FR3021992B1 - METHOD AND SYSTEM FOR OPERATING AND MONITORING A FLUID EXTRACTION OR STORAGE WELL - Google Patents
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Abstract
Le système d'exploitation et de surveillance d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter, tel que du gaz naturel, comprend une colonne de production (20) dans laquelle circule le fluide à exploiter, un cuvelage de protection (60) disposé autour de la colonne de production (20) et une gaine de ciment (30) interposée entre le cuvelage (60) et une formation rocheuse (70) au travers de laquelle s'étend le puits. Le système comprend en outre, à l'extérieur du cuvelage (60), entre celui-ci et la gaine de ciment (30), une série d'unités électroniques (110) réparties dans des positions prédéterminées dans une succession de plans perpendiculaires au cuvelage (60) et espacés axialement le long du cuvelage (60). Chaque unité électronique (110) comprend un moyen (14) de communication de l'unité électronique avec une autre unité électronique (110) ou un terminal de surface (100), une unité (13) d'alimentation énergétique de l'unité électronique (110) et au moins l'un des éléments suivants : a) une unité de détection comprenant au moins un capteur (11) de grandeur physique et b) une unité (12) de traitement des signaux.The system for operating and monitoring a well for extracting or storing a fluid to be exploited, such as natural gas, comprises a production column (20) in which circulates the fluid to be exploited, a casing of protection (60) disposed around the production column (20) and a cement sheath (30) interposed between the casing (60) and a rock formation (70) through which the well extends. The system further comprises, outside the casing (60), between the latter and the cement sheath (30), a series of electronic units (110) distributed in predetermined positions in a succession of planes perpendicular to the casing (60) and spaced axially along the casing (60). Each electronic unit (110) comprises means (14) for communicating the electronic unit with another electronic unit (110) or a surface terminal (100), an energy supply unit (13) of the electronic unit. (110) and at least one of the following: a) a detection unit comprising at least one physical magnitude sensor (11) and b) a signal processing unit (12).
Description
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente invention concerne un système d'exploitation et de surveillance d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter, tel que du gaz naturel, comprenant une colonne de production dans laquelle circule le fluide à exploiter, un cuvelage de protection disposé autour de la colonne de production et une gaine de ciment interposée entre le cuvelage et une formation rocheuse au travers de laquelle s'étend le puits. L'invention concerne également un procédé d'exploitation et de surveillance d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter, cette surveillance incluant le suivi du placement et de l'intégrité de la barrière de protection de ciment.The present invention relates to a system for operating and monitoring a well for extracting or storing a fluid to be used, such as natural gas, comprising a production column in which circulates the fluid to be operated, a casing protector disposed around the production column and a cement sheath interposed between the casing and a rock formation through which the well extends. The invention also relates to a method for operating and monitoring a well for extracting or storing a fluid to be used, this monitoring including monitoring the placement and the integrity of the cement protection barrier.
Art antérieur L'intégrité d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide tel qu'un hydrocarbure ou du gaz naturel peut être affectée par la présence de vides lors du remplissage par du ciment de l'espace annulaire situé entre le cuvelage du puits d'extraction et la roche environnante, ou encore par le vieillissement du ciment. Or ces deux facteurs entraînent des arrêts de production inopinés qui sont par nature imprévisibles si l'on n'assure pas une surveillance régulière de l'intégrité de cette gaine de ciment.PRIOR ART The integrity of a well for extracting or storing a fluid such as a hydrocarbon or natural gas may be affected by the presence of voids when filling with cement the annular space between the casing of the extraction pit and the surrounding rock, or by the aging of the cement. These two factors lead to unexpected production shutdowns that are inherently unpredictable if regular monitoring of the integrity of this cement cladding is not carried out.
Il est donc souhaitable de pouvoir contrôler de façon sûre et efficace l'intégrité de la gaine de ciment afin de pouvoir prévoir les arrêts de production et agir en conséquence pour minimiser les pertes de production liées à l'arrêt de l'exploitation.It is therefore desirable to be able to control in a safe and effective way the integrity of the cement sheath in order to be able to predict the stops of production and to act accordingly to minimize the production losses related to the stop of the exploitation.
Il existe des sondes et de procédés de sondage par diagraphie qui permettent un diagnostic ponctuel du puits. On constate ainsi l'état (fissuration ou défaut) du ciment et on peut repérer une cimentation de mauvaise qualité (remplissage de l'espace annulaire incomplet). Un inconvénient majeur de cette méthode est qu'elle est intrusive et nécessite l'arrêt de production car la sonde doit être introduite à l'intérieur du cuvelage ce qui nécessite le retrait de la colonne de production.There are sounding probes and logging methods that allow for spot diagnosis of the well. This shows the state (cracking or defect) of the cement and we can spot a cementation of poor quality (incomplete filling of the annular space). A major disadvantage of this method is that it is intrusive and requires the production stop because the probe must be introduced inside the casing which requires the withdrawal of the production column.
