FR2938602A1 - Dispositif de modulateur en puits - Google Patents

Abstract

Modulateur pour créer une impulsion de pression dans un puits rempli de fluide, comprenant un corps d'outil sur lequel sont montés une pluralité de bras déployables (6). Les bras (6) peuvent être escamotés en position de repos sensiblement au voisinage immédiat du corps d'outil, ou peuvent être déployés pour venir contre la paroi du trou de forage (2). Les bras (6) sont de préférence des ressorts arqués élastiques pouvant être amenés à fléchir vers l'extérieur par rapport à l'outil à l'aide d'un actionneur poussant sur au moins une extrémité des ressorts. Un manchon souple (5) de valve ou une poche est suspendu entre les bras (6) et coopère avec une valve (4) montée au voisinage immédiat du manchon sur le corps d'outil. Le manchon (5) de valve crée un passage de circulation de fluide à travers la valve (4) et, en service, la valve (4) ferme une extrémité du manchon (5) de valve afin de créer l'impulsion de pression. L'étanchéité créée par le manchon de valve contre la paroi du puits résulte du gonflement du manchon contre la paroi du puits par la pression du fluide.

Description

B09-4474FR Société dite : SONDEX WIRELINE LIMITED Dispositif de modulateur en puits Invention de : BUSS John DONKIN Charles William HITCHCOCK Ian STUART BRUGES William Peter MOWATT Roy RATCLIFFE James WEBB Anthony

Priorité d'une demande de brevet déposé en Grande-Bretagne le 19 novembre 2008 sous le n° 0821177.3 Dispositif de modulateur en puits

La présente invention est relative à un dispositif de modulateur en puits destiné à servir dans un trou de forage, et en particulier à un dispositif de modulateur en puits destiné à servir avec des équipements de diagraphie en puits se présentant sous la forme d'un chapelet d'outils. Afin de mesurer les propriétés d'un puits de pétrole, d'eau ou de gaz, un ou plusieurs outils de détection ou de mesure peuvent être mis en place dans le puits pour procéder à des mesures in situ. Cela peut avoir lieu pendant des travaux de forage ou pendant l'exploitation du puits. Ordinairement, il faut plusieurs outils de mesure différents, chaque outil étant conçu spécialement pour un seul type de mesure.

Ces mesures peuvent comprendre, par exemple, une mesure de la vitesse et du sens de circulation du fluide dans le puits, des mesures de capacité et/ou de résistance pour déterminer la composition du fluide, et une mesure de la pression locale du fluide dans le trou de forage de puits. S'il faut plusieurs outils, les outils sont souvent reliés les uns aux autres en un chapelet d'outils qui peut être mis en place dans le puits à l'aide d'un câble de forage Tout en permettant de manoeuvrer le chapelet d'outils dans le puits, le câble de forage assure ordinairement le passage d'électricité et/ou de signaux de télémétrie pour commander et surveiller les outils respectifs.

Le chapelet d'outils comprend ordinairement aussi des équipements supplémentaires pour l'environnement d'un puits, tels qu'un ou plusieurs centreurs pour soutenir le chapelet d'outils au centre du diamètre du puits, des équipements de signalisation tels que des générateurs ou des modulateurs d'impulsions de pression dans la boue, des perforateurs pour tubages de puits, des amortisseurs de vibrations et souvent un ou plusieurs dispositifs d'ancrage pour immobiliser le chapelet d'outils dans une position voulue dans le puits pendant qu'on procède à des mesures quelconques.

Un modulateur est un dispositif qui peut servir à transmettre des impulsions de pression à un fluide du trou de forage. Des modulateurs peuvent servir à transmettre des signaux depuis le fond vers la surface et peuvent également servir dans des techniques de détection pour déterminer la qualité d'une réserve de pétrole dans le trou de forage. Un exemple de procédé et de dispositif selon la technique antérieure pour déterminer la qualité d'un puits de pétrole implique une modulation de la circulation du fluide dans le puits avec une fonction cyclique de pression. Des variations de débit et de pression du fluide sont alors mesurées à l'aide d'un débitmètre et d'un capteur de pression afin de déterminer la qualité du puits. Dans la technique antérieure existent aussi un certain nombre de formes de réalisation de modulateurs pour ralentir la circulation du fluide dans le puits, dont un système analogue à une hélice, un dispositif ayant plusieurs palettes escamotables qui peuvent être déployées pour arrêter la circulation de fluide dans le trou de forage, et une poche toroïdale en élastomère qui se place autour de l'outil et qui peut être mise sous pression pour se gonfler et créer une étanchéité contre la paroi du tubage. Les modulateurs de ces types selon la technique antérieure souffrent d'un certain nombre d'inconvénients. Les formes de réalisation comprenant des hélices ou des palettes ne peuvent normalement pas arrêter suffisamment la circulation de fluide pour que la méthode de modulation soit efficace. Ils présupposent en outre que le diamètre intérieur du trou de forage est connu à l'avance, de telle sorte que lorsqu'elles sont déployées, l'hélice et les palettes puissent obturer physiquement une proportion suffisante de la section transversale du trou de forage pour avoir un effet de modulation. Dans l'ignorance du diamètre du trou de forage dans lequel doit être mis en place le modulateur à palettes, il est extrêmement difficile d'assurer une bonne étanchéité entre les différentes palettes et entre les palettes et la surface intérieure du trou de forage. D'autre part, on a constaté que des poches ou vessies toroïdales oscillent lorsqu'elles s'apprêtent à créer une étanchéité contre la paroi du trou de forage, ce qui risque de nuire gravement à la méthode de modulation. Elles nécessitent aussi qu'un grand réservoir de fluide soit logé dans l'outil pour mettre sous pression la vessie en vue de son utilisation. Par ailleurs, tous ces dispositifs doivent être enfermés dans une petite portion latérale de l'outil afin que l'outil à modulateur puisse facilement être mis en place dans un trou de forage et extrait de celui-ci sans dommages pour le trou de forage ni l'outil. Par conséquent, les auteurs de l'invention ont réalisé la nécessité d'un dispositif de modulateur apte à fonctionner sur divers diamètres de trous de forage et apte à être facilement inactivé en prenant une petite section transversale en vue de sa mise en place et de sa récupération. Les auteurs de l'invention ont aussi réalisé la nécessité d'un dispositif de modulateur apte à créer une étanchéité suffisamment grande pour que le dispositif puisse fonctionner à divers débits et pressions de fluide. L'invention est définie dans les revendications indépendantes auxquelles il convient maintenant de se reporter. Des caractéristiques avantageuses sont présentées dans les revendications dépendantes.

