à l'outil 32 au bloc 86. À la place ou de plus, d'autres informations provenant d'autres outils peuvent être envoyées à l'outil 32 au bloc 86, telle que la profondeur de pénétration provenant d'un outil de résistivité, etc. Ce qui suit constitue des exemples qui peuvent être recueillis ou assimilés au bloc 85 et envoyés à l'outil au bloc 86: une pression hydrostatique dans le puits de forage, une pression de circulation dans le puits de forage, une mobilité du fluide, qui peut être caractérisée comme le rapport de la perméabilité de la formation sur la viscosité du fluide, et la pression de la formation. La différence de pression entre la pression hydrostatique et la pression de la formation est également appelée la pression de déséquilibre. Un essai préliminaire, ou n'importe quel autre essai de pression, peut donner davantage d'informations, telles que la perméabilité du gâteau de boue, qui peuvent également être envoyées à l'outil 32. De même, moins ou d'autres paramètres peuvent être envoyés à l'outil 32, par exemple si les paramètres énumérés ci-dessus ne sont pas disponibles. Au bloc 87, deux opérations sont effectuées - 87a et 87b. En 87a, un paramètre de la pompe souhaité est déterminé en fonction de l'information obtenue sur le ou les paramètres de la formation déterminés au bloc 85. Dans une réalisation, le paramètre de la pompe souhaité peut être un protocole/séquence d'échantillonnage , ce qui signifie une séquence de contrôle pour la pompe d'échantillonnage. La séquence peut être formulée comme des niveaux de pression, variations de pression et/ou débits prescrits de la pompe et/ou des conduites. Ces formulations peuvent être exprimées en fonction du temps, du volume, etc. Dans une réalisation, cette séquence contient: (1) une phase d'étude dans laquelle le modèle de la formation/du puits de forage est confirmé, affiné ou complété, dans laquelle le débit de la pompe est ajusté et où le filtrat de boue est habituellement pompé de la formation; et (2) une phase de stockage, habituellement stationnaire ou à faible choc , dans laquelle le fluide est pompé dans une chambre à échantillon. Dans un autre exemple, le protocole/séquence d'échantillonnage est obtenu à partir de la mobilité au bloc 85. Si la mobilité est faible, le protocole d'échantillonnage correspond à l'augmentation du débit de la pompe (Q) monotonement à un faible taux, par exemple, Q=0,1 cm3/s après 1 min, Q=0,2 cm3/s après 2 min, etc. Si la mobilité est élevée, le protocole d'échantillonnage correspond à l'augmentation du débit de la pompe monotonement à un taux élevé, par exemple, Q=1 cm3/s après 1 min, Q=2 cm3/s après 2 min, etc. Le lecteur remarquera que ces valeurs sont données à des fins d'illustration uniquement, et que les valeurs réelles dépendront typiquement du diamètre d'entrée de la sonde, entre autres variables du système. L'augmentation du débit peut continuer jusqu'à ce que les valeurs approchent des limites d'entraînement du système (énergie, charge mécanique, charge électrique) au bloc 89. L'outil 32 peut alors continuer à pomper à ce niveau atteint au bloc 89 jusqu'à ce qu'un filtrat de boue suffisant ait été pompé de la formation et un échantillon soit prélevé. Dans un autre exemple, le protocole/séquence d'échantillonnage est obtenu en atteignant un équilibre optimal entre la pression de soutirage minimal de la pompe et le volume de fluide maximal pompé en un temps donné. Le modèle de la formation/du puits de forage utilise une fonction de coût pour déterminer un débit idéal/optimal/souhaité de la pompe Q et sa différence de pression de soutirage correspondante pour la phase de stockage. La fonction de coût peut pénaliser une pression de soutirage élevée et un débit de la pompe faible. Les valeurs ou la forme de la fonction de coût peut (peuvent) être ajustée(s) à partir des données recueillies pendant les opérations d'échantillonnage antérieures effectuées par l'outil 32, et/ou à partir de données générées par la modélisation des opérations d'échantillonnage. De manière idéale, le débit idéal/optimal/souhaité de la pompe Q et sa différence de pression de soutirage correspondante correspondent aux capacités du système. Optionnellement, le modèle de la formation/du puits de forage comprend une prédiction du niveau de contamination du fluide échantillonné par le filtrat de boue et la fonction de coût comprend une niveau de contamination cible. L'augmentation progressive jusqu'à ce débit idéal/optimal/souhaité de la pompe Q peut de plus être déterminée en minimisant le temps nécessaire pour étudier le fluide de la formation avant le stockage de l'échantillon. Le protocole/séquence d'échantillonnage peut de plus comprendre des variations autour du débit idéal/optimal/souhaité de la pompe Q utilisées pour confirmer, ou améliorer, la valeur du débit idéal/optimal/souhaité de la pompe Q. Dans encore un autre exemple, un moteur d'intelligence artificielle est utilisé pour apprendre les protocoles/séquences corrects, de préférence les capacités du système. L'intelligence artificielle est utilisée pour combiner l'opération d'échantillonnage antérieure effectuée par l'outil et les mesures en temps réel pour déterminer un protocole/séquence d'échantillonnage. Le moteur d'intelligence artificielle utilise une base de données en fond de puits qui stocke les scénarios antérieurs. En 87b, une réponse attendue de la formation est calculée en fonction des paramètres de la formation au bloc 85 et des paramètres de la pompe correspondants au bloc 87a. Par exemple, un modèle de la formation/du puits de forage peut être généré pour fournir une prédiction de la réponse de la formation pour échantillonnage par l'outil 32. Dans un exemple, le modèle de la formation/du puits de forage est une expression qui exprime la différence de pression de soutirage, la différence entre la pression hydrostatique dans le puits de forage et la pression dans la conduite, en tant que fonction du débit de la formation. En particulier, cette expression est paramétrée