FR2910923A1

FR2910923A1 - Procede et appareil pour localiser des defaillances dans une tige de forage cablee

Info

Publication number: FR2910923A1
Application number: FR0759737A
Authority: FR
Inventors: David Santoso; Dudi Rendusara; Hiroshi Nakajima; Kanu Chadha; Raghu Madhavan; Lise Hvatum
Original assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2008-07-04
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: RU2436109C2; RU2007128774A; GB0712207D0; MX2007008963A; GB2445203B; US20080158005A1; CA2594606C; CA2594606A1; US8072347B2; DE102007035356A1; CN101210489A; FR2910923B1; GB2445203A

Abstract

Un procédé pour déterminer la condition électrique d'une tige de forage câblée comprend une étape consistant à induire un champ électromagnétique dans au moins un joint de tige (10) de forage câblée. Les tensions induites par le courant électrique traversant au moins un conducteur électrique (24) dans l'au moins un joint de tige (10) de forage câblée sont détectées. Le courant électrique est induit par le champ électromagnétique induit. La condition électrique est déterminée d'après les tensions détectées.

Description

PROCÉDÉ ET APPAREIL POUR LOCALISER DES DÉFAILLANCES DANS UNE TIGE DE

FORAGE CÂBLÉE

Antécédents de l'invention Domaine de l'invention L'invention concerne de manière générale le domaine de la télémétrie de signaux pour l'équipement utilisé dans le forage de puits dans la Terre. Plus particulièrement, l'invention concerne des procédés et appareils pour localiser des défaillances dans les tiges de forage câblées utilisées dans cette télémétrie. Art antérieur Des dispositifs sont connus dans l'art pour effectuer des mesures de différents paramètres de forage et propriétés physiques des formations de la Terre au fur et à mesure qu'un puits de forage est foré à travers de telles formations. Les dispositifs sont connus comme dispositifs de mesure en cours de forage (MWD pour measuring while drilling ) pour les dispositifs qui mesurent différents paramètres de forage tels que la trajectoire du puits de forage, les contraintes appliquées à la garniture de forage et le mouvement de la garniture de forage. Les dispositifs sont également connus comme dispositifs de diagraphie en cours forage (LWD pour logging while drilling ) pour les dispositifs qui mesurent différentes propriétés physiques des formations, telles que la résistivité électrique, l'émission de rayons gamma naturelle, la vitesse du son, la densité apparente et autres. Les différents dispositifs de MWD et deLWD sont couplés à proximité de l'extrémité inférieure d'une garniture de forage, qui est un assemblage de segments de tige de forage et autres outils de forage couplés bout à bout par filetages avec un trépan à l'extrémité la plus basse. Pendant le fonctionnement de la garniture de forage, la garniture de forage est suspendue dans le puits de forage de manière à ce qu'une partie de son poids soit transférée au trépan, et le trépan est mis en rotation pour forer à travers les formations de la Terre. Des capteurs sur les différents dispositifs de MWD et deLWD peuvent effectuer les mesures respectives au cours des opérations de forage. Les opérateurs de forage du puits trouvent en général que les mesures de MWD et de LWD sont particulièrement précieuses quand elles sont obtenues au cours du forage réel du puits. Par exemple, les mesures de résistivité et de rayons gamma obtenues en cours de forage peuvent être comparées à des mesures similaires effectuées à partir d'un puits de forage voisin de manière à déterminer quelles formations de la Terre sont supposées être pénétrées par le puits de forage à n'importe quel moment. L'opérateur du puits de forage peut utiliser de telles mesures pour déterminer si le puits a été foré à une profondeur particulière nécessaire pour effectuer des opérations supplémentaires, telles que la pose d'un tubage ou l'augmentation de la densité du fluide de forage utilisé dans les opérations de forage. En général, les mesures de MWD et de LWD peuvent être communiquées à la surface par télémétrie entre l'assemblage de fond et la surface. Un dispositif ou outil de télémétrie dans l'assemblage de fond encode et transmet les données à la surface. Souvent, la largeur de bande de la télémétrie ne peut pas accommoder toutes les données de MWD et de LWD qui sont recueillies. Par conséquent, typiquement, seule une partie sélectionnée des données est communiquée à la surface, alors que toutes les données de MWD et de LWD peuvent être stockées dans l'un des composants de fond.