Selon un premier aspect de l'invention, il est proposé un dispositif à utiliser en puits dans un puits rempli de fluide, le dispositif comprenant : un corps longitudinal d'outil ; une pluralité de bras déployables montés sur le corps d'outil pour s'ouvrir et se fermer dans le puits rempli de fluide ; un manchon souple de valve fixé à la pluralité de bras déployables et mobile entre une position de repos et une position active sous l'effet du mouvement des bras déployables, dans lequel, dans la position active, le manchon de valve est conçu pour recevoir un flux de fluide provenant du puits et la pression de fluide dans le manchon de valve amène au moins une partie du manchon de valve à créer une étanchéité contre une paroi du puits. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de modulateur à utiliser en puits dans un puits rempli de fluide, le modulateur comprenant : un corps longitudinal d'outil ; une pluralité de bras déployables montés sur le corps d'outil pour s'ouvrir et se fermer dans le puits rempli de fluide ; un manchon de valve souple fixé à la pluralité de bras déployables et mobile entre une position de repos et une position active sous l'effet du mouvement des bras déployables, dans lequel, dans la position active, le manchon de valve est conçu pour recevoir un flux de fluide provenant du puits et la pression de fluide dans le manchon de valve amène au moins une partie du manchon de valve à créer une étanchéité contre une paroi du puits ; et une valve pour moduler la pression du fluide dans le puits rempli de fluide en fermant au moins partiellement une extrémité du manchon de valve pour limiter la circulation de fluide. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de modulateur à utiliser en puits dans un puits rempli de fluide, le modulateur comprenant : un corps d'outil ; une valve pour moduler la pression du fluide dans le puits rempli de fluide, la valve ayant un siège de valve disposé sur le corps d'outil et un ou plusieurs éléments de valve destinés à se fermer contre le siège de valve ; et un canal escamotable de circulation de fluide pour créer une étanchéité au moins partielle contre la paroi du puits rempli de fluide et pour canaliser jusqu'à la valve le fluide présent dans le puits rempli de fluide. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue isométrique du dispositif de modulateur selon un premier exemple ; - la figure 2 est une vue latérale en élévation du dispositif de modulateur de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue isométrique du mandrin et représentant un seul ressort arqué ; - la figure 4 est un dessin isométrique agrandi du bord de la membrane de valve représentant en détail sa fixation aux ressorts arqués ; - la figure 5 est un dessin isométrique représentant la valve en position ouverte ; - la figure 6 est une vue isométrique d'un mécanisme de serrage pour réunir la valve à la membrane de valve ; - la figure 7 est une vue latérale en coupe représentant la valve en position fermée ; - la figure 8 est un dessin isométrique représentant la valve en position fermée ; - la figure 9 est une vue latérale en coupe représentant la valve en position fermée ; - la figure 10 est une vue latérale en élévation du dispositif de modulateur représentant la valve en position ouverte ; - la figure 11 est une vue latérale en élévation du dispositif de modulateur représentant la valve en position fermée ; - la figure 12 est une coupe longitudinale de l'outil représentant un mécanisme de sécurité anti-surdéploiement en position par défaut ; et - la figure 13 est une coupe longitudinale de l'outil représentant un mécanisme de sécurité anti-surdéploiement en position de déclenchement. En référence aux figures, on va maintenant décrire un exemple préféré de dispositif de modulateur selon l'invention. L'exemple de modulateur comprend un corps d'outil sur lequel est montée une pluralité de bras déployables. Les bras peuvent être escamotés dans une position de repos sensiblement adjacente au corps d'outil ou peuvent être déployés pour venir contre la surface interne du puits, telle que la paroi ou le tubage du puits. De préférence, les bras sont des ressorts élastiques arqués pouvant être amenés à fléchir vers l'extérieur par rapport à l'outil à l'aide d'un actionneur poussant sur au moins une extrémité des ressorts arqués. Un manchon ou une poche souple de valve est suspendu entre les bras et coopère avec une valve montée au voisinage immédiat du manchon sur le corps d'outil. Le manchon de valve crée un passage d'écoulement de fluide via la valve. En service, la valve ferme une extrémité du manchon de valve pour créer une impulsion de pression. L'étanchéité créée par le manchon de valve contre la paroi du puits est un effet de la pression du fluide qui gonfle le manchon contre la paroi du puits. De la sorte, l'étanchéité couvre une plus grande surface de la poche et réagit d'une façon dynamique aux variations de débit ou de pression du fluide. La figure 1 est une vue isométrique du dispositif de modulateur 1 représenté in situ dans un trou de forage 2. Le trou de forage 2 est représenté en vue écorchée, et le bord du tubage du trou de forage 2 est visible. Le dispositif de modulateur 1 comprend une tige ou un mandrin central 3 pour le raccordement à des éléments adjacents dans le chapelet d'outils par des moyens de fixation connus (non représentés ici). Concrètement, le chapelet d'outils peut avoir une longueur de l'ordre de 9 m (30 pieds), le diamètre du corps d'outil est d'environ 4,25 cm (1 11/16"). I1 est entendu que ces dimensions ne sont nullement limitatives et ne sont indiquées qu'à titre d'exemple. Une valve 4 est montée sur le mandrin 3 au voisinage immédiat d'une membrane ou d'un manchon souple 5 de valve qui est supporté par une pluralité de ressorts arqués 6. La membrane 5 de valve sert à créer une étanchéité contre l'intérieur du trou de forage 2 et constitue une pièce importante du modulateur. Sur la figure 1, la membrane 5 de valve est visible, mais sur la figure 2 la membrane est omise pour permettre de voir les détails de l'appareil présents au-dessus. Le nombre de ressorts arqués 6 peut dépendre de la forme de réalisation particulière, mais il est ordinairement de six à douze. Par commodité, on emploie généralement six ressort arqués, mais dans d'autres formes de réalisation possibles, selon le besoin, on pourrait employer moins de six ou plus de douze ressorts arqués. Par ailleurs, dans d'autres formes de réalisation possibles, où l'on n'utilise pas de ressorts arqués, les bras déployables peuvent par exemple être des valves ou des bras disposés quelque part sur l'outil à l'aide d'un support de montage ou d'un pivot et qui peuvent être commandés ou se déployer et s'escamoter sous l'action d'un mécanisme d'actionnement approprié. La pluralité de ressorts arqués 6 est montée sur le mandrin au niveau d'un premier et d'un second supports de montage ou points de fixation 7 et 8 espacés l'un de l'autre. Les points de fixation pour les ressorts arqués 6 sont espacés l'un de l'autre d'une distance plus courte que la longueur des ressorts arqués afin que, comme représenté plus clairement sur la figure 2, les ressorts arqués 6 puissent, en service, être amenés à fléchir vers l'extérieur pour venir contre le tubage interne du trou de forage 2. Les ressorts arqués 6 eux-mêmes sont en métal à résilience, si bien qu'ils se comprimeront lors du contact sans limitations ni variations de diamètres du tubage du trou de forage 2. La figure 3 est une vue isométrique du mandrin central 3 ne représentant qu'un seul ressort arqué 6. Dans le présent exemple de forme de réalisation, le point de fixation 8 est une bague fixe disposée sur le mandrin 3. Cependant, le point de fixation 7 n'est pas fixe, mais est mobile dans une direction longitudinale sur l'axe géométrique du mandrin 3. Dans le présent exemple, la bague mobile 7 est montée sur une tige ou un piston actionnable 71 logé dans un logement 72 qui peut faire partie du mandrin central 3. La tige d'actionnement 71 peut être commandée par un actionneur (non représenté) pour sortir du logement 72 ou rentrer dans celui-ci sous l'effet de signaux de commande envoyés par une unité de commande via le câble de forage ou, selon une autre possibilité, par des signaux radioélectriques. Le mouvement de la tige d'actionnement 71 accroît ou réduit la distance de la bague mobile 7 par rapport à la bague fixe 8 en permettant de commander le déploiement latéral des ressorts arqués 6. La bague mobile 7 a une position de déploiement maximal dans laquelle elle se trouve au plus près de la bague fixe 8, et les ressorts arqués 6 sont amenés à fléchir vers l'extérieur contre le tubage 2 du trou de forage sous l'effet de la force de compression longitudinale appliquée par les bagues 7 et 8. Elle a aussi une position de repos ou position fermée dans laquelle la bague mobile 7 est écartée, au maximum de son déploiement, de la bague fixe 8, de sorte que les ressorts arqués 6 et la membrane 5 de valve soient tirés pour s'appliquer exactement contre le mandrin pour le repos. En service, la bague mobile 8 peut être dans n'importe quelle position entre les deux positions extrêmes.