par la pression de déséquilibre et la mobilité. Dans un autre exemple, le modèle de la formation/du puits de forage comprend un paramètre qui décrit la profondeur de pénétration par le filtrat de boue, et le modèle est capable de prédire l'évolution d'une propriété du fluide, telle que le rapport gaz/huile, ou un niveau de contamination pour différents scénarios d'échantillonnage. Dans encore un autre exemple, des modèles connus dans l'art et mis au point pour analyser un essai préliminaire (mesure de la pression à surface du sable) sont adaptés pour analyser les opérations d'échantillonnage (voir publication U.S. n 2004/0045706) et pour prédire la réponse de la formation à l'échantillonnage par l'outil 32 dans différents scénarios d'échantillonnage. Dans encore un autre exemple, des modèles empiriques basés sur des techniques d'ajustement de courbe ou des techniques ou réseaux neuraux peuvent également être utilisés. Il convient de remarquer que le débit de la formation et le débit de la pompe ne sont pas toujours les mêmes. Ces débits sont habituellement prédictibles l'un à partir de l'autre avec un modèle d'outil ou de conduite, comme cela est bien connu dans l'art. Dans certains cas, le débit de la formation est proche du débit de la pompe. Dans un but de simplicité, il sera supposé que ces deux quantités sont égales dans le reste de la divulgation, mais il doit être entendu qu'il peut s'avérer nécessaire d'utiliser un modèle d'outil ou de conduite pour calculer l'un à partir de l'autre. En se référant maintenant au côté droit de la Figure 5, aux blocs 81-84, les paramètres du système sont déterminés. En particulier, au bloc 81, les paramètres de la turbine sont déterminés, ce qui peut comprendre la détermination de la puissance maximale disponible en fond de puits. 5 26 Comme indiqué précédemment, la entraînée par la boue s'écoulant vers tube de travail, dans ce cas à travers puissance maximale disponible pour du débit de la boue. Le débit de pompe 41 est le bas dans un une turbine. La pompe 41 dépend boue dépend des la la paramètres du sondage, tels diamètre et la déviation du utilisée et de l'appareil que la profondeur, le trou, du type de boue de forage local. Par conséquent, le débit de la boue n'est pas connu par 10 avance et peut changer pour différentes raisons. La puissance maximale disponible déterminée au bloc 81 peut être prédite en utilisant un modèle pour la turbine 37 et/ou le turbo-alternateur 37, 38. Ce modèle peut comprendre des courbes de puissance. Par 15 exemple, chaque courbe de puissance exprime la puissance générée par le turbo-alternateur en tant que fonction de la vitesse angulaire de la turbine. La Figure 5A illustre un exemple d'une courbe de puissance pour un débit de boue donné. 20 Comme illustré dans l'exemple de la Figure 5A, la puissance maximale disponible Pmax peut être déterminée d'après une vitesse angulaire à vide OFS et la puissance à vide associée. Ces valeurs généreront une courbe de puissance correspondant au débit de la boue. Cette 25 courbe de puissance générée présente un pic de puissance Pmax pour limiter l'opération de pompage. En supposant que le débit de la boue reste constant, la courbe de puissance peut être utilisée pour faire correspondre une vitesse angulaire c~oP à n'importe 30 quelle énergie de fonctionnement Pop Le maximum de cette courbe détermine la puissance maximale disponible en fond de puits au bloc 81. Il convient de remarquer que des variations utilisant des valeurs de la vitesse angulaire de la turbine et de la puissance générée sur une période de temps peuvent également être utilisées. Ces procédés peuvent impliquer des techniques de régression, par exemple pour déterminer la courbe de puissance correspondant au débit actuel de la boue d'après les données ponctuelles recueillies au cours d'une période, et/ou pour suivre les variations du débit de la boue sur une période de temps. La puissance maximale calculée disponible en fond de puits calculée au bloc 81 peut être utilisée comme une limite de fonctionnement de la pompe. Le fonctionnement de la pompe 41 peut être limité en fonction de cette, et/ou d'autres, limites de fonctionnement, comme décrit ci-dessous dans le cadre du bloc 89. Dans un exemple, la puissance de fonctionnement mesurée par le turbo-alternateur 37, 38 Pop est comparée à la puissance maximale Pmax• Quand la puissance générée mesurée approche de la puissance maximale, le débit de la pompe et/ou la différence de pression de part et d'autre de la pompe peut être empêché(e) d'augmenter davantage. La limitation de la puissance de pompage, et par conséquent de la puissance soutirée du turbo-alternateur 37, 38, peut empêcher la turbine de caler. De préférence, le point de fonctionnement (L) peut être limité quand la puissance générée mesurée par le turbo-alternateur 37, 38 est d'environ 80% de la puissance maximale disponible en fond de puits. Au bloc 82, le contrôle de la pompe 41 est de plus basé sur les limitations de charge électrique. En particulier, le pic de courant du moteur est limité. Le pic de courant est fonction du couple imposé au moteur 35. Le moteur 35 peut par conséquent être contrôlé par une boucle de rétroaction basée sur le couple requis. La valeur du couple peut être limitée au bloc 89 de manière à ne pas dépasser le pic de courant du moteur. Au bloc 83, la pompe 41 est de plus contrôlée en fonction des limitations de charge mécanique. Par exemple, le couple appliqué sur la vis à rouleaux 39 peut être limité. Le moteur 35 peut être contrôlé par une boucle de rétroaction basée sur le couple. La valeur du couple peut être limitée de manière à ne pas dépasser le couple appliqué à la vis à rouleaux 39 au bloc 89. Dans un autre exemple, d'autres pièces mécaniques, telles que les pistons de la FDU 42, 43, peuvent avoir des limites en position, tension ou vitesse linéaire. Le moteur 35 peut être contrôlé par une boucle de rétroaction sur le couple, la vitesse de rotation ou le nombre de tours afin de satisfaire ces limites.