On connaît également des mesures indirectes de détection de fuite telles qu'une analyse des fluides ou une analyse de pression extérieure au puits par exemple. Toutes ces méthodes indirectes permettent de confirmer un problème, mais pas de l'anticiper.Indirect leak detection measures such as fluid analysis or well outside pressure analysis, for example, are also known. All these indirect methods make it possible to confirm a problem, but not to anticipate it.
Ainsi, la diagraphie et les mesures indirectes ne permettent pas de faire un suivi du ciment sur le long terme ni un contrôle de la cimentation et donc de disposer d'un procédé pour anticiper les arrêts de production.Thus, logging and indirect measurements do not make it possible to monitor the cement in the long term or to control the cementation and thus to have a process to anticipate the stops of production.
On a également déjà proposé de disperser des capteurs dans la gaine de ciment interposée entre le cuvelage d'un puits d'extraction ou de stockage de fluide et la formation rocheuse au travers de laquelle s'étend le puits, afin de contrôler l'intégrité de la gaine de ciment et surveiller son vieillissement. Toutefois, cette façon de faire ne permet pas de garantir que la répartition des capteurs s'effectue de façon homogène au sein de la gaine de ciment. Par ailleurs, la taille nanométrique des capteurs noyés requise pour l'incorporation des capteurs dans le ciment ne permet pas une alimentation énergétique et une communication entre les capteurs autonomes et non filaires requises pour leur fonctionnement. Définition et objet de l'inventionIt has also been proposed to disperse sensors in the cement sheath interposed between the casing of a fluid extraction or storage well and the rock formation through which the well extends, in order to control the integrity. the cement sheath and monitor its aging. However, this way of doing things does not make it possible to guarantee that the distribution of the sensors takes place homogeneously within the cement sheath. Furthermore, the nanoscale size of the embedded sensors required for the incorporation of the sensors in the cement does not allow an energy supply and a communication between the autonomous and non-wired sensors required for their operation. Definition and object of the invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités et à permettre de pouvoir contrôler de façon sûre et efficace le juste placement et l'intégrité de la gaine de ciment située entre un cuvelage et une formation rocheuse, afin de pouvoir prévoir les arrêts de production du puits d'extraction ou de stockage de fluide et agir en conséquence pour minimiser les pertes de production liées à l'arrêt de l'exploitation.The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks and to allow to safely and effectively control the fair placement and integrity of the cement sheath located between a casing and a rock formation, in order to be able to predict production shutdowns. extraction or fluid storage well and act accordingly to minimize production losses related to the shutdown of the operation.
Ces buts sont atteints conformément à l'invention grâce à un système d'exploitation et de surveillance d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter tel qu'un hydrocarbure, de l'eau géothermique, du dioxyde de carbone ou du gaz naturel, comprenant une colonne de production dans laquelle circule ledit fluide à exploiter, un cuvelage de protection disposé autour de la colonne de production via un fluide annulaire et une gaine de ciment interposée entre le cuvelage et une formation rocheuse au travers de laquelle s'étend le puits, caractérisé en ce qu'il comprend à l'extérieur du cuvelage, entre celui-ci et la gaine de ciment, une série d'unités électroniques réparties dans des positions prédéterminées dans une succession de plans perpendiculaires au cuvelage et espacés axialement le long du cuvelage, chaque unité électronique comprenant un moyen de communication de l'unité électronique avec une autre unité électronique ou un terminal de surface, une unité d'alimentation énergétique de l'unité électronique et au moins l'un des éléments suivants : a) une unité de détection comprenant au moins un capteur de grandeur physique, et b) une unité de traitement des signaux.These objects are achieved according to the invention by means of a system for operating and monitoring a well for extracting or storing a fluid to be exploited such as a hydrocarbon, geothermal water, carbon or natural gas, comprising a production column in which circulates said fluid to be operated, a protective casing disposed around the production column via an annular fluid and a cement sheath interposed between the casing and a rock formation through which extends the well, characterized in that it comprises outside the casing, between the latter and the cement sheath, a series of electronic units distributed in predetermined positions in a succession of planes perpendicular to the casing and spaced axially along the casing, each electronic unit comprising a communication means of the electronic unit with another electronic unit or a surf terminal. this, an energy supply unit of the electronic unit and at least one of the following: a) a detection unit comprising at least one physical magnitude sensor, and b) a signal processing unit.
Chaque unité de détection peut comprendre un capteur correspondant à la mesure d'un seul type de grandeur physique.Each detection unit may comprise a sensor corresponding to the measurement of a single type of physical quantity.