En référence aux figures 4 et 5, la membrane de valve a une extrémité amont 50 qui, en service, est orientée obliquement en direction du flux de fluide dans le trou de forage, ainsi qu'une extrémité aval 51, fixée à la valve 4. La membrane 5 de valve peut être en tissu tel qu'un tissu aramide ou similaire. Le Kevlar en est un exemple. Le tissu peut aussi être un tissage non poreux ou peut être enduit ou dopé avec du PTFE, du PEEK ou une autre substance non poreuse, et peut être fabriqué soit d'un seul tenant soit sous la forme d'une combinaison de morceaux séparés qui sont cousus, soudés, collés ou autrement fixés solidement d'une manière empêchant les fuites. On a jugé préférable de fabriquer la membrane de valve en au moins deux parties. La première partie, destinée à créer une étanchéité contre la surface intérieure du trou de forage, a une forme sensiblement effilée ou conique mais est tronquée à une extrémité, au point d'être tronconique, en grande partie comme une manche à air. Pour accroître les forces créant l'étanchéité, il est avantageux de conserver un petit angle de la partie conique. La seconde partie est sensiblement cylindrique ou tubulaire et est destinée à coopérer avec l'élément formant valve 4. Les deux parties sont fixées l'une à l'autre de manière à être coaxiales et de façon que tout fluide entrant dans le diamètre le plus grand de la manche à air continue à passer par le petit diamètre de la manche à air jusque dans la partie tubulaire. La partie formant manche à air de la membrane de valve est supportée par les ressorts arqués 6.