Au bloc 84, le contrôle de la pompe est de plus fonction des pertes dans le système de pompage, ou de la ou des pertes du système. La puissance maximale disponible à la sortie de la pompe est estimée, suivie ou prédite en tant que fonction de la puissance maximale disponible en fond de puits et des pertes dans le système de pompage au bloc 84. Par exemple, les pertes de l'électronique à forte consommation d'énergie et du moteur électrique varient en fonction de la vitesse angulaire du moteur, du couple du moteur et de la température. D'autres pertes, telles que des pertes par friction, peuvent également exister dans le système. Les pertes peuvent être prédites par un modèle de pertes, qui peut être adapté en continu dans le cadre du procédé 80. Le moteur 35 peut être contrôlé de manière à ce que le produit du couple du moteur par le débit actuel de la pompe (la puissance de sortie de la pompe) ne dépasse pas la puissance maximale disponible à la sortie de la pompe. En se référant au bloc 89, les paramètres de la pompe sont mis à jour. En revenant brièvement à la Figure 4, au début de l'opération de pompage, les paramètres d'entraînement de la pompe établis sont de préférence mis à jour en fonction de l'opération de pompage initiale, qui survient à la fin de l'essai de pression de la formation par la sonde 201. Au début de l'opération de pompage, la conduite 204 dans l'outil 32 est en équilibre avec la pression de la formation. La conduite 203, qui mène à l'outil d'échantillonnage 33, est toujours fermée par la vanne 205 et remplie de fluide à la pression hydrostatique. Afin de ne pas introduire de chocs de pression dans la formation, la pompe 41 est mise en route avant l'ouverture de la conduite 203 et du bloc de vannes 53 pour réduire la pression de la conduite inférieure dans la conduite 75 jusqu'à ce qu'elle soit égale à la pression de la formation. Une fois cela terminé, le bloc de vannes de la conduite inférieure 53 est ouvert, et la communication avec la sonde d'échantillonnage 31 est établie pour commencer le pompage. Au début des opérations d'échantillonnage, la vanne d'égalisation et d'acheminement du fluide 61 est ouverte (c'est-à-dire la boîte supérieure 61a est active) et la pompe 41 est mise en route jusqu'à ce que la pression lue par le capteur 57 soit égale à la pression de la formation, comme lue par le capteur 210 dans l'outil 31. La vanne d'isolation de l'échantillonnage 205 est alors ouverte.