La télémétrie de signaux qui est la plus souvent utilisée avec les dispositifs de MWD et de LWD est dénommée télémétrie par transmission d'impulsions par la boue. La télémétrie par transmission d'impulsions par la boue est générée par la modulation du flux de fluide de forage à proximité des dispositifs de MWD ou de LWD d'une manière qui cause des variations détectables de la pression et/ou du débit du fluide de forage à la surface de la Terre. La modulation est typiquement effectuée pour représenter des mots binaires numériques, en utilisant des techniques telles que le mode biphasé ou la modulation par déplacement de phase. Il est bien connu dans l'art que la modulation d'un flux de fluide de forage est capable de transmettre à un taux de seulement quelques bits par seconde. Par conséquent, pour la plupart des applications de MWD et de LWD, seule une partie sélectionnée de la quantité totale des données acquises est transmise à la surface, alors que les données recueillies sont stockées dans un dispositif d'enregistrement placé dans un ou plusieurs des dispositifs de MWD et de LWD ou dans un autre dispositif de stockage des données. Des efforts considérables ont été faits pour fournir un système de télémétrie à plus grande vitesse pour les dispositifs de MWD et de LWD. De tels efforts ont été déployés depuis longtemps et ont donné un nombre d'approches différentes pour une télémétrie à grand débit. Par exemple, le brevet U.S. n 4 126 848 délivré à Denison dévoile un système de télémétrie par garniture de forage, dans lequel un câble électrique blindé ( câble métallique ) est utilisé pour transmettre des données d'un endroit proche du fond du puits de forage vers une position intermédiaire dans la garniture de forage, et une garniture de forage spéciale, ayant un conducteur électrique isolé, est utilisée pour transmettre l'information de la position intermédiaire à la surface de la Terre. De même, le brevet U.S. n 3 957 118 délivré à Barry et al. dévoile un système de câble pour la télémétrie dans un puits de forage. Le brevet U.S. 3 807 502 délivré à Heilhecker et al. dévoile des procédés pour installer un conducteur électrique dans une garniture de forage. Plus récemment, d'autres formes de tiges de forage câblées ont été décrites dans le brevet U.S. n 6 670 880 délivré à Hall et al. Le système dévoilé dans le brevet U.S. 6 670 880 concerne la transmission de données à travers une longueur de composants placés dans un puits de forage. Dans un aspect, le système comprend des premier et second éléments qui sont des conducteurs magnétiques et des isolants électriques aux deux extrémités de chaque composant de la garniture de forage. Chaque élément comprend une première dépression en forme de U avec des premier et second côtés inférieurs et une ouverture entre les deux côtés. Des bobines conductrices de l'électricité sont situées dans chaque dépression. Un conducteur électrique connecte les bobines dans chaque composant. En fonctionnement, un courant variable en fonction du temps appliqué à une première bobine dans un composant génère un champ magnétique variable en fonction du temps dans le premier élément qui est un conducteur magnétique et un isolant électrique, ce champ magnétique variable en fonction du temps étant transmis à, et par conséquent produisant un champ magnétique variable en fonction du temps dans le second élément qui est un conducteur magnétique et un isolant électrique d'un composant connecté, ce champ magnétique générant par conséquent un courant électrique variable en fonction du temps dans la seconde bobine dans le composant connecté. Un autre système de télémétrie par tiges de forage câblées est dévoilé dans le brevet U.S. n 7 096 961 délivré à Clark et al., et cédé au cessionnaire de la présente invention. Un système de télémétrie par tiges de forage câblées dévoilé dans le brevet U.S. 7 096 961 comprend un ordinateur de surface ; et un lien de télémétrie par garniture de forage comprenant une pluralité de tiges de forage câblées ayant chacune une section de télémétrie, au moins une de la pluralité des tiges de forage câblées ayant un module de diagnostic couplée électriquement à la section de télémétrie et dans lequel le module de diagnostic comprend une interface de ligne adaptée pour assurer l'interface avec une section de télémétrie par tiges de forage câblées ; un émetteur-récepteur adapté pour faire communiquer des signaux entre la section de télémétrie par tiges de forage câblées et le module de diagnostic ; et un contrôleur connecté en fonctionnement à l'émetteur-récepteur et adapté pour contrôler l'émetteur-récepteur. Le brevet U.S. n 7 096 961 décrit un nombre de problèmes qui doivent être résolus pour la bonne mise en oeuvre d'un système de télémétrie par tiges de forage câblées (WDP pour wired drill pipe ). Pour les opérations de forage dans un puits typique, un grand nombre de segments de tige sont couplés bout à bout pour former une longueur de tiges allant d'une tige d'entraînement (ou top drive ) située sur une unité de forage à la surface de la Terre jusqu'aux différents dispositifs de forage de MWD et de LWD dans le puits de forage avec le trépan à l'extrémité de cette dernière. Par exemple, un puits de forage de 4572 m comportera environ 500 segments de tige de forage si chaque segment de tige de forage mesure environ 9,14 m de long. Le simple nombre de connexions une telle garniture de forage WDP de fiabilité pour le système. Un commercialement acceptable est avoir un temps moyen entre défaillances (MTBF tige-tige dans soulève système supposé des questions de forage pour mean time 500 heures ou plus. électriques de la between failures ) d'environ Si l'une quelconque des connexions garniture de forage WDP est défectueuse, la totalité du système de télémétrie WDP est défectueux. Par conséquent, quand il y a 500 segments de tige de forage WDP dans un puits de 4572 m, chaque WDP doit avoir un MTBF d'au moins environ 250 000 heures (28,5 ans) pour que la totalité du Système WDP ait un MTBF d'environ 500 heures. Ceci signifie que chaque segment WDP doit avoir un taux de défaillance de moins de 4 x 10-6 par heure. Une telle exigence se situe au-delà de l'état actuel de la technologie WDP. Par conséquent, il est nécessaire que des procédés soient disponibles pour tester la fiabilité d'une garniture de forage et d'un segment WDP, et pour identifier rapidement toute défaillance. Actuellement, il existe peu d'essais qui puissent être effectués pour garantir la fiabilité d'une WDP. Avant que les segments WDP soient amenés à l'unité de forage, ils peuvent être inspectés visuellement et les connexions mâles et femelles des tiges peuvent être testées pour vérifier la continuité électrique en utilisant des connexions femelles d'essai. Il est possible que deux sections de WDP puissent être acceptées lors d'un essai de continuité effectué de manière individuelle, mais elles peuvent s'avérer être défaillantes quand elles sont connectées ensemble. De telles défaillances peuvent, par exemple, être causées par des débris dans la connexion qui endommagent le coupleur inductif. Une fois que les segments WDP sont connectés (par exemple, vissés en longueurs ), l'inspection visuelle des connexions mâles et femelles et l'essai de la continuité électrique en utilisant des connexions femelles d'essai sera difficile, sinon impossible, sur l'unité de forage. Ceci limite l'utilité de telles méthodes pour l'inspection des WDP.