Toutefois, selon une variante de réalisation, chaque unité de détection comprend un ensemble de plusieurs capteurs correspondant à la mesure de plusieurs grandeurs physiques différentes.However, according to an alternative embodiment, each detection unit comprises a set of several sensors corresponding to the measurement of several different physical quantities.
Selon les applications envisagées, entre une et huit unités électroniques sont réparties autour du cuvelage dans un même plan perpendiculaire audit cuvelage.Depending on the applications envisaged, between one and eight electronic units are distributed around the casing in the same plane perpendicular to said casing.
Selon un mode de réalisation particulier, le moyen de communication comprend des moyens de communication sans fil, telles que des ondes radio, des ondes électromagnétiques, des ondes acoustiques ou des courants de surface.According to a particular embodiment, the communication means comprises wireless communication means, such as radio waves, electromagnetic waves, acoustic waves or surface currents.
Selon un autre mode de réalisation, le moyen de communication comprend des moyens de communication filaire.According to another embodiment, the communication means comprises wired communication means.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins une unité électronique est agencée en unité de relais dans laquelle les moyens de communication comprennent des moyens de réception des signaux émis par des unités électroniques environnantes et des moyens d'émission des signaux reçus des unités électroniques environnantes et amplifiés par une unité de traitement des signaux.According to a particular embodiment, at least one electronic unit is arranged in a relay unit in which the communication means comprise means for receiving signals emitted by surrounding electronic units and means for transmitting the signals received from the surrounding electronic units. and amplified by a signal processing unit.
Les unités électroniques peuvent être fixées directement sur le cuvelage, par une liaison mécanique telle que le collage, le brasage ou le soudage.The electronic units can be fixed directly on the casing, by a mechanical connection such as gluing, brazing or welding.
Selon un mode de réalisation particulier, les unités électroniques sont mises en contact direct avec le cuvelage, les unités électroniques et le cuvelage étant ensuite recouverts par une couche protectrice de polymère destinée à protéger les unités électroniques et le cuvelage et à assurer le maintien des unités électroniques sur le cuvelage.According to a particular embodiment, the electronic units are brought into direct contact with the casing, the electronic units and the casing being then covered by a protective layer of polymer intended to protect the electronic units and the casing and to ensure the maintenance of the units. electronics on the casing.
Selon un autre mode de réalisation, les unités électroniques sont disposées sur une bande continue collée sur une génératrice du cuvelage et en contact avec la gaine de ciment. L'invention permet de disposer des capteurs à des emplacements très précis le long du cuvelage.According to another embodiment, the electronic units are arranged on a continuous strip bonded to a generatrix of the casing and in contact with the cement sheath. The invention makes it possible to have the sensors at very precise locations along the casing.
Selon un mode de réalisation, une première série d'unités électroniques d'un premier type est disposée selon des plans perpendiculaires au cuvelage espacés axialement selon une première maille large, tandis qu'une deuxième série d'unités électroniques d'un deuxième type est disposée selon des plans perpendiculaires au cuvelage espacés axialement selon une deuxième maille plus étroite. A titre d'exemple, les unités électroniques comprenant au moins une unité de détection sont disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage espacés axialement entre eux de 10 cm à 10 m.According to one embodiment, a first series of electronic units of a first type is arranged in planes perpendicular to the casing spaced axially in a first wide mesh, while a second series of electronic units of a second type is arranged in planes perpendicular to the casing spaced axially in a second narrower mesh. For example, the electronic units comprising at least one detection unit are arranged in planes perpendicular to the casing axially spaced between them from 10 cm to 10 m.
Les unités électroniques ne comprenant pas au moins une unité de détection peuvent être disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage espacés axialement entre eux de 5 à 100 m. L'invention concerne en particulier un système dans lequel les unités de détection comprennent au moins un capteur choisi parmi des capteurs de température, de pression, de contrainte, d'intégrité, tels que des capteurs de densité ou de présence de matière, ou d'environnement chimique, tel que la présence d'eau ou de soufre.Electronic units not comprising at least one detection unit may be arranged in planes perpendicular to the casing axially spaced between them from 5 to 100 m. The invention particularly relates to a system in which the detection units comprise at least one sensor selected from temperature, pressure, stress, integrity sensors, such as density or material presence sensors, or chemical environment, such as the presence of water or sulfur.