Le manchon 5 de valve est sensiblement un tube dont un diamètre à une première extrémité est plus grand que le diamètre le plus grand à obturer hermétiquement, et un diamètre à l'autre extrémité est plus petit que le diamètre le plus petit à obturer hermétiquement. I1 s'ensuit qu'il y a, entre les grand et petit diamètres, un diamètre qui correspond exactement au diamètre intérieur du tubage. Etant donné que le diamètre intérieur du manchon est mis sous pression par le flux, le diamètre empêche sensiblement hermétiquement toute circulation entre le tubage et la membrane. Cela signifie aussi que le tubage intérieur du puits n'est pas forcément circulaire, car le manchon s'adaptera à de faibles variations de forme. Comme représenté sur les figures 3 et 4, chaque ressort arqué 6 peut comporter un support latéral 60, situé approximativement à mi- distance le long du ressort arqué 6, à un emplacement proche de l'endroit où se trouvera le bord de la membrane 5 de valve quand l'outil sera assemblé. Le support 60 peut faire corps avec le ressort arqué 6 ou peut être formé séparément, puis soudé à celui-ci. Le support 60 lui-même reçoit un ressort 61 à force constante. Une première extrémité du ressort 61 à force constante est enfilée à travers le support 60 et rabattue sur elle-même pour le retenir en place, et l'autre extrémité, appelée ici extrémité d'accrochage, est enroulée autour du mandrin central 3. Dans l'exemple de forme de réalisation décrit ici, le ressort 61 à force constante est une bande d'acier à ressort d'environ 0,2 mm d'épaisseur, 25 mm de largeur et 300 mm de longueur, se présentant sous la forme d'une spire d'un diamètre intérieur d'environ 20 mm, telle que sa position naturelle doit être une configuration enroulée. Les bandes peuvent être installées sur le mandrin 3, à l'aide d'une bobine, non représentée, montée sur l'outil de manière à pouvoir tourner, autour de l'axe longitudinal. Les extrémités d'accrochage des ressorts 61 à force constante sont enroulées autour de la même bobine en prenant les ressorts, en les appliquant exactement les uns contre les autres et en laissant les ressorts s'enrouler de façon qu'ils soient intercalés avec un axe géométrique commun. La rotation de la bobine enroule ou déroule chaque ressort 61 à force constante dans une mesure constante, ce qui assure que les ressorts arqués 6 bougent en synchronisme radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur par rapport au mandrin 3. Les ressorts à force constante sont mis en précontrainte de façon à être sollicités vers un état de fermeture autour du mandrin central. En référence aux figures 3 et 4, on va maintenant expliquer plus en détail le mécanisme pour fixer la membrane 5 de valve aux ressorts arqués. Un ensemble de pince 63 est fixé par des pièces de fixation 62 à chaque ressort 61 à force constante. De préférence, les pièces de fixation 62 sont des goupilles qui passent à travers des trous correspondants dans le ressort 61 à force constante et la membrane 5 de valve afin de réaliser une fixation solide.

Dans le présent exemple, l'ensemble de pince 63 comporte une charnière 64 qui permet de fixer l'ensemble de pince 63 sur le ressort 61 à force constante et le bord de la membrane 5 de valve en les serrant l'un contre l'autre. La charnière peut être fixée à l'aide d'une vis (non représentée) pour la retenir en place.

Les goupilles 62 permettent de détacher facilement l'ensemble de pince 63 de la membrane 5 de valve si une réparation d'une pièce particulière, telle que la membrane 5 elle-même, est nécessaire. Dans d'autres exemples possibles, on peut utiliser d'autres types de fixations ou des colles.

L'ensemble de pince 63 est situé, le long du ressort 61 à force constante, à peu de distance de son point de fixation sur le support 60 de façon qu'il fixe la membrane 5 de valve au ressort 61 à force constante en un point intermédiaire entre les ressorts arqués 6 et la bobine montée sur le mandrin. De la sorte, les ondulations du bord de la membrane 5 de valve entre les ressorts sont très réduites et, lorsque les ressorts arqués 6 sont tirés vers le mandrin 3 à l'aide de la bague mobile 7, le bord de la membrane 5 de valve est bourré dans et autour du mandrin 3 de façon à pouvoir être caché proprement. Ultérieurement, on en expliquera l'importance plus en détail.

Considérant maintenant les figures 1 et 4, on verra que la membrane 5 de valve est elle aussi directement fixée aux ressorts arqués 6 à l'aide de bandes de fixation 65. Les bandes de fixation sont fixées d'une manière détachable au ressort arqué 6 à l'aide d'ergots coopérant avec des fentes allongées coniques. On insère les ergots dans une partie plus large des fentes pour réaliser un assemblage provisoire, puis on les fait coulisser vers une partie plus étroite pour faire tenir l'assemblage. Des pinces sur le ressort arqué 6 ou la bande fixation 65 immobilisent les deux pièces. Le ressort arqué 6 et les bandes de fixation 65 sont par conséquent dotés d'un profil aplati de manière à pouvoir s'engager et coulisser les uns sur les autres d'une façon stable. Pour fixer la membrane 5 de valve aux ressorts arqués 6, on fait passer la membrane 5 de valve par-dessus les ressorts arqués 6 et par-dessous les bandes de fixation 65 avant qu'ils ne soient mis en place par emboîtement. Des trous sont ménagés dans la membrane 5 de valve pour recevoir les ergots de l'un ou de l'autre des ressort arqué 6 et bande de fixation 65. Ainsi, la membrane 5 de valve est fixée à chaque ressort arqué 6 sur une grande partie de sa longueur, ce qui améliore la résistance du manchon à la formation d'une poche sous l'effet de la pression du fluide dans le puits. Un tel agencement limite fortement le nombre de vis nécessaires et facilite énormément la dépose du manchon et des ressorts arqués en cas de réparation. En outre, les ressorts arqués 6 comportent, à distance du pourtour du manchon 5 de valve, une petite arête ou saillie (non visible sur les dessins) qui, lorsqu'elle est cachée, est conçue pour se placer sous un ressort arqué adjacent 6 quand les ressorts arqués 6 sont fermés. La saillie agit sur la zone du manchon 5 de valve entre les ressorts arqués 6, quand les ressorts arqués 6 sont fermés, et sa force crée un pli dans la membrane 5. Cela permet de cacher plus facilement la partie de la membrane située à distance du pourtour de la membrane en la bourrant proprement autour du mandrin 3, et évide un endommagement du manchon et réduit le risque de déchirure nécessitant un remplacement du manchon.