De plus, le lien de télémétrie par WDP peut être affecté par des défaillances intermittentes qui seront difficiles à identifier. Par exemple, si la défaillance est due à un choc, la pression en fond de puits ou la température en fond de puits, la section de WDP défaillante peut redevenir acceptable quand les conditions changent lorsque le forage est arrêté, ou quand la garniture de forage est sortie du trou. Ceci rend très difficile, sinon impossible, la localisation de la section de WDP défaillante. Au vu des problèmes ci-dessus, il continue d'exister un besoin de techniques et de dispositifs pour effectuer des diagnostics sur un système de télémétrie par WDP et/ou pour surveiller l'intégrité d'un système de télémétrie par WDP.

Résumé de l'invention Un procédé pour déterminer la condition électrique d'une tige de forage câblée conformément à un aspect de l'invention comprend l'induction d'un champ électromagnétique dans au moins un joint de tige de forage câblée. Les tensions induites par le courant électrique passant dans au moins un conducteur électrique dans l'au moins un joint de tige de forage câblée sont détectées. Le courant électrique est induit par le champ électromagnétique induit. La condition électrique est déterminée d'après les tensions détectées. Un procédé pour déterminer la condition électrique d'une longueur de tiges de forage câblées conformément à un autre aspect de l'invention comprend le déplacement d'un instrument le long d'une longueur de joints de tiges de forage câblées connectées bout à bout. Le courant électrique traverse une antenne émettrice sur l'instrument pour induire un champ électromagnétique dans la longueur de tiges. Les tensions induites dans une antenne réceptrice sur l'instrument dues au passage du courant électrique dans au moins un conducteur électrique dans la longueur de tiges sont détectées. Le courant électrique est induit par le champ électromagnétique induit. La condition électrique entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice est déterminée d'après les tensions détectées. Le passage du courant électrique, la détection des tensions et la détermination de la condition sont ensuite répétés en une pluralité de positions le long de la longueur de tiges. Un procédé pour forer un puits conformément à un autre aspect de l'invention comprend la suspension d'une longueur de joints de tiges de forage câblées couplées bout à bout dans un puits de forage. La longueur de tiges comporte un trépan à une extrémité distale de cette dernière. Le trépan est mis en rotation au fur et à mesure que la garniture de forage est descendue de la surface pour maintenir un poids déterminé sur le trépan. Un champ électromagnétique est induit dans la longueur de tiges en une première position déterminée à l'extérieur de la longueur de tiges. Les tensions sont détectées en une seconde position déterminée à l'extérieur de la longueur de tiges et espacée de la première position déterminée. Les tensions résultent du passage du courant électrique dans au moins un conducteur électrique dans la longueur de tiges. Le courant est dû au champ électromagnétique induit. La condition électrique de la longueur de tiges est déterminée d'après les tensions détectées. La longueur de tiges continue à être descendue tout en faisant tourner le trépan. L'induction, la détection et la détermination sont répétées au fur et à mesure que la longueur de tiges est déplacée. D'autres aspects et avantages de l'invention 10 seront apparents à partir de la description suivante et des revendications jointes.

Description sommaire des dessins La Figure 1 illustre un exemple d'un dispositif 15 d'essai de WDP tel qu'il serait utilisé dans l'évaluation d'un ou plusieurs segments de WDP. La Figure 2 illustre une section transversale d'un exemple d'un dispositif d'essai de WDP. Les Figures 3 et 4 illustrent d'autres exemples 20 d'un dispositif d'essai de WDP ayant un intervalle sélectionnable entre l'émetteur et le récepteur. La Figure 5 illustre un autre exemple d'un dispositif d'essai de WDP qui fonctionne à l'extérieur de la WDP. 25 La Figure 6 illustre le dispositif donné à titre d'exemple illustré à la Figure 5 tel qu'il peut être utilisé avec un appareil de forage. La Figure 7 illustre un autre dispositif de localisation des défaillances donné à titre d'exemple, 30 y compris une bobine émettrice extérieure et une bobine réceptrice mobile qui peut être insérée à l'intérieur de la WDP. La Figure 8 illustre un exemple d'un relevé de signaux mesurés en fonction de la profondeur dans un puits de forage, en utilisant l'exemple illustré à la Figure 7.