Selon un mode particulier de réalisation, les unités électroniques ont une épaisseur comprise entre 1 et 20mm. L'unité d'alimentation énergétique des unités électroniques comprend des moyens de stockage d'énergie électrique, tels qu'une batterie ou une super-capacité. L'unité d'alimentation énergétique des unités électroniques peut également comprendre des moyens de collecte d'énergie, tels que la transmission électromagnétique le long du cuvelage ou la récolte d'énergie mécanique ou thermique, au moyen de transducteurs magnéto-inductifs, piézoélectriques ou Seebeck. L'invention concerne également un procédé de fabrication du cuvelage d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : • Fournir un ensemble d'éléments de cuvelage ; • Fixer sur chaque élément de cuvelage avant leur insertion dans le puits d'extraction une série d'unités électroniques réparties dans des positions prédéterminées dans une succession de plans perpendiculaires au cuvelage et espacés axialement le long du cuvelage, chaque unité électronique comprenant un moyen de communication de l'unité électronique avec une autre unité électronique ou un terminal de surface, une unité d'alimentation énergétique de l'unité électronique et au moins l'un des éléments suivants : a) une unité de détection comprenant au moins un capteur de grandeur physique et b) une unité de traitement des signaux ; et • Fixer bout à bout les éléments de cuvelage pour former le cuvelage.According to a particular embodiment, the electronic units have a thickness of between 1 and 20 mm. The energy supply unit of the electronic units comprises means for storing electrical energy, such as a battery or a super-capacitor. The energy supply unit of the electronic units may also comprise energy collection means, such as electromagnetic transmission along the casing or the collection of mechanical or thermal energy, by means of magneto-inductive, piezoelectric or magnetic transducers. Seebeck. The invention also relates to a method for manufacturing the casing of a well for extracting or storing a fluid to be used, characterized in that it comprises the steps of: • Providing a set of casing elements; • Fix on each casing element before insertion into the extraction well a series of electronic units distributed in predetermined positions in a succession of planes perpendicular to the casing and spaced axially along the casing, each electronic unit comprising a means of communicating the electronic unit with another electronic unit or a surface terminal, an energy supply unit of the electronic unit and at least one of the following elements: a) a detection unit comprising at least one detection sensor; physical quantity and b) a signal processing unit; and • Attach the casing elements end to end to form the casing.
Selon ce procédé de fabrication du cuvelage d'un puits d'extraction, l'étape de fixation des unités électroniques sur le cuvelage est effectuée sur une génératrice de l'élément de cuvelage par collage, brasage ou soudage et les unités électroniques sont recouvertes par une couche protectrice en polymère. L'invention concerne également un procédé d'exploitation et de surveillance d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter, tel qu'un hydrocarbure, de l'eau géothermique, du dioxyde de carbone ou du gaz naturel, comprenant les étapes consistant à réaliser un forage dans une formation géologique, disposer dans le forage un cuvelage de protection et interposer une gaine de ciment entre le cuvelage et la formation géologique, caractérisé en ce que le cuvelage est réalisé selon le procédé de fabrication défini ci-dessus.According to this method of manufacturing the casing of an extraction well, the step of fixing the electronic units on the casing is performed on a generatrix of the casing element by gluing, soldering or welding and the electronic units are covered by a protective layer of polymer. The invention also relates to a method for operating and monitoring a well for extracting or storing a fluid to be exploited, such as a hydrocarbon, geothermal water, carbon dioxide or natural gas , comprising the steps of drilling in a geological formation, disposing in the bore a protective casing and interposing a cement sheath between the casing and the geological formation, characterized in that the casing is made according to the defined manufacturing process above.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un puits équipé d'un système d'exploitation et de surveillance selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ; et - la figure 3 est un schéma-bloc illustrant les composants essentiels d'un exemple d'unité électronique pouvant être mise en œuvre dans le système d'exploitation et de surveillance selon l'invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the invention will emerge from the following description of the particular embodiments given as examples, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic sectional view; vertical of a well equipped with an operating and monitoring system according to the invention; - Figure 2 is a sectional view along the line II-II of Figure 1; and FIG. 3 is a block diagram illustrating the essential components of an example of an electronic unit that can be implemented in the operating and monitoring system according to the invention.
Description détaillée de modes de réalisation préférentielsDetailed description of preferred embodiments
La figure 1 montre un exemple de puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter tel qu'un hydrocarbure, de l'eau géothermique, du dioxyde de carbone ou du gaz naturel, auquel l'invention est applicable. Sur la figure 1, on a représenté un puits vertical, mais l'invention est également applicable à un puits incliné par rapport à la verticale.FIG. 1 shows an example of a well for extracting or storing a fluid to be exploited, such as a hydrocarbon, geothermal water, carbon dioxide or natural gas, to which the invention is applicable. In Figure 1, there is shown a vertical shaft, but the invention is also applicable to a well inclined relative to the vertical.