En référence aux figures 2 et 5, on va maintenant décrire plus en détail la valve 4. La valve 4 comporte une première et une deuxième bagues 40 et 41 montées sur le mandrin 3, au voisinage immédiat d'une troisième bague qui forme un siège 42 de valve. Une pluralité d'éléments articulés 43 de valve, dans le cas présent au nombre de douze, s'étendent vers l'extérieur par rapport à la première bague 40 et sont disposés radialement autour du mandrin 3. Comme illustré le plus clairement sur la figure 2, les éléments articulés de valve comportent un élément de fermeture 44 ou une attache maintenu dans une orientation sensiblement parallèle au mandrin 3 à l'aide d'un premier 45 et d'un second 46 éléments formant branches montées à pivotement respectivement sur les première 40 et deuxième 41 bagues. Concrètement, le demandeur a jugé souhaitable d'introduire une légère courbure vers l'intérieur dans les éléments de fermeture 44, car ceux-ci ont une tendance normale à s'arquer vers l'extérieur en raison des forces agissant sur l'extrémité aval de la membrane 5. Cette légère courbure améliore l'interaction des éléments de fermeture 44 avec le siège 42 de valve. Comme représenté sur la figure 5, l'extrémité de chacun des éléments de fermeture 44 est fixée à l'extrémité opposée 51 de la membrane 5 de valve. Quand la valve est fermée comme illustré sur les figures 7 et 8, la membrane 5 de valve est appuyée contre le siège 42 de valve, ce qui ferme sensiblement hermétiquement l'extrémité 51 de la membrane 5 de valve.

La figure 6 représente plus en détail le mécanisme de serrage 440 pour fixer la membrane 5 de valve aux éléments de fermeture 44. Le mécanisme de serrage fonctionne en retenant le tissu de la membrane 5 de valve entre la pince de serrage 441 de tissu et une clavette 442. La charge agissant sur la membrane de valve est exercée à l'aide d'une goupille élastique 443. La pince de serrage 441 de tissu est conçue avec un profil en H, le centre du H 444 étant autorisé à fléchir de façon que le déploiement de la partie supérieure de la pince de serrage avec la goupille élastique amène la moitié inférieure à se serrer sur la clavette.

Considérant maintenant les figures 7 et 9, on peut voir que le siège 42 de valve a un certain nombre d'arêtes longitudinales destinées à coopérer avec les pinces. Le siège 42 de valve a la forme d'une roue dentée avec une alternance de dents saillantes ou de cannelures 47 et des creux 48 situé sur tout son pourtour. Les creux sont ménagés en regard des éléments de fermeture ou de serrage 44 de la valve et, quand la valve 4 est fermée, le côté de l'élément de valve est reçu dans le creux 48. Comme représenté plus clairement sur la figure 9, le côté de l'élément 44 de valve et le creux présentent tous deux une conicité de forme complémentaire pour que les éléments de fermeture 44 puissent facilement être reçus dans les creux 48 tout en continuant à créer une bonne étanchéité. Cependant, les éléments de fermeture 44 et les creux 48 ne s'ajustent pas exactement et il reste suffisamment de place entre eux pour loger la membrane 5 de valve.