Description détaillée Un exemple d'un dispositif et procédé pour localiser une défaillance électrique dans un système de télémétrie par tiges de forage câblées (WDP) sera expliqué dans le cadre de la Figure 1. Deux segments ou joints de WDP couplés par filetages sont illustrés de manière générale en 10. Chaque joint de WDP 10 comprend un mandrin de tige 12 ayant une connexion mâle filetée 18 à une extrémité et une connexion femelle filetée 16 à l'autre extrémité. Un épaulement 20A sur chacune des connexion mâle 18 et connexion femelle 16 peut comprendre une rainure ou canal 20 dans lequel peut être placé un bobine de transformateur toroïdale 22. La structure et le fonctionnement de telles bobines de transformateur toroïdales pour transférer les signaux d'un joint à un autre sont expliqués dans le brevet U.S. n 7 096 961 délivré à Clark et al. et cédé au cessionnaire de la présente invention. Les conducteurs électriques 24 sont placés dans un emplacement approprié à l'intérieur du joint 10, tel qu'une tige ou un alésage longitudinal (non illustré) de manière à protéger les conducteurs 24 du fluide de forage qui est typiquement pompé dans un alésage ou passage central 14 au centre du joint de WDP 10. Un tel passage 14 est similaire à ceux aménagés dans les joints traditionnels (non câblés) des tiges de forage connus dans l'art. Quand la connexion mâle 18 et la connexion femelle 16 de deux joints de WDP 10 sont couplées par filetages, les bobines de transformateur toroïdales 22 correspondantes sont placées à proximité l'une de l'autre de manière à ce que les signaux puissent être communiqués d'un joint 10 au joint suivant. Dans la présente réalisation, un dispositif de localisation des défaillances 26 peut être inséré dans le passage 14 et placé dans l'un des joints 10 pour inspection de ce dernier. Le dispositif de localisation des défaillances donné à titre d'exemple 26 est illustré à la Figure 1 comme étant suspendu à l'intérieur du joint 10 par un câble électrique blindé 32. Le câble électrique blindé peut être déployé de, et rétracté sur, un treuil (non illustré) ou dispositif similaire connu dans l'art pour enrouler un câble électrique blindé. Comme l'homme de métier le comprendra facilement, en suspendant le dispositif de localisation des défaillances 26 à partir d'un tel câble 32, il est possible d'utiliser le dispositif de localisation des défaillances 26 alors qu'une longueur de joints de WDP 10 toute entière est déployée dans un puits en cours de forage dans les formations de la Terre. Par conséquent, la totalité de la longueur de WDP peut être évaluée en déplaçant le dispositif de localisation des défaillances 26 le long de l'intérieur de la longueur de tiges en faisant fonctionner le treuil (non illustré).

Il doit être compris que le transport par un câble, comme illustré à la Figure 1, n'est pas la seule manière selon laquelle le dispositif de localisation des défaillances 26 peut être déplacé à travers les joints de WDP. D'autres moyens de transport connus dans l'art comprennent, par exemple, le couplage du dispositif de localisation des défaillances 26 à l'extrémité d'un tubage d'intervention enroulé, le couplage du dispositif à l'extrémité d'une longueur de tiges ou de tubes de production couplé(e) s par filetages, ou tout autre moyen de transport connu dans l'art pour déployer un instrument de mesure dans un puits de forage. Les composants fonctionnels du dispositif de localisation des défaillances 26 illustrés à la Figure 1 comprennent une antenne émettrice électromagnétique 28 et une antenne réceptrice électromagnétique 30. Les antennes 28, 30 peuvent avoir la forme de bobines de fil enroulé longitudinalement, ou peuvent être n'importe quelle autre structure d'antennes capable d'induire un champ électromagnétique dans le joint de WDP 10 quand une énergie électrique traverse l'antenne émettrice 28 et capable de produire une tension détectable dans l'antenne réceptrice 30 due aux champs électromagnétiques induits dans le joint de WDP 10 par le passage du courant dans l'antenne émettrice 28. Dans l'exemple illustré à la Figure 1, le circuit (comme il sera expliqué plus en détails dans le cadre de la Figure 2) couplé à l'antenne émettrice 28 cause l'induction d'un champ électromagnétique dans le joint de WDP 10. Le champ électromagnétique induit un courant électrique dans la boucle de circuit créée par les conducteurs électriques 24 et les bobines de transformateur toroïdales 22 à chaque extrémité du joint de WDP 10. Les champs électromagnétiques générés par un tel courant dans la boucle de circuit peuvent être détectés en mesurant une tension induite dans l'antenne réceptrice 30. Sur la base des propriétés de la tension détectée, l'intégrité électrique du joint de WDP 10 peut par conséquent être déterminée.