On voit sur la figure 1 une colonne de production 20 dans laquelle circule le fluide à exploiter, un cuvelage de protection 60 disposé autour de la colonne de production 20 via un fluide annulaire 25 et une gaine 30 de ciment interposée entre le cuvelage 60 et une formation rocheuse 70 au travers de laquelle s'étend le puits. A l'extérieur du cuvelage 60, entre celui-ci et la gaine de ciment 30, une série d'unités électroniques 110 sont réparties dans des positions prédéterminées dans une succession de plans perpendiculaires au cuvelage 60 et espacés axialement le long du cuvelage 60.FIG. 1 shows a production column 20 in which the fluid to be used circulates, a protective casing 60 arranged around the production column 20 via an annular fluid 25 and a cement sheath 30 interposed between the casing 60 and a casing 30. rock formation 70 through which the well extends. Outside the casing 60, between the latter and the cement sheath 30, a series of electronic units 110 are distributed in predetermined positions in a succession of planes perpendicular to the casing 60 and spaced axially along the casing 60.
Comme illustré schématiquement sur la figure 3, chaque unité électronique 110 comprend au moins un moyen 14 de communication de l'unité électronique 110 avec une autre unité électronique ou avec un terminal de surface 100 et une unité 13 d'alimentation énergétique de l'unité électronique et au moins l'un des éléments suivants : a) une unité de détection comprenant au moins un capteur 11 de grandeur physique, et b) une unité de traitement des signaux 12.As illustrated schematically in FIG. 3, each electronic unit 110 comprises at least one means 14 for communicating the electronic unit 110 with another electronic unit or with a surface terminal 100 and an energy supply unit 13 of the unit. and at least one of the following: a) a detection unit comprising at least one physical magnitude sensor 11, and b) a signal processing unit 12.
Une unité électronique 110 comprenant uniquement une unité de détection conforme au point a) est ainsi une unité autonome agencée pour relever au moins une grandeur physique et transmettre ce relevé soit à une autre unité électronique 110 qui servira de relais pour ce relevé soit à un terminal de surface 100 qui assurera la collecte et l'analyse des données relevées.An electronic unit 110 comprising only a detection unit conforming to point a) is thus an autonomous unit arranged to record at least one physical quantity and transmit this statement either to another electronic unit 110 which will serve as a relay for this reading or to a terminal 100 which will collect and analyze the data.
Une unité électronique comprenant uniquement une unité de traitement 12 conforme au point b) est ainsi un relais agencé pour recevoir des données d'autres unités électroniques 110, notamment des capteurs de grandeur physique, et les transmettre soit à une autre unité électronique 110 qui servira également de relais, soit au terminal de surface 100. L'unité 12 de traitement des signaux permet un filtrage et une transformation des signaux reçus afin de préserver la qualité du signal transmis. Une telle unité électronique 110 comprend également des moyens de réception des signaux, telle qu'une antenne adaptée aux signaux. Pour plus de clarté, l'unité électronique 110 permettant le relais des signaux sera désignée par unité de relais.An electronic unit comprising only a processing unit 12 according to item b) is thus a relay arranged to receive data from other electronic units 110, in particular physical quantity sensors, and transmit them either to another electronic unit 110 which will serve also relay to the surface terminal 100. The signal processing unit 12 allows filtering and transformation of the received signals to preserve the quality of the transmitted signal. Such an electronic unit 110 also comprises means for receiving the signals, such as an antenna adapted to the signals. For the sake of clarity, the electronic unit 110 for relaying the signals will be designated per relay unit.
Les unités électroniques 110 peuvent être agencées pour comprendre une unité de détection avec capteur 11 et une unité 12 de traitement des signaux afin de cumuler les fonctions de relais et de mesure des grandeurs physiques, comme illustré sur la figure 3.The electronic units 110 may be arranged to comprise a detection unit with a sensor 11 and a signal processing unit 12 to accumulate the relay and measurement functions of the physical quantities, as illustrated in FIG.
Chaque unité de détection peut comprendre soit un capteur 11 correspondant à un seul type de grandeur physique, soit un ensemble de plusieurs capteurs 11 de grandeurs physiques différentes.Each detection unit may comprise either a sensor 11 corresponding to a single type of physical quantity, or a set of several sensors 11 of different physical quantities.
On a représenté sur la figure 2 un ensemble comprenant une seule unité électronique 110 située dans un même plan horizontal perpendiculaire au cuvelage vertical 60, mais ce nombre peut être différent. Ainsi, d'une manière générale, entre une et huit unités électroniques 110 peuvent être réparties autour du cuvelage 60 dans un même plan perpendiculaire au cuvelage 60.There is shown in Figure 2 an assembly comprising a single electronic unit 110 located in the same horizontal plane perpendicular to the vertical casing 60, but this number may be different. Thus, in general, between one and eight electronic units 110 may be distributed around the casing 60 in the same plane perpendicular to the casing 60.
Le moyen de communication 14 associé aux unités électroniques 110 peut comprendre des moyens de communication sans fil, telles que des ondes radio, des ondes acoustiques, des ondes électromagnétiques ou des courants de surface ou, selon un autre mode de réalisation, peut comprendre des moyens de communication filaire.The communication means 14 associated with the electronic units 110 may comprise wireless communication means, such as radio waves, acoustic waves, electromagnetic waves or surface currents or, according to another embodiment, may comprise means wired communication.