Dans l'exemple de forme de réalisation, le siège de valve est de préférence en caoutchouc de type élastomère ou autre matière élastique ou hyperélastique, car cela facilite la création d'une bonne étanchéité par la valve 4. Si, par exemple, le pourtour de la membrane 5 de valve est un peu trop grand, les éléments de fermeture amènent la matière de la membrane 5 de valve à entrer dans les creux 48 pour créer l'étanchéité. Si, au contraire, le pourtour de la membrane 5 de valve est trop court, les cannelures 47, grâce au fait qu'elle sont en caoutchouc ou autre matière élastique, sont alors légèrement comprimées pour entrer dans les creux 48 et créent là encore une bonne étanchéité. Sur la figure 7, la membrane 5 de valve est représentée par le trait circulaire se faufilant dans chacun des éléments de fermeture de la valve. Sur la figure 9, qui représente la valve 4 en position fermée, la membrane 5 de valve est représentée appuyée contre les dents 48 et les creux 48 et adoptant sensiblement leur forme. Concrètement, on a constaté qu'une force d'environ 100 à 150 N est nécessaire pour réaliser une membrane étanche d'environ 6 mm de circonférence. La valve 4 est commandée et actionnée entre ses positions ouverte et fermée à l'aide d'un actionneur situé dans la première 40 ou la deuxième 41 bague. L'actionneur reçoit un signal, via le câble de forage, pour commander la valve de la manière souhaitée. Dans une forme de réalisation préférée, l'actionneur est un manchon mobile monté sur un moteur linéaire qui sert à faire passer les premier et second éléments formant branches entre les positions ouverte et fermée. Le mécanisme de valve décrit est particulièrement avantageux, car il est petit et robuste et il permet de remplacer commodément la membrane 5 pour la réparer ou d'installer une membrane 5 adaptée aux dimensions du puits ou du tubage. En outre, il serre fermement la membrane, ce qui permet d'exercer les forces de compression appropriées sans détruire ni endommager la membrane. De plus, le mécanisme de valve assure une prévisibilité. Comme la déformation du siège de valve en élastomère peut être calculée, la création d'une bonne étanchéité peut être confirmée à l'avance. De plus, l'actionneur peut servir aussi bien pour l'étanchéité que pour la modulation. En référence aux figures 10 et 11, on va maintenant décrire plus en détail le fonctionnement du dispositif. Le dispositif de modulateur est mis en place dans l'environnement du trou de forage à l'aide du câble de forage et du chapelet d'outils de façon que la valve 4 soit dans la direction aval et que la membrane 5 de valve soit en amont, orientée vers le flux de fluide du trou de forage. Pendant la mise en place, la bague mobile 7 est tirée à l'écart de la bague fixe 8 de façon que les ressorts arqués 6 s'étirent et se placent sensiblement exactement contre le mandrin 3. A mesure que les ressorts arqués 6 sont tirés vers l'intérieur en direction du mandrin depuis une configuration déployée, les ressorts 60 à force constante coulissent autour du mandrin 3 sur la bobine en retendant la membrane 5 de valve. Ce faisant, les pinces articulées 63, montées sur les ressorts 60 à force constante et la membrane 5 de valve, bourrent la membrane 5 autour du mandrin 3 afin qu'elle ne risque pas de dépasser et de se déchirer ou d'être autrement endommagée. Les rebords situés plus loin le long des ressorts arqués 6 par rapport au bord de la membrane 5 de valve créent, au milieu de la membrane 5, un effet similaire. Une fois que le modulateur a été mis en place à l'endroit voulu, la bague mobile 7 est poussée vers la bague fixe 8 par la tige d'actionnement 71 afin que les ressorts arqués 6 soient amenés à fléchir vers l'extérieur contre le tubage 2 du trou de forage. Si le diamètre du trou de forage est connu à l'avance, la tige d'actionnement 71 peut être déplacée sur une distance prédéterminée afin que les ressorts arqués 6 exercent une force d'une ampleur prévue ou connue contre le tubage du trou de forage. Autrement, la tige d'actionnement 71 peut simplement être déplacée vers la bague fixe 8 sur la distance maximale possible sans déclencher le mécanisme anti-surdéploiement décrit plus loin. A mesure que les ressorts arqués 6 sont poussés vers l'extérieur, les ressorts 60 à force constante et la membrane 5 de valve se déploient de façon à être complètement ouverts dans le trou de forage. Une fois que la membrane 5 de valve a commencé à s'ouvrir, la pression du fluide dans le puits sert à gonfler la membrane 5 en facilitant encore le mouvement d'ouverture. Dans des conditions de fonctionnement normales, des fluides tels qu'une solution d'eau et d'hydrocarbures circuleront dans le trou de forage. Lorsque la membrane de valve est en configuration ouverte ou déployée, le fluide entre à l'extrémité amont 50 de la membrane de valve, traverse la membrane 5 de valve et, en supposant que la valve soit ouverte, sort par l'extrémité aval 51 de la membrane de valve et au-delà de la valve 4 pour poursuivre sa circulation dans le trou de forage. L'extrémité amont 50 de la valve 5 dans sa position ouverte a un plus grand diamètre que l'extrémité aval 50 et, de ce fait, la pression du fluide traversant la membrane fait gonfler celle-ci. La membrane gonflée 5 est appuyée contre le tubage du trou de forage 2 par la pression du fluide et crée une étanchéité qui limite énormément les fuites de fluide autour de la membrane de valve et sur un trajet extérieur au-delà de la valve 4. Concrètement, on a constaté que l'efficacité de l'étanchéité est plus que suffisante pour des applications dans des modulateurs. Comme la membrane 5 de valve présente une plus grande surface conique souple, l'endroit réel de l'étanchéité contre le tubage du trou de forage peut se situer n'importe où sur la membrane qui peut être mise au contact du tubage à l'aide de la pression du fluide. Cela signifie que l'effet d'étanchéité est créé en réponse aux conditions ambiantes locales, telles que la pression, la forme du trou de forage, l'orientation du modulateur et le déploiement des ressorts arqués. A mesure que changent les conditions, la membrane adapte en conséquence sa position sous l'effet de la pression du fluide et l'étanchéité est maintenue. L'utilisation de la pression du fluide pour réaliser l'étanchéité nécessaire signifie que le dispositif fonctionne avec les forces s'exerçant dans le trou de forage plutôt qu'à l'encontre de celles-ci et signifie que la membrane 5 de valve peut créer une étanchéité bien plus efficacement que d'autres systèmes possibles proposés dans la technique antérieure. La conception de la membrane 5 de valve et des ressorts arqués 6 assure qu'il est possible, concrètement, de réaliser d'une face à l'autre de la membrane de valve déployée une différence de pression d'environ 34,5 kPa (5 psi). Les pressions dans le puits peuvent atteindre 103 425 kPa (15 000 psi). Dans des puits à circulation lente, cela nécessite que la circulation de fluide autour de la membrane 5 soit limitée à un goutte à goutte, tandis que la circulation n'est que très peu freinée dans des puits à circulation rapide. Afin de produire une impulsion dans le fluide du trou de forage, une instruction est appliquée à la valve 4 pour qu'elle se ferme contre le siège 42 de valve. La fermeture de la valve 4 entraîne l'extrémité aval 51 de la membrane 5 de valve jusque dans une position d'étanchéité contre le siège 42 de valve, ce qui arrête sensiblement le passage de fluide à travers la membrane 5. Des capteurs dans le chapelet d'outils peuvent alors mesurer les variations de débit et de pression qui en résultent, ou les transmettre aux installations de surface où elles peuvent être analysées en détail par un logiciel adéquat. Concrètement, on a estimé plus précis de faire fonctionner la valve 4 d'une manière cyclique entre deux positions définies de la valve, par exemple ouverte et fermée, afin que, lors de la réalisation de mesures, une moyenne des résultats puisse être calculée et que la stabilité des mesures soit confirmée. En particulier, la moyenne des différences de phase et des rapports d'amplitude peut être calculée sur un certain nombre de cycles.

La fermeture de la valve peut être rapide ou lente et peut prendre des dizaines de secondes ou une heure ou davantage si nécessaire. La valve 4 n'a pas à être complètement fermée, puisqu'il suffit de limiter davantage la limitation de l'écoulement à l'extrémité aval de la membrane de valve pour provoquer une variation de pression détectable dans les équipements de détection. Du fait de l'étanchéité créée par la membrane 5 de valve contre le tubage 2 du trou de forage, l'impulsion produite par le modulateur est de meilleure qualité et le modulateur peut fonctionner dans un large éventail de conditions. Par exemple, le dispositif de modulateur décrit peut fonctionner à des débits nominaux de 9000 barils/jour à 300 barils/jour, à savoir 7,570 1/s à 0,473 1/s (16 pints/s à 1 pint/s) et peut assurer une étanchéité pour mieux que 0,473 1/s. Au terme de l'utilisation voulue de modulateur dans le trou de forage, la bague mobile est reculée en tirant les ressorts arqués 6 et la membrane 5 de valve vers le mandrin 3 et la position de repos. Dans cette position, le modulateur 3 peut être tiré jusqu'en surface en haut du trou de forage à l'aide du câble de forage et peut être sorti du trou de forage sans grand risque de dommages.