En retournant au bloc 89 de la Figure 5, le fonctionnement de la pompe est alors mis à jour en fonction des paramètres de la pompe souhaités au bloc 87a, sous le contrôle des conditions de fonctionnement prédominantes déterminées dans un ou plusieurs blocs 81, 82, 83, et 84. Si les paramètres de la pompe souhaités répondent aux conditions de fonctionnement, les paramètres de la pompe souhaités sont utilisés pour mettre à jour le fonctionnement de la pompe; sinon, les limites des conditions de fonctionnement sont utilisées pour mettre à jour le fonctionnement de la pompe. Si les limites de fonctionnement sont atteintes, l'outil 32 peut communiquer cette information à l'opérateur en surface. Un drapeau d'état de l'outil peut être envoyé par télémétrie au bloc 94. L'opérateur, après avoir revu cette information, peut modifier le débit de la boue pour augmenter la vitesse de la turbine 37 et générer davantage de puissance en fond de puits. De même, un débit de boue plus important peut abaisser la température de la boue atteignant l'outil 32, refroidissant ainsi les composants dans l'outil 32.

Au bloc 90, la réponse de la formation/du puits de forage à l'échantillonnage par l'outil 32 est mesurée. En particulier, la pression de la conduite est mesurée en même temps que le débit de la pompe. Ensuite, le débit de la formation est calculé avec un modèle d'outil. Comme mentionné ci-dessus, le débit de la formation peut être approximé par le débit de la pompe. En plus de la réponse mesurée de la formation/du puits de forage à l'échantillonnage par l'outil 32, le module d'analyse du fluide 54 peut être utilisé pour fournir une rétroaction à l'algorithme. Le module d'analyse du fluide 54 peut fournir des densités optiques à différentes longueurs d'ondes qui peuvent être utilisées par exemple pour calculer le rapport gaz/huile du fluide échantillonné, pour surveiller la contamination par le filtrat de boue du fluide soutiré, etc. D'autres utilisations comprennent la détection de bulles ou de sable dans la conduite qui peut être indiquée par la dispersion des densités optiques.