Les unités électroniques 110 peuvent être fixées directement sur le cuvelage 60 ou être disposées sur une bande continue 61 collée sur une génératrice du cuvelage 60 et en contact avec la gaine de ciment 30. Selon un mode de réalisation particulier, les capteurs sont fixés sur une ceinture métallique qui est ensuite fermée et serrée autour du cuvelage 60.The electronic units 110 may be fixed directly on the casing 60 or may be arranged on a continuous band 61 bonded to a generatrix of the casing 60 and in contact with the cement sheath 30. According to one particular embodiment, the sensors are fixed on a metal belt which is then closed and tightened around the casing 60.
Les unités électroniques 110 peuvent comprendre des moyens de transmission 12 adaptés pour transmettre des signaux de mesure de proche en proche vers une base 100 située à la surface du sol.The electronic units 110 may include transmission means 12 adapted to transmit measurement signals step by step to a base 100 located on the surface of the ground.
Les unités électroniques 110 peuvent être fixées par collage sur le cuvelage 60 ou un support souple entourant le cuvelage 60.The electronic units 110 may be fixed by gluing on the casing 60 or a flexible support surrounding the casing 60.
Dans le cas où le cuvelage 60 est en acier, les unités électroniques 110 peuvent également être fixées par brasage ou soudage sur le cuvelage 60.In the case where the casing 60 is made of steel, the electronic units 110 can also be fixed by brazing or welding on the casing 60.
Selon un mode de réalisation préféré, les unités électroniques 110 sont mises en contact direct avec le cuvelage 60, les unités électroniques 110 et le cuvelage 60 étant ensuite recouverts par une couche protectrice en polymère 61 destinée à protéger les unités électroniques et le cuvelage lors du cintrage et du conditionnement du cuvelage et lors des manipulations avant et pendant la pose du cuvelage et aussi à assurer le maintien des unités électroniques 110 sur le cuvelage 60.According to a preferred embodiment, the electronic units 110 are brought into direct contact with the casing 60, the electronic units 110 and the casing 60 then being covered by a protective polymer layer 61 intended to protect the electronic units and the casing during the bending and conditioning of the casing and during handling before and during the installation of the casing and also to maintain the electronic units 110 on the casing 60.
Les unités électroniques 110 comprennent typiquement des microcomposants pour réduire la taille de l'unité électronique. Ainsi, les unités électroniques 110 ont une épaisseur typique comprise entre 1 et 20 mm. Les unités électroniques 110 peuvent ainsi être recouvertes par la couche protectrice en polymère 61.Electronic units 110 typically include microcomponents to reduce the size of the electronic unit. Thus, the electronic units 110 have a typical thickness of between 1 and 20 mm. The electronic units 110 can thus be covered by the protective polymer layer 61.
Toutefois, l'intégration de certains composants, comme une batterie par exemple, peut conduire à des unités électroniques 110 plus épaisses, par exemple avec une épaisseur allant jusqu'à 50mm. Dans ce cas, le cuvelage 60 comprendra des logements de taille et de profondeur correspondant aux unités électroniques 110 afin que ces dernières soient noyées dans le cuvelage avant l'application de la couche protectrice en polymère 61.However, the integration of certain components, such as a battery for example, can lead to electronic units 110 thicker, for example with a thickness of up to 50mm. In this case, the casing 60 will comprise housings of size and depth corresponding to the electronic units 110 so that the latter are embedded in the casing before the application of the protective polymer layer 61.
Selon une configuration avantageuse, mais non exclusive, une première série d'unités électroniques 110 comprenant chacune un élément de détection 11 d'un premier type de grandeur physique sont disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement selon une première maille large de longueur Ll et sont référencées sur la figure 1 comme étant les unités 111, 112, 115, 116 et 118.According to an advantageous configuration, but not exclusive, a first series of electronic units 110 each comprising a detection element 11 of a first type of physical quantity are arranged in planes perpendicular to the casing 60 spaced axially in a first mesh wide in length Ll and are referenced in FIG. 1 as units 111, 112, 115, 116 and 118.
Dans ce cas, une deuxième série d'unités électroniques 110 comprenant chacune un élément de détection 11 d'un deuxième type de grandeur physique sont disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement selon une deuxième maille plus étroite de longueur L2, sur au moins une partie de la hauteur du cuvelage 60 et sont référencées sur la figure 1 comme étant les unités 113, 114, situées au niveau de la formation 40 et les unités 116, 117, situées au niveau de la formation 50. On note que des unités telle que l'unité 116 peuvent être communes aux deux maillages et comportent alors des éléments 11 de détection à la fois des premier et deuxième types de grandeurs physiques.In this case, a second series of electronic units 110 each comprising a detection element 11 of a second type of physical quantity are arranged in planes perpendicular to the casing 60 axially spaced apart along a second narrower mesh of length L 2, on at at least part of the height of the casing 60 and are referenced in FIG. 1 as being the units 113, 114, situated at the level of the formation 40 and the units 116, 117, situated at the level of the formation 50. It is noted that Units such as unit 116 may be common to both meshes and then have elements 11 for detecting both the first and second types of physical quantities.