Un exemple d'un dispositif de localisation des défaillances 26 sera maintenant expliqué plus en détails dans le cadre de la Figure 2. Le dispositif de localisation des défaillances 26 peut comprendre un boîtier résistant à la pression 34 configuré pour traverser l'intérieur de la WDP (10 à la Figure 1). Le boîtier 34A peut définir une chambre intérieure scellable 34 dans laquelle peuvent être placés les composants électroniques du dispositif de localisation des défaillances 26. Les antennes 28, 30, qui, comme cela a été expliqué précédemment, peuvent être des bobines de fil enroulé longitudinalement, peuvent chacune être placée dans une rainure ou un renfoncement respectif 28A, 30A formé(e) dans la surface extérieure du boîtier 34. Le fil de chaque bobine-antenne 28, 30 peut pénétrer dans la chambre 34A par une paroi étanche à la pression permettant le passage d'un câble électrique 46. Les composants électroniques de la présente réalisation peuvent comprendre un circuit de conditionnement de l'énergie électrique 48 qui peut accepter de l'énergie électrique transmise depuis la surface de la Terre le long du câble 32 le long d'un ou plusieurs conducteurs électriques isolés (non illustrés séparément). Les un ou plusieurs conducteurs électriques (non illustrés séparément) peuvent également être utilisés pour communiquer les signaux produits dans le dispositif de localisation des défaillances 26 à la surface de la Terre. Un contrôleur 36, qui peut être un contrôleur à base de microprocesseurs, peut fournir des signaux de contrôle de fonctionnement pour commander les autres composants principaux du dispositif 26. Par exemple, un amplificateur de réception analogique 40 peut être électriquement couplé à l'antenne réceptrice 30 pour détecter et amplifier les tensions induites dans l'antenne réceptrice 30. Les tensions détectées et amplifiées peuvent être numérisées dans un convertisseur analogique-numérique (ADC pour analogic digital converter ) 38, de manière à ce que l'amplitude de la tension en fonction du temps soit sous la forme de mots numériques, chacun représentant l'amplitude de la tension. La sortie du ADC 38 peut être envoyée à un contrôleur 36 pour stockage et/ou traitement ultérieur. Le contrôleur 36 peut stocker une ou plusieurs formes d'onde de courant sous la forme de mots numériques. Les formes d'onde de courant sont celles pour qu'un courant électrique alternatif traverse l'antenne émettrice 28. Dans la présente réalisation, les mots des formes d'onde de courant peuvent être envoyés à travers un convertisseur numérique-analogique (DAC pour digital analogic converter ) 42 pour générer la forme d'onde de courant analogique. La forme d'onde de courant analogique peut être envoyée à un amplificateur de puissance émetteur 44 pour commander l'antenne émettrice 28. L'homme de métier comprendra que la mise en oeuvre de la génération de courant et de la détection des signaux illustrées à la Figure 2, qui comprend un circuit numérique de traitement des signaux, n'est qu'une des mises en oeuvre possibles d'un dispositif de localisation des défaillances conformément à l'invention. Il est également dans le domaine d'application de cette invention d'utiliser un circuit analogique pour générer le courant et détecter les tensions induites. Dans le présent exemple, le courant traversant l'antenne émettrice 28 cause l'induction de champs électromagnétiques dans le joint de WDP, et en particulier dans la boucle de courant créée par les bobines toroïdales (22 à la Figure 1) et les conducteurs électriques (24 à la Figure 1). Dans un joint de WDP en bon état électrique, une tension sera induite dans l'antenne réceptrice 30 qui correspond à la totalité de la boucle de courant correctement interconnectée et isolée de la masse du mandrin de tige métallique (12 à la Figure 1). Les tensions détectées sont ensuite numérisées dans l'ADC 38, et sont ensuite communiquées au contrôleur 36, où les tensions numérisées détectées peuvent être appliquées à n'importe quelle télémétrie connue pour communication vers la surface de la Terre. L'exemple illustré à la Figure 2 peut comporter un intervalle longitudinal 50 entre l'antenne émettrice 28 et l'antenne réceptrice 30 de manière à ce que les antennes 28, 30 puissent être espacées à proximité des bobines toroïdales respectives (22 à la Figure 2) dans chaque joint de WDP (10 à la Figure 1) en cours d'inspection. Au fur et à mesure que le dispositif de localisation des défaillances est déplacé à travers chaque joint de tige WDP (10 à la Figure 1), les tensions détectées par l'antenne réceptrice 30 sont relevées. Si un joint de WDP quelconque a un circuit ouvert, si bien que la boucle de courant décrite ci- dessus n'est pas complète, l'amplitude de la tension détectée sera alors relativement faible ou nulle. Si un joint de WDP a un court-circuit, la tension détectée sera faible ou nulle quand les antennes respectives 28, 30 sont placées à proximité des extrémités du joint de WDP. Il sera compris que dans de telles conditions, il est difficile de distinguer entre un circuit ouvert et un court-circuit dans le joint de WDP. Par conséquent, d'autres exemples d'un dispositif de localisation des défaillances conformément à l'invention peuvent comporter un intervalle différent et/ou sélectionnable entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice. Par contre, en cas de circuit ouvert, le signal détecté serait approximativement nul pour la totalité du segment de tige examiné. S'il existait un court- circuit entre les conducteurs, cependant, le courant serait induit dans la partie supérieure du segment, et il existerait un signal non nul jusqu'à ce que le récepteur dépasse la position du court-circuit. Par conséquent, le signal détecté pourrait être utilisé pour identifier le type de défaillance (court-circuit ou circuit ouvert) et l'emplacement de la défaillance à l'intérieur du segment de tige dans le cas d'un court-circuit. La Figure 3 illustre un autre exemple possible d'un dispositif de localisation des défaillances 26A ayant un intervalle longitudinal sélectionnable entre l'antenne émettrice 28 et l'antenne réceptrice 30. Dans l'exemple de la Figure 3, le boîtier est composé de deux segments de boîtier coulissants 34A, 34B. L'antenne émettrice 28 peut être formée sur, ou fixée à, un segment 34A alors que l'antenne réceptrice 30 peut être formée sur, ou fixée à, l'autre segment 30B. En faisant coulisser un segment 34B par rapport à l'autre 34A, il est possible de modifier l'intervalle longitudinal entre l'antenne émettrice 28 et l'antenne réceptrice 30. Un autre exemple d'un dispositif de localisation des défaillances 26B ayant un intervalle sélectionnable entre l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice est illustré à la Figure 4. Dans la réalisation de la Figure 4, le boîtier 34 peut être similaire à celui expliqué dans le cadre de la Figure 2. Cependant, le dispositif de localisation des défaillances 26B peut comprendre une pluralité d'antennes réceptrices illustrées en 30A, 30B, 30C, 30D placées sur le, ou fixées au, boîtier 34 dans des positions espacées longitudinalement. L'amplificateurde réception (40 à la Figure 2) peut être précédé d'un multiplexeur (non illustré) ou commutateur similaire pour sélectionner celle des antennes réceptrices 30A-30D à interroger à n'importe quel moment. Une ou plusieurs des antennes réceptrices 30A-30B peuvent être utilisées au même moment pour interroger une section de la WDP. Dans un exemple particulier, l'intervalle émetteur-récepteur est initialement réglé pour correspondre à l'intervalle entre les bobines toroïdales (22 à la Figure 1) dans le joint de WDP typique. Quand l'inspection de n'importe quel(s) joint(s) indique une tension du récepteur faible ou non détectée, l'intervalle entre l'antenne émettrice 28 et l'antenne réceptrice peut être choisi, comme à la Figure 3, en faisant coulisser le segment du boîtier 34B pour raccourcir l'intervalle jusqu'à ce qu'une tension détectable soit trouvée, ou comme illustré à la Figure 4, en choisissant des antennes réceptrices de moins en moins espacées 30D, 30C, 30B, 30A jusqu'à ce qu'une tension détectable soit trouvée.