Le bloc 92a concerne la comparaison de la réponse de la formation/du puits de forage mesurée au bloc 90 à la réponse attendue de la formation au bloc 87b. Cette comparaison peut être utilisée pour régler finement le protocole/séquence d'échantillonnage 92b. Dans un exemple, la différence de pression de soutirage et le débit de la formation peuvent être comparés à un modèle linéaire. Une chute de pression par rapport à une tendance linéaire ou une élévation moins que proportionnelle peut indiquer une perte d'étanchéité, du gaz dans la conduite, etc. Ces événements peuvent être confirmés par le suivi d'une propriété de la conduite (telle qu'une propriété optique) dans le module d'analyse du fluide. De plus, le bloc 92a peut comprendre la comparaison de l'évolution d'une propriété du fluide telle que mesurée au bloc 90 à une tendance prévue, par exemple une partie du modèle du bloc 87b. Par exemple, une propriété du fluide associée à la contamination (telle que le rapport gaz/huile) peut être suivie et toute déviation par rapport à une tendance prévue (connue dans l'art sous le nom de tendance de nettoyage) peut être interprétée comme une perte d'étanchéité. Une perte d'étanchéité peut exiger un ajustement du protocole/séquence d'échantillonnage (92b), par exemple en réduisant le débit de la pompe afin de réduire la différence de pression de part et d'autre de la garniture d'étanchéité de la sonde. D'autres événements peuvent exiger un ajustement du protocole/séquence d'échantillonnage. Dans un autre exemple, une propriété du fluide est suivie au bloc 90 pour détecter si le fluide échantillonné qui pénètre dans l'outil arrive sous une seule phase, c'est-à-dire si la pression d'échantillonnage n'est pas inférieure au point de bulle ou au point de rosée du fluide du gisement. La propriété du fluide doit être sensible à la présence de bulles ou de solides dans un fluide. Les densités optiques du fluide, fluorescence optique du fluide, et densité ou viscosité du fluide sont des propriétés qui peuvent être utilisées pour la détection précoce de gaz ou de solide quand la pression de soutirage chute par inadvertance à une valeur trop faible au bloc 90.

Dans encore un autre exemple, l'évolution d'une propriété du fluide peut également être utilisée pour étalonner un modèle de contamination. Le modèle mis à jour peut être utilisé pour prédire le temps nécessaire pour atteindre un niveau de contamination cible, en utilisant des procédés obtenus de l'art. Dans un autre exemple, une propriété du fluide est suivie et sa stationnarité est détectée et utilisée pour informer l'opérateur en surface que le fluide pompé est probablement non-contaminé et qu'un échantillon peut être stocké. Au bloc 91, les températures critiques du système de pompage sont mesurées, qui peuvent comprendre la température de l'alternateur 38, la température de l'électronique à forte consommation d'énergie et la température du moteur électrique, entre autres. Au bloc 93, la température mesurée au bloc 91 est comparée à des valeurs limites, par exemple à des valeurs limites prédéterminées. Supposons aux fins d'illustration que la température de l'alternateur a été mesurée au bloc 91. Si cette température est trop élevée, la limite de vitesse du moteur peut être réduite au bloc 93b afin de réduire la quantité de puissance soutirée de l'alternateur 38 et la chaleur générée dans l'alternateur 38. Dans un autre exemple, la température du moteur peut avoir été mesurée au bloc 91. Si cette température est trop élevée, la limite de vitesse du moteur peut être réduite afin de réduire le couple requis du moteur 35 et par conséquent la chaleur générée par le courant utilisé pour actionner le moteur 35.

Au bloc 94, les données qui peuvent être envoyées à l'opérateur en surface comprennent la pression de la formation et la valeur calculée du débit actuel de la pompe. La transmission vers la surface est habituellement effectuée par télémétrie par la boue. D'autres valeurs qui peuvent être transmises vers la surface comprennent les données de débit du fluide, le volume d'échantillonnage cumulé, une ou plusieurs propriétés du fluide provenant de l'analyseur de fluide 54, et l'état de l'outil. Les données envoyées par télémétrie sont encodées/comprimées pour optimiser la largeur de bande de communication entre les outils 31/32 et la surface pendant une opération d'échantillonnage. Les données de fonctionnement peuvent également être stockées en fond de puits dans une mémoire non-volatile (mémoire flash) pour récupération ultérieure au moment du retour à la surface et utilisation. La Figure 6 illustres un exemple de mise en oeuvre du procédé de la Figure 5. La boucle de contrôle est constituée par un système à boucle de contrôle à deux couches en cascade. La structure du contrôle est typique pour la régulation d'un moteur à vitesse constante. L'avantage de l'architecture d'outil proposée est que le débit de la pompe est directement couplé au moteur et peut par conséquent être mesuré et contrôlé avec une résolution très élevée. La résolution dépend de la mise en oeuvre de la mesure de la position du moteur. Un résolveur couplé au moteur délivre des informations à haute résolution sur la position du moteur. Le débit actuel de la pompe Qact peut être calculé d'après l'information sur la position du moteur et une constante de transmission du système. La valeur actuelle du couple du moteur Tact peut être calculée d'après le courant de phase du moteur et l'information de position du moteur. La couche intérieure régule le couple aux positions mesurées; la couche extérieure régule la vitesse du moteur et par conséquent, le débit de la pompe. Les actionneurs dans les boucles de contrôle fonctionnent avec une réponse dynamique très rapide. Le comportement dynamique de la formation est beaucoup plus lent que le contrôle de la pompe. L'optimisateur du taux d'échantillonnage 105 définit un protocole/séquence de taux d'échantillonnage idéal, et réagit à tout changement du comportement de la formation, tel que des chutes de pression dans la conduite détectées par le capteur 57, ou n'importe quelle variation des propriétés du fluide soutiré, tel un gaz dans la conduite détecté par l'analyseur optique de fluide 55. L'analyseur du taux d'échantillonnage 105 peut également adapter en continu le modèle de la formation. L'optimisateur du taux d'échantillonnage 105 fournit un débit idéal/optimal/souhaité au limiteur de vitesse 104.