Les unités électroniques 110 peuvent être disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement entre eux par exemple de 10 cm à 100 m, mais d'autres plages de valeurs sont possibles en fonction des applications.The electronic units 110 may be arranged in planes perpendicular to the casing 60 spaced axially between them for example from 10 cm to 100 m, but other ranges of values are possible depending on the applications.
Avantageusement, les unités électroniques 110 comprenant au moins une unité de détection sont disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement entre eux de 10 cm à 10 m afin de créer un maillage de capteur apte à détecter les modifications dans la gaine de ciment 30. En outre, le maillage des capteurs 11 peut être modulé suivant les couches géologiques rencontrées. Ainsi, le maillage des capteurs de température ou de pression peut être adapté à la profondeur de forage, le maillage se densifiant avec la profondeur du forage.Advantageously, the electronic units 110 comprising at least one detection unit are arranged in planes perpendicular to the casing 60 spaced axially between them from 10 cm to 10 m in order to create a sensor mesh able to detect the modifications in the cement sheath 30 In addition, the mesh of the sensors 11 can be modulated according to the geological layers encountered. Thus, the mesh of the temperature or pressure sensors can be adapted to the drilling depth, the mesh densifying with the depth of drilling.
De manière similaire, les unités électroniques 110 ne comprenant pas au moins une unité de détection, notamment les unités de relais sont disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement entre eux de 5 à 100 m, c'est-à-dire suivant une maille plus large, mais suffisante pour permettre la communication entre les unités électroniques 110.Similarly, the electronic units 110 do not comprise at least one detection unit, in particular the relay units are arranged in planes perpendicular to the casing 60 axially spaced between them from 5 to 100 m, that is to say next a larger mesh, but sufficient to allow communication between the electronic units 110.
Plus généralement, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque capteur 11 est disposé selon un maillage propre, les unités de relais étant disposées pour que chaque capteur 11 puisse transmettre ses données vers le terminal de surface 100. Lorsque cela est possible, les capteurs et/ou relais sont regroupés en une unité électronique 110 afin de faciliter la mise en œuvre.More generally, according to a preferred embodiment of the invention, each sensor 11 is arranged in a proper mesh, the relay units being arranged so that each sensor 11 can transmit its data to the surface terminal 100. Where possible , the sensors and / or relays are grouped into an electronic unit 110 to facilitate implementation.
Les unités de détection comprennent au moins un capteur 11 choisi parmi des capteurs de grandeurs physiques : température, pression, contrainte, intégrité, tel que densité ou présence de matière afin de détecter des manques de ciment, environnement chimique, tel que présence d'eau ou de soufre, afin de détecter des infiltrations d'eau ou d'éléments pouvant affecter le cuvelage 60. A titre d'exemple, les unités électroniques 113, 114 et 116, 117 peuvent comprendre une première série d'unités de détection comprenant chacune un capteur de pression et les unités électroniques 111, 112, 115, 116 et 118 peuvent comprendre une deuxième série d'unités de détection comprenant chacune un capteur de température.The detection units comprise at least one sensor 11 chosen from sensors of physical magnitudes: temperature, pressure, stress, integrity, such as density or presence of material in order to detect shortages of cement, chemical environment, such as the presence of water or sulfur, to detect infiltrations of water or elements that may affect the casing 60. By way of example, the electronic units 113, 114 and 116, 117 may comprise a first series of detection units each comprising a pressure sensor and the electronic units 111, 112, 115, 116 and 118 may comprise a second series of detection units each comprising a temperature sensor.
Dans ce cas, les unités électroniques 113, 114 et 116, 117 de la première série peuvent être disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement entre eux d'une longueur L2 comprise entre 50 et 150 cm et les unités électroniques 111, 112, 115, 116 et 118 de la deuxième série peuvent être disposées dans des plans perpendiculaires au cuvelage 60 espacés axialement entre eux d'une longueur L1 comprise entre 5 et 15 m.In this case, the electronic units 113, 114 and 116, 117 of the first series may be arranged in planes perpendicular to the casing 60 spaced axially from each other by a length L2 between 50 and 150 cm and the electronic units 111, 112 , 115, 116 and 118 of the second series may be arranged in planes perpendicular to the casing 60 spaced axially between them with a length L1 of between 5 and 15 m.