La position d'un court-circuit dans un joint de WDP peut par conséquent être déterminée. L'homme de métier comprendra que l'intervalle longitudinal (50 à la Figure 2) du dispositif de localisation des défaillances 26 n'est pas limité à uniquement l'intervalle entre les extrémités d'un joint de WDP comme illustré à la Figure 1. Il est clairement dans le domaine d'application de la présente invention de fournir un dispositif de localisation des défaillances ayant un intervalle des longueurs égal à deux ou plusieurs joints de WDP (10 à la Figure 1). Par exemple, un dispositif de localisation des défaillances peut avoir un intervalle qui est environ égal à la longueur de trois segments de joint de WDP. De cette manière, un dispositif de localisation des défaillances peut être utilisé pour localiser plus précisément l'emplacement de la défaillance dans le système WDP. Il est noté qu'un dispositif de localisation des défaillances ayant un intervalle de deux, quatre ou plusieurs segments est également possible. Il est également dans le domaine d'application de la présente invention de déterminer les défaillances dans un ou des joints de WDP en utilisant un dispositif qui fonctionne à l'extérieur de la WDP. La Figure 5 illustre un autre exemple d'un tel dispositif de localisation des défaillances 26C. Un mandrin 34B, qui dans la présente réalisation peut être fabriqué en un matériau non magnétique et non conducteur de l'électricité, tel du plastique renforcé de fibre de verre, peut comprendre une antenne émettrice 28A et une antenne réceptrice 30B qui peuvent être des bobines de fil enroulé longitudinalement essentiellement comme expliqué dans le cadre de la Figure 2. Le circuit pour commander l'antenne émettrice 28B et l'antenne réceptrice 30B, qui peut également être essentiellement comme expliqué dans le cadre de la Figure 2, n'est pas représenté à la Figure 5. La réalisation illustrée à la Figure 5 peut avoir une application particulière sur, ou à proximité, du plancher d'une unité de forage, de manière à ce qu'au fur et à mesure que la longueur de WDP est assemblée ou vissée et descendue dans le puits de forage, les joints de WDP individuels traversent le dispositif illustré à la Figure 5 pour inspection pendant la manoeuvre dans le puits de forage. Les joints de WDP peuvent être inspectés à nouveau lorsque la longueur de WDP est retirée du puits de forage. Des variations du dispositif illustré à la Figure 5 qui comprennent des caractéristiques pour modifier l'intervalle longitudinal (50 à la Figure 2) entre l'antenne émettrice 28B et l'antenne réceptrice 30B peuvent également être utilisées avec le dispositif de localisation des défaillances donné à titre d'exemple 26C illustré à la Figure 5. En se référant à la Figure 6, la manière selon laquelle la réalisation illustrée à la Figure 5 peut être utilisée comme expliqué ci-dessus sera expliquée plus en détails. Une longueur de joints de WDP 10 couplés bout à bout est illustrée suspendue par un top drive 52 (ou tige d'entraînement sur les unités de forage ainsi équipées). Le top drive 52 peut être soulevé et abaissé par un crochet 48 couplé à un système de levage composé du treuil de forage 50, une ligne de forage 55, une poulie supérieure 51 et une poulie inférieure 53 de types bien connus dans l'art. Tous les composants ci-dessus sont associés à une unité de forage 46. Un dispositif de localisation des défaillances 26 essentiellement comme expliqué dans le cadre de la Figure 5 peut être placé dans un emplacement commode par rapport à l'unité de forage 46, de manière à ce qu'au fur et à mesure que la longueur de tiges est déplacée vers le haut ou vers le bas, les différents joints de WDP 10 puissent traverser le dispositif 26 pour évaluation. Un trépan 40 est placé à l'extrémité inférieure de la longueur de joints de WDP 10 et fore un puits de forage 42 à travers les formations souterraines de la Terre 41. Le trépan 40 est entraîné en rotation en faisant fonctionner le top drive 52 pour faire tourner la longueur de tiges, ou à la place, en pompant du fluide à travers un moteur de forage (non illustré) typiquement situé dans la longueur de tiges à proximité du trépan 40. Au fur et à mesure que le trépan 40 fore les formations 41, la longueur de tiges est descendue de manière continue en utilisant le treuil de forage 50 pour libérer la ligne de forage 55. Une telle opération maintient une partie déterminée du poids de la longueur de tiges sur le trépan 40. Au fur et à mesure que la longueur de tiges se déplace de manière correspondante, des joints de WDP successifs 10 traversent l'intérieur du dispositif de localisation des défaillances 26C. Une fois à l'intérieur, l'antenne émettrice et l'antenne réceptrice peuvent être contrôlées pour interroger la section de WDP qui est placée à l'intérieur du dispositif de localisation des défaillances 26C. L'évaluation peut continuer lorsque la longueur de tiges est retirée du puits de forage 42. Un circuit tel que celui expliqué dans le cadre de la Figure 2 peut être placé dans une unité d'enregistrement 54, qui peut comprendre d'autres systèmes (non illustrés) pour enregistrer une interprétation des mesures effectuées par le dispositif de localisation des défaillances 26. Au cours des opérations de forage comme illustrées à la Figure 6, si la télémétrie par WDP tombe en panne, dans un exemple, un dispositif tel que celui illustré à la Figure 2 peut être descendu à l'intérieur de la longueur de tiges à l'extrémité d'un câble électrique, essentiellement comme expliqué dans le cadre des Figures 1 et 2. En utilisant un dispositif comme illustré à la Figure 2 et comme expliqué ci-dessus à l'intérieur de la longueur de tiges lorsqu'elle est suspendue dans le puits de forage 42, il peut être possible de localiser le joint de WDP particulier 10 où est située la défaillance. Une telle localisation peut éliminer le besoin de retirer la totalité de la longueur de tiges du puits de forage 42 et de tester chaque joint de WDP 10 individuellement. De même, le dispositif de localisation des défaillances 26 illustré à la Figure 6 peut être utilisé tout en retirant la longueur de tiges du puits de forage 42 jusqu'à ce que le joint de WDP défaillant 10 ait été localisé. Un autre dispositif de localisation des défaillances donné à titre d'exemple est illustré à la Figure 7. Le dispositif donné à titre d'exemple illustré à la Figure 7 comprend un émetteur 26A similaire à l'exemple illustré à la Figure 6 et expliqué en référence avec celle-ci. Un tel émetteur 26A peut être placé en dessous du plancher de forage de l'unité de forage (ou à tout autre emplacement commode) et peut être placé à l'extérieur des joints de WDP 10.