Le limiteur de vitesse 104 suit les températures du système, et prédit la puissance maximale disponible d'après la circulation de la boue. Le limiteur de vitesse 104 limite le débit idéal/optimal/souhaité de manière à ce que la puissance utilisée par le système de pompage ne dépasse pas la puissance maximale disponible (à plus ou moins un facteur de sécurité de 0,8 par exemple) et de manière à ce que le système ne surchauffe pas. Le régulateur PID (régulateur proportionnel intégral dérivé) 109 ajuste la valeur du couple fixé Tset d'après la différence entre la valeur fixée du débit de la pompe Qset et la valeur calculée du débit actuel de la pompe Qact• Le limiteur de couple 110 assure que le couple nécessaire pour correspondre au débit d'échantillonnage fixé ne dépasse pas le pic de couple de la vis à rouleaux et le couple correspondant au pic de courant du moteur. Le régulateur PID 112 compare la valeur fixée du couple du moteur Qset à la valeur calculée du débit actuel de la pompe Qact• Les symboles utilisés aux Figures 5 et 6 sont donnés ci-dessous .

Qset: Valeur fixée du débit de la pompe Qact: Valeur calculée du débitactuel de la pompe pf: Pression mesurée de la conduite Tset: Valeur fixée du couple du moteur Tact: Valeur actuelle du couple du moteur Pmax: Puissance de la turbine disponible maximale suivie PWM: Modulateur de largeur d'impulsion PID: Régulateur PID (régulateur proportionnel intégral dérivé) Finalement, les Figures 7 et 8 illustrent une autre disposition du moteur dans la FDU 41a. Le moteur 41a est un moteur Moineau qui est couplé à une boîte de vitesse ou une autre transmission mécanique 48a. La boîte de vitesse 48a est entraînée par une turbine 37a qui, à son tour, est entraînée par l'écoulement de la boue de forage dans la direction des flèches 17a. Un orifice de sortie de la boue est illustré en 120 et une bobine de stator de turbine est illustrée en 121. Par conséquent, la pompe 41a ne comprend pas d'alternateur. L'écoulement du fluide vers la turbine 37a est contrôlé au moyen d'une électrovanne 122, qui comprend un étranglement ou siège conique 123. L'étranglement 123 est ajusté pour contrôler l'écoulement de la boue vers la turbine 37a, contrôlant ainsi l'écoulement du fluide de la formation pompé par l'unité de pompage 41a. La vanne 122 peut être contrôlée à un débit fixe et est de préférence automatiquement contrôlée par le logiciel contenu dans l'outil, en utilisant le débit mesuré par le débitmètre 124 ou la pression du fluide soutiré. Le clapet à boue est illustré en 61a et un débitmètre à la sortie du sondage est illustré en 124. Le fluide échantillonné est communiqué depuis la pompe 41a à travers une vanne 53a, qui dans ce cas est une autre électrovanne similaire à celle illustrée en 122. La conduite 75a conduit aux chambres à échantillon indiquées schématiquement par la flèche 62a-64a. L'entrée de la sonde est illustrée en 31a avec une garniture d'étanchéité en caoutchouc 124. Un capteur (non illustré) serait également inclus pour suivre les propriétés telles que les densités optiques, la fluorescence, la résistance, la pression et la température du fluide soutiré dans l'outil. La boîte de vitesse 48a peut aussi être une transmission continue (CVT), par exemple fabriquée avec des galets ayant un rapport de transmission contrôlé par le logiciel intégré dans l'outil. La boîte de vitesse 48a peut également permettre l'inversion de la direction de l'écoulement en utilisant une transmission continue et un réducteur épicyclique ici en combinaison. L'outil de la Figure 7 peut également être utilisé pour des procédures d'injection.