Le dispositif de modulateur comprend en outre un mécanisme de sécurité pour protéger contre des surpressions s'exerçant sur la membrane 5 de valve. Lors du fonctionnement normal du dispositif, la différence de pression d'une à l'autre de la membrane 5 de valve est conçue pour être de 27,4 à 48,25 kPa (4 à 7 psi). La pression est équilibrée par l'étanchéité créée par la membrane 5 de valve contre la surface intérieure du trou de forage 2 en permettant un certain écoulement minime de fluide autour de la membrane 5 de valve jusque dans la partie aval du trou de forage. Cependant, si, pour une raison quelconque, la pression du fluide dans la partie amont dans le trou de forage venait à augmenter, une différence de pression notable pourrait s'accumuler d'une face à l'autre de la membrane et endommager la valve 4, la membrane 5 de valve, voire l'outil lui-même. Un mécanisme de sécurité qui se déclenche quand la pression exercée sur la membrane 5 de valve est trop grande est par conséquent prévu, comme on le décrira plus en détail en référence aux figures 12 et 13. La bague fixe 8 à laquelle est fixée l'extrémité aval des ressorts arqués 6 se présente sous la forme d'un manchon coaxial 81 assujetti au mandrin 3. L'extrémité amont du manchon est reçue dans un logement 82 monté sur une portion adjacente du mandrin 83 et coopère avec un mécanisme d'arrêt pour retenir en place le manchon dans le logement 82. Dans le présent exemple, le mécanisme d'arrêt comporte, sur le manchon, une gorge 84 dans laquelle est installé un ressort hélicoïdal oblique 85. Les ressorts hélicoïdaux obliques sont inhabituels en ce que la force de compression du ressort agit dans une direction autre que sur l'axe longitudinal du ressort. Dans le cas présent, on choisit un ressort hélicoïdal oblique 85 dans lequel la force de compression agit perpendiculairement à l'axe longitudinal circonférentiel du ressort, et le ressort hélicoïdal oblique 85 est enfilé autour du mandrin central 3. Ainsi, le ressort hélicoïdal oblique produit une force agissant contre la lèvre de la gorge 84 pour retenir le manchon en place à l'intérieur du logement 82. Des ressorts hélicoïdaux obliques sont préférables car ils sont métalliques et, par conséquent, aptes à supporter des conditions de fonctionnement rudes au cours d'une longue durée de vie dans le trou de forage. Dans d'autres formes de réalisation possibles, on pourrait, à la place, utiliser des rondelles élastiques en matières plastiques ou à base de caoutchouc.

Une plaque d'appui 86 est montée sur le mandrin 3 où elle est reçue dans le logement 82. La plaque d'appui 86 agit sur l'extrémité de la portion adjacente 83 du mandrin afin de limiter le mouvement du mandrin 3 dans le logement 82. Cependant, le mandrin 3 est au moins partiellement reçu dans un trou de la coiffe d'extrémité du mandrin 83 de façon à permettre une connexion électrique à la partie voisine de l'outil. La plaque d'appui 87 agit également sur le ressort 88, lequel est immobilisé à son autre extrémité par l'épaulement 87. Si le mécanisme de sécurité se déclenche, le mandrin 3 s'écarte de la portion 83 de mandrin, comme représenté sur la figure 12, en comprimant le ressort 88, lequel produit de ce fait une force de rappel pour réarmer ultérieurement le mécanisme. Un collier 89, monté sur le mandrin 3, empêche le mandrin de tourner contre le logement 82 et empêche une torsion du ressort, et du câble de forage 80 qui passe à travers le mandrin 3 et la portion adjacente 83 du mandrin. Sur la figure 12, on peut voir le câble de forage 90 passant à travers le centre du mandrin 3 et de la portion adjacente 83 du mandrin. La portion du câble de forage 90 dans la portion adjacente 83 du mandrin passe à travers un joint torique 91 et a un certain jeu sur sa longueur, aussi le mouvement de la portion 3 de mandrin peut-il être absorbé. Si la pression exercée sur la membrane 5 de valve augmente brusquement, une force axiale agira sur la membrane 5 de valve et les ressorts arqués 6 auxquels elle est reliée, en les poussant vers l'aval.

Cela pousse également vers l'aval la bague 8 et le manchon 81 sur lequel sont montés les ressorts arqués. Comme on peut le voir d'après la figure 12, si le manchon 81 va vers l'aval, la lèvre de la gorge 84 est amenée à porter contre le ressort hélicoïdal oblique 85, ce qui provoque une compression des spires du ressort. Le ressort hélicoïdal oblique continuera à être comprimé jusqu'à ce que la lèvre surélevée de la gorge 84 puisse coulisser à travers l'intérieur du ressort. I1 en résulte que le manchon 81 et le mandrin 3 vont vers l'aval en agrandissant la séparation entre les points de connexion 7 et 8 pour les ressorts arqués 6 et en amenant les ressorts arqués 6 et la membrane 5 de valve à être tirés vers l'outil. L'intervalle agrandi entre la membrane 5 de valve et la surface intérieure du trou de forage permet à davantage de fluide de circuler extérieurement autour de la membrane et permet par conséquent une égalisation de la pression du fluide.