Un récepteur 26B peut comprendre une ou plusieurs bobines réceptrices 26C placées sur un mandrin de sonde. Le récepteur 26B peut être déplacé le long de l'intérieur des joints de WDP 10 par un câble électrique blindé 27 couplé à une extrémité du récepteur 26B. Au cours du fonctionnement du dispositif illustré à la Figure 7, l'émetteur peut être mis sous tension comme expliqué ci-dessus en référence à d'autres dispositifs donnés à titre d'exemple, et un relevé en fonction de la profondeur de la tension induite dans la une ou plusieurs bobines réceptrices 26C peut être effectué. La position d'une défaillance telle qu'un court-circuit ou un circuit ouvert peut être déduite du relevé des mesures de tension. Une interprétation possible des signaux mesurés par l'exemple illustré à la Figure 7 sera maintenant expliquée dans le cadre de la Figure 8. La Figure 8 est un graphe (ou diagraphie) en 80 de la tension détectée en fonction de la profondeur dans le puits de forage du récepteur (26B à la Figure 7). L'amplitude de la tension détectée 80 affiche des pics 82, 84, 86, 88, 90 d'amplitude décroissante qui correspondent à l'emplacement le long de la WDP des connexions entre les joints de WDP successifs (10 à la Figure 7). Il peut également être observé à la Figure 8 que l'amplitude du signal décroît avec la profondeur, et en conséquence, lorsque l'émetteur (26A à la Figure 7) et le récepteur (26B à la Figure 7) deviennent plus espacés l'un de l'autre. Dans un exemple, le signal du récepteur peut être relevé quand le forage du puits commence. Le signal du récepteur peut être relevé à des moments choisis au cours des opérations de forage. Des variations de l'amplitude du signal entre deux relevés successifs supérieures à un seuil déterminé peuvent indiquer une défaillance imminente dans la WDP qui nécessite une intervention.

L'un quelconque des exemples ci-dessus conçus pour être déplacés à l'intérieur d'une longueur de WDP peut avoir son énergie électrique fournie par un câble électrique blindé, ou peut comprendre une source d'énergie électrique interne telle que des batteries.

De tels dispositifs peuvent aussi être alimentés par une combinaison générateur/turbine entraînés par fluide que l'homme de métier saura utiliser avec l'instrumentation de MWD et/ou de LWD. De tels exemples peuvent comprendre un stockage de données interne qui peut être interrogé quand le dispositif est retiré de l'intérieur de la WDP, ou des signaux générés par le dispositif peuvent être communiqués par le câble électrique blindé quand un tel câble est utilisé. L'homme de métier appréciera également que les antennes réceptrices multiples données à titre d'exemple telles qu'illustrées à la Figure 4 peuvent être remplacées par des antennes émettrices multiples couplées chacune ou de manière sélective à la source de courant alternatif. L'exemple expliqué dans le cadre de la Figure 7 peut également être remplacé par un récepteur dans la position où l'émetteur est illustré en dessous du plancher de l'appareil de forage, et le récepteur à l'intérieur de la WDP peut être remplacé par un ou plusieurs émetteurs. Une telle possibilité sera évidente à l'homme de métier en raison du principe de réciprocité. Par conséquent, toute référence à émetteur , émettant ou antenne émettrice dans la description et les revendications qui suivent peut être remplacée par récepteur , recevant ou antenne réceptrice où une telle référence définit l'emplacement d'une antenne donnée ou l'action effectuée par le biais d'une antenne. Le remplacement opposé peut être fait en référence aux présentes à récepteur , recevant ou antenne réceptrice . Bien que l'invention ait été décrite par rapport à un nombre restreint de réalisations, l'homme de métier, ayant le bénéfice de cette divulgation, comprendra que d'autres réalisations peuvent être conçues qui ne s'écartent pas du domaine d'application de l'invention tel que dévoilé aux présentes. Par conséquent, le domaine d'application de l'invention ne doit être limité que par les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour déterminer une condition électrique d'une tige de forage câblée, caractérisé en 5 ce qu'il comprend les étapes consistant à : induire un champ électromagnétique dans au moins un joint de tige (10) de forage câblée ; détecter une tension induite par le courant électrique traversant au moins un conducteur électrique 10 dans la tige de forage câblée, le courant électrique étant induit par le champ électromagnétique induit ; et déterminer la condition électrique d'après les tensions détectées. 15

2. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que la tige de forage câblée comprend un segment de tige de forage câblée.

3. Procédé de la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la tige de forage câblée comprend une pluralité de segments de tige de forage câblée interconnectés.