En se référant maintenant à la Figure 8, une électrovanne autre que l'électrovanne 122 de la Figure 7 est illustrée en 122a. Un moteur 125 est utilisé pour entraîner un manchon 126 contenant des orifices 127 alignés ou non avec la conduite d'écoulement de la boue 128. Un trajet d'écoulement de la boue est illustré généralement par les flèches 17b. Bien que seules certaines réalisations aient été définies, d'autres réalisations et des modifications seront apparentes à l'homme de métier d'après la description ci-dessus. Ces variations et d'autres sont considérées équivalentes et dans l'esprit et l'étendue de cette divulgation et des revendications jointes. 39

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Système de pompage de fluide pour un outil de fond connecté à une longueur de tiges placée dans un sondage pénétrant une formation souterraine (11), le système comprenant: une pompe (16, 41) entraînée par de la boue s'écoulant vers le bas dans la longueur de tiges, la pompe étant en communication fluidique avec soit la formation, soit le sondage, soit les deux; la pompe étant reliée à un contrôleur (36) qui contrôle la vitesse de la pompe en fonction d'au moins un paramètre choisi dans le groupe composé du débit volumétrique de boue, de la température de l'outil, de la pression de la formation, de la mobilité du fluide, des pertes du système, des limitations de charge mécanique, de la pression du sondage, de la puissance disponible, des limitations de charge électrique et des combinaisons de ces derniers.

2. Système de pompage de fluide de la revendication 1, dans lequel la pompe (16) comprend: une première chambre de pompe (45) contenant un premier piston (42), une seconde chambre de pompe (46) contenant un second piston (43), les premier et second pistons étant connectés ensemble, les première et seconde chambres de pompe étant en 30 communication fluidique avec un bloc de vannes (53), 40 2910922 le bloc de vannes étant en communication fluidique avec la formation, le sondage et au moins une chambre à échantillon de fluide (62, 63, 64), les pistons étant reliés à un moteur (35), et 5 le moteur (35) étant relié au contrôleur (36).

3. Système de pompage de fluide de la revendication 2, caractérisé en ce que les pistons (42, 43) sont reliés à une vis à rouleaux planétaires (47) 10 qui est reliée à une transmission (48) qui est reliée au moteur (35).

4. Système de pompage de fluide de la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe (41) 15 est reliée à une transmission (48) qui est reliée à une turbine (37) qui est en communication fluidique avec de la boue s'écoulant vers le bas dans la longueur de tiges. 20

5. Système de pompage de fluide de la revendication 4, dans lequel la pompe est une pompe Moineau.

6. Système de pompage de fluide de la 25 revendication 1, caractérisé en ce qu'un débit de la boue engageant une turbine (37) est contrôlé par une vanne d'étranglement (123) reliée au contrôleur (36).

7. Système de pompage de fluide de la 30 revendication 1, comprenant de plus: 41 2910922 un premier capteur de pression (77) placé entre la pompe (41) et un premier côté d'une vanne (205); un second capteur de pression (210) placé d'un second côté de la vanne (205), les premier et second 5 capteurs étant reliés au contrôleur, caractérisé en ce que le contrôleur ouvrira la vanne (205) une fois que la pression obtenue par le premier capteur est essentiellement similaire à la pression obtenue par le second capteur. 10

8. Système de pompage de fluide selon la revendication 4 comprenant : un premier capteur couplé soit à la turbine, soit à l'écoulement de boue pour détecter soit la vitesse de 15 la turbine, soit le débit de la boue, soit les deux; dans lequel le contrôleur (36) est couplé en communication à la transmission et au capteur, le contrôleur ajustant la transmission en fonction soit de la vitesse de la turbine, soit du débit de la boue. 20

9. Système de pompage de fluide de la revendication 8, caractérisé en ce que la transmission (48) comprend un alternateur (38) couplé en fonctionnement à la turbine et un moteur (35).