Pour réarmer le mécanisme, il suffit de manoeuvrer la tige d'actionnement 71 pour escamoter les bras des ressorts arqués 6. Cela déplace la bague 7 vers l'amont, si bien que les ressorts arqués sont tirés davantage vers l'intérieur du corps d'outil. A mesure que les ressorts arqués 6 sont tirés vers l'intérieur, ils tirent la membrane 5 de valve et le mandrin vers l'amont et contre le ressort hélicoïdal oblique 85 jusqu'à ce que le ressort 85 puisse revenir s'emboîter dans la gorge 84. La force de compression exercée par un ressort sphérique 88 facilite cette manoeuvre. A ce moment, on peut voir que les ressorts arqués ressortent vivement pour revenir vers le trou de forage car, pendant un instant, la séparation entre les points d'extrémités 7 et 8 est réduite. Une fois que le mécanisme de sécurité est réarmé, il est possible d'inverser une fois encore le sens de l'actionneur afin de déployer les ressorts arqués en vue d'une autre utilisation. L'action de la tige d'actionnement 71 consiste alors à pousser le logement 82 contre le collier 81 afin que les deux segments 3 et 83 de mandrin se déplacent de concert. La possibilité de réarmer le mécanisme de sécurité en puits, à l'aide du même mécanisme que celui nécessaire au fonctionnement des ressorts arqués, offre un grand avantage, car on peut continuer à tester le trou de forage sans avoir à extraire l'outil. Le mécanisme empêche aussi la membrane de valve de se déchirer si le diamètre du tubage est trop grand et si les bras se déploient trop. Dans d'autres exemples possibles de l'invention, le mécanisme de valve peut être mis en oeuvre différemment. Par exemple, la valve peut comporter une portion rotative de mandrin sur laquelle est disposée la portion tubulaire, plus étroite, du manchon de valve. Pour fermer la valve, on fait tourner la portion de mandrin afin que la circulation du fluide dans le manchon de valve soit interrompue par serrage, en grande partie à la manière d'un garrot. Selon une autre possibilité, la valve pourrait être réalisée sous la forme d'un bouchon obturateur se logeant dans une extrémité renforcée de la portion tubulaire plus étroite afin d'arrêter la circulation.

On a donc décrit un modulateur fiable utilisable dans des puits d'injection et à tubage. Le dispositif de modulateur décrit implique qu'il n'est pas nécessaire d'intégrer des modulateurs dans la structure du puits, de la tête de puits ou de la conduite reliée au puits, et rend inutile une pompe ou une duse. En outre, comme toutes les pièces du mécanisme de modulation font partie de l'outil, son fonctionnement ne dépend pas de la proximité de l'outil par rapport à une surface inconnue. En particulier, la paroi du tubage ne fait pas partie du mécanisme de modulation lui-même. Evidemment, l'aspect étanchéité requiert une coopération avec une telle surface, mais, une fois que l'étanchéité est créée, la modulation est exclusivement effectuée par la valve et le manchon de valve.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif à utiliser en puits dans un puits rempli de fluide, le dispositif comprenant : un corps longitudinal d'outil ; une pluralité de bras déployables (6) montés sur le corps d'outil pour s'ouvrir et se fermer dans le puits rempli de fluide ; un manchon souple (5) de valve fixé à la pluralité de bras déployables (6) et mobile entre une position de repos et une position active sous l'effet du mouvement des bras déployables (6), dans lequel, dans la position active, le manchon (5) de valve est conçu pour recevoir un flux de fluide provenant du puits et la pression de fluide dans le manchon (5) de valve amène au moins une partie du manchon (5) de valve à créer une étanchéité contre une paroi du puits.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de bras déployables (6) comporte une pluralité d'éléments élastiques montés sur le corps d'outil entre des supports espacés longitudinalement, au moins un des supports espacés longitudinalement étant mobile longitudinalement sur le chapelet d'outils ; et le dispositif comprend : un actionneur pour pousser au moins un des supports espacés longitudinalement vers les autres afin d'amener les éléments élastiques à se déplacer vers l'extérieur et à venir au contact de la paroi du puits.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la pluralité d'éléments élastiques est composée de ressorts arqués.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manchon (5) de valve a au moins une première partie conique, une première extrémité de la partie conique du manchon (5) ayant un premier diamètre et une seconde extrémité de la partie conique ayant un second diamètre, le premier diamètre étant plus grand que le second diamètre, et plus grand que le diamètre intérieur prévu du puits, et dans lequel la première partie conique est fixée aux bras déployables (6), de façon que, en service, la partie dumanchon (5) de valve qui crée une étanchéité contre la paroi du puits soit entre les premier et second diamètres.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manchon (5) de valve est en matière non poreuse.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manchon (5) de valve est en matière renforcée.
7. 7. Dispositif selon la revendication 4, comprenant une pluralité de ressorts (61) à force constante, chaque ressort étant monté de manière à pouvoir coulisser à une première extrémité du corps d'outil et étant fixé, en l'autre extrémité, au pourtour de la première partie conique du manchon (5) de valve ayant le premier diamètre, dans lequel les ressorts (61) à force constante montés de manière à pouvoir coulisser sont montés d'une manière concentrique de telle sorte que, en coulissant dans un premier sens, ils poussent le pourtour vers l'extérieur par rapport au corps d'outil et que, en coulissant dans l'autre sens, ils tirent le pourtour vers l'intérieur en direction du corps d'outil.
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, comprenant des rebords montés sur les bras déployables (6) pour agir sur l'extérieur du manchon (5) de valve quand les ressorts (61) à force constante coulissent pour tirer le pourtour vers le corps d'outil et aident le manchon (5) de valve à se plier autour du corps d'outil.
9. 9. Dispositif selon la revendication 7, comprenant des moyens de liaison libérables pour relier la membrane (5) de valve aux bras déployables (6).
10. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de liaison libérables sont reliés aux ressorts (61) à force constante quelque part entre les extrémités des ressorts (61) à force constante.