4. Procédé de la revendication 1, 25 caractérisé en ce que l'étape consistant à induire le champ électromagnétique est effectuée à proximité d'une extrémité du joint de tige (10) et l'étape consistant à détecter est effectuée à proximité de l'autre extrémité du joint de tige (10). 30

5. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à détecter une tension comprend la détection de tensions induites par le passage du courant électrique dans une pluralité de conducteurs électriques (24) en une pluralité d'emplacements le long de la longueur de la tige de forage câblée.

6. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes consistant à induire le champ électromagnétique et à détecter sont effectuées à partir de l'intérieur du joint de tige (10).

7. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que les étapes consistant à induire le champ électromagnétique et à détecter sont effectuées à l'extérieur du joint de tige (10).

8. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à induire le champ électromagnétique comprend le passage d'un courant électrique alternatif à travers une antenne émettrice (28).

9. Procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape consistant à détecter la tension comprend la mesure d'une tension existant sur une antenne réceptrice (30). 25 30

10. Procédé de la revendication 1, comprenant de plus une étape consistant à localiser une position d'une défaillance le long d'au moins un joint en modifiant la position le long du joint de tige où l'étape consistant à détecter est effectuée tout en maintenant essentiellement la position où l'étape consistant à induire est effectuée.

11. Procédé pour déterminer la condition électrique d'une longueur de tiges de forage câblées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à . déplacer un instrument le long d'une longueur de joints de tiges (10) de forage câblées 15 connectés bout à bout ; faire passer un courant électrique à travers une antenne émettrice (28) sur l'instrument pour induire un champ électromagnétique dans la longueur ; 20 détecter des tensions induites dans une antenne réceptrice (30) sur l'instrument dues au passage du courant électrique dans au moins un conducteur électrique dans la longueur de tiges, le passage du courant électrique étant induit par le champ 25 électromagnétique induit ; déterminer la condition électrique entre l'antenne émettrice (28) et l'antenne réceptrice (30) d'après les tensions détectées ; et répéter les étapes consistant à faire 30 passer le courant électrique, détecter les tensions etdéterminer la condition en une pluralité de positions le long de la longueur de tiges.

12. Procédé de la revendication 11, caractérisé en ce que au moins soit l'étape consistant à induire le champ électromagnétique, soit l'étape consistant à détecter, soit les deux sont effectuées à partir de l'intérieur du joint de tige (10).

13. Procédé de la revendication 11, caractérisé en ce que soit l'étape consistant à induire le champ électromagnétique, soit l'étape consistant à détecter, soit les deux sont effectuées à l'extérieur de la tige.

14. Procédé de la revendication 11, comprenant de plus une étape consistant à modifier une distance longitudinale entre l'antenne émettrice (28) et l'antenne réceptrice (30) pour localiser une défaillance électrique.

15. Procédé de la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape consistant à modifier la distance longitudinale comprend le déplacement de soit l'antenne émettrice (28), soit l'antenne réceptrice (30), soit les deux le long de l'intérieur de la longueur de tiges.

16. Procédé de la revendication 15, 30 comprenant de plus la répétition des étapes consistant à déplacer l'instrument, à faire passer le courantélectrique, à détecter les tensions, à déterminer la condition électrique et à déplacer le long de l'intérieur à des moments choisis pour anticiper une défaillance électrique dans la longueur de tiges.

17. Procédé de la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape consistant à modifier la distance longitudinale comprend la modification d'une longueur de l'instrument. 10

18. Procédé de la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape consistant à modifier la distance longitudinale comprend au moins l'une des actions suivantes . 15 la sélection d'une antenne réceptrice (30) donnée à partir d'une pluralité d'antennes réceptrices placées sur l'instrument dans des emplacements espacés les uns des autres et la sélection d'un émetteur donné à partir d'une 20 pluralité d'antenne émettrices (28) placées sur l'instrument dans des emplacements espacés les uns des autres.

19. Procédé pour forer un puits, 25 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à . suspendre une longueur de joints de tiges (10) de forage câblées couplés bout à bout dans un puits de forage, la longueur de tiges ayant un trépan 30 (40) à une extrémité inférieure de cette dernière ;5faire tourner le trépan (40) au fur et à mesure que la garniture de forage est descendue à partir de la surface pour maintenir un poids déterminé sur le trépan (40) ; induire un champ électromagnétique dans une première position choisie à l'extérieur de la longueur de tiges ; détecter des tensions en une seconde position choisie à l'extérieur de la longueur de tiges et espacée de la première position choisie, les tensions résultant du passage du courant électrique dans au moins un conducteur électrique dans la longueur de tiges, le passage du courant résultant du champ électromagnétique induit ; déterminer la condition électrique de la longueur de tiges d'après les tensions détectées ; poursuivre la libération de la longueur de tiges tout en faisant tourner le trépan ; et répéter les étapes consistant à induire, 20 détecter et déterminer.

20. Procédé de la revendication 19, caractérisé en ce que l'étape consistant à induire le champ électromagnétique comprend le passage d'un 25 courant électrique alternatif à travers au moins une antenne émettrice (28).

21. Procédé de la revendication 19, caractérisé en ce que l'étape consistant à détecter les 30 tensions comprend la mesure d'une tension existant sur au moins une antenne réceptrice (30).

22. Dispositif de localisation de défaillances, caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un émetteur (26A) ; et au moins un récepteur (26B), dans lequel au moins un émetteur (26A) est configuré pour induire un courant électrique dans un conducteur (24) dans au moins un segment de tige de forage câblée et le récepteur (26B) est configuré pour répondre à un champ magnétique qui est induit par le courant électrique.