10. Système de pompage de fluide de la revendication 8, caractérisé en ce que la transmission comprend une transmission mécanique (48a) placée entre la turbine et la pompe. 25 42 2910922

11. Système de pompage de fluide de la revendication 10, caractérisé en ce que la transmission mécanique comprend une boîte de vitesse couplée en fonctionnement à la turbine (37a) et à la pompe (41a), 5 la boîte de vitesse comprenant une pluralité de pignons capables de modifier un rapport de transmission.

12. Système de pompage de fluide de la revendication 10, caractérisé en ce que la transmission 10 mécanique est une transmission continue.

13. Système de pompage de fluide de la revendication 8, comprenant de plus un second capteur placé dans l'outil et couplé au contrôleur, caractérisé 15 en ce que le second capteur mesure un paramètre du système.

14. Système de pompage de fluide de la revendication 8, comprenant de plus un second capteur 20 placé dans l'outil et couplé au contrôleur, caractérisé en ce que le second capteur mesure un paramètre de la formation.

15. Système de pompage de fluide de la 25 revendication 9, comprenant de plus soit un capteur de courant, soit un capteur de tension, soit les deux, couplé(s) au contrôleur, le capteur étant placé entre l'alternateur et le moteur. 30

16. Procédé pour contrôler une pompe d'un outil de fond, le procédé comprenant: 4 3 2910922 l'équipement de l'outil avec un contrôleur (36) en fond de puits pour contrôler une pompe (41) ; la mesure d'au moins un paramètre du système de l'outil placé dans un puits de forage; 5 le calcul d'une vitesse limite de fonctionnement de la pompe pour la pompe en fonction d'au moins un paramètre du système; le fonctionnement de la pompe; et la limitation de la vitesse de fonctionnement de 10 la pompe avec le contrôleur.

17. Procédé de la revendication 16, comprenant de plus la mesure d'au moins un paramètre de la formation. 15

18. Procédé de la revendication 17, comprenant de plus l'obtention d'un paramètre de la pompe souhaité en fonction du paramètre de la formation, caractérisé en ce que la mise en fonctionnement de la pompe comprend la mise en fonctionnement de la pompe en fonction du 20 paramètre de la pompe souhaité.

19. Procédé de la revendication 16, caractérisé en ce que la mesure d'au moins un paramètre du système comprend la mesure d'un paramètre du système choisi 25 dans le groupe composé de la vitesse angulaire de la turbine, des exigences de puissance, de la température du moteur, des pertes du système et des combinaisons de ces derniers. 30

20. Procédé de la revendication 17, caractérisé en ce que le paramètre de la formation comprend au moins 44 2910922 la pression de la formation, la mobilité du fluide de la formation, la perméabilité de la formation et des combinaisons de ces dernières. 5

21. Procédé de la revendication 16, caractérisé en ce que la pompe est reliée à un moteur (35) et le paramètre du système comprend une température du moteur et, si la température du moteur dépasse une valeur prédéterminée, l'ajustement de la limite de 10 fonctionnement de la pompe.

22. Procédé de la revendication 16, caractérisé en ce que la mesure d'au moins un paramètre du système comprend la mesure de soit une vitesse d'une turbine 15 (37) couplée à la pompe (41), soit un débit de la boue dans une longueur de tiges, soit les deux.

23. Procédé d'exploitation d'un système de pompage pour un outil de fond connecté à une longueur de tiges 20 placée dans un sondage pénétrant une formation souterraine (11), le procédé comprenant: la mise en rotation d'une turbine (37) placée dans le puits de forage avec de la boue s'écoulant vers le bas dans la longueur de tiges; 25 l'obtention d'une puissance de sortie de la turbine (37); l'exploitation d'une pompe (41) avec la puissance de sortie de la turbine (37); la mesure de la vitesse de la turbine; et 30 l'ajustement d'une transmission (48) placée entre la turbine (38) et la pompe (41) avec un contrôleur 45 2910922 (36) placé dans l'outil en fonction de la vitesse de la turbine, ledit contrôleur étant couplé en communication à la transmission. 5