Selon une caractéristique particulière, les unités de détection des unités électroniques 110 sont alimentées en énergie électrique par des moyens de collecte tels que la transmission électromagnétique le long du cuvelage 60. L'alimentation électrique peut également être réalisée par récolte d'énergie mécanique et thermique par exemple au moyen de transducteurs magnéto-inductifs, piézoélectriques ou à effet Seebeck.According to a particular characteristic, the detection units of the electronic units 110 are supplied with electrical energy by collecting means such as electromagnetic transmission along the casing 60. The power supply can also be achieved by harvesting mechanical and thermal energy. for example by means of magneto-inductive, piezoelectric or Seebeck effect transducers.
Selon un autre mode de réalisation, les unités électroniques 110 comprennent chacune une batterie autonome ou des condensateurs d'alimentation électrique qui constituent la source d'énergie 13. L'invention concerne également un procédé de fabrication du cuvelage 60 d'un puits d'extraction ou de stockage d'un fluide à exploiter, consistant à : • Fournir un ensemble d'éléments de cuvelage ; • Fixer sur chaque élément de cuvelage, avant leur insertion dans le puits d'extraction, une série d'unités électroniques 110 réparties dans des positions prédéterminées dans une succession de plans perpendiculaires au cuvelage 60 et espacés axialement le long du cuvelage 60, chaque unité électronique 110 comprenant un moyen 14 de communication de l'unité électronique 110 avec une autre unité électronique 110 ou un terminal de surface 100, une unité 13 d'alimentation énergétique de l'unité électronique 110 et au moins l'un des éléments suivants : a) une unité de détection comprenant au moins un capteur 11 de grandeur physique et b) une unité (12) de traitement des signaux ; et • Fixer bout à bout les éléments de cuvelage pour former le cuvelage.According to another embodiment, the electronic units 110 each comprise a self-contained battery or power supply capacitors which constitute the energy source 13. The invention also relates to a method of manufacturing the casing 60 of a well. extracting or storing a fluid to be operated, comprising: • providing a set of casing elements; • Fix on each casing element, before insertion into the extraction well, a series of electronic units 110 distributed in predetermined positions in a succession of planes perpendicular to the casing 60 and spaced axially along the casing 60, each unit electronics 110 comprising means 14 for communicating the electronic unit 110 with another electronic unit 110 or a surface terminal 100, an energy supply unit 13 of the electronic unit 110 and at least one of the following elements: a) a detection unit comprising at least one physical magnitude sensor 11 and b) a signal processing unit (12); and • Attach the casing elements end to end to form the casing.
Les éléments de cuvelage sont des tubes, généralement en acier de 10 m de longueur par exemple et qui sont produits en usine, le cuvelage complet étant donc obtenu par exemple par vissage bout à bout de ces différents éléments. Selon l'invention, ces éléments de cuvelage sont équipés en usine d'unités électroniques 110 telles que définies plus haut. Les éléments de cuvelage sont ensuite assemblés lors de la réalisation du puits d'extraction.The casing elements are tubes, generally made of steel of 10 m length for example and which are produced in the factory, the complete casing being thus obtained for example by butt-screwing these different elements. According to the invention, these casing elements are equipped at the factory with electronic units 110 as defined above. The casing elements are then assembled during the production of the extraction shaft.
Plus précisément, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les unités électroniques 110 sont disposées sur le cuvelage 60 par un collage temporaire. Puis le cuvelage 60 et les unités électroniques 110 sont recouvertes par une couche protectrice en polymère 61 qui fixe les unités électroniques 110 sur le cuvelage 60. Cette couche 61 est choisie pour permettre la mise en œuvre des capteurs 11 tout en permettant la fixation des unités électroniques 110 sur le cuvelage 60.More specifically, according to a preferred embodiment of the invention, the electronic units 110 are arranged on the casing 60 by a temporary bonding. Then the casing 60 and the electronic units 110 are covered by a protective polymer layer 61 which fixes the electronic units 110 on the casing 60. This layer 61 is chosen to allow the implementation of the sensors 11 while allowing the fixing of the units. 110 electronics on the casing 60.
Ce procédé comprend en outre les étapes consistant à installer à l'extérieur du cuvelage 60, entre celui-ci et la gaine de ciment 30, une série d'unités électroniques 110, comprenant des unités de détection et/ou des unités de relais, réparties dans des positions prédéterminées dans une succession de plans perpendiculaires au cuvelage 60 et espacés axialement le long du cuvelage 60. Chaque unité de détection comprend au moins un capteur 11 de grandeur physique, un moyen 14 de communication des signaux issus du capteur 11, une unité 13 d'alimentation énergétique et le cas échéant une unité 12 de traitement des signaux issus du capteur 11. Chaque unité de relais comprend un moyen 14 de transmission de signaux, une unité 13 d'alimentation énergétique et le cas échéant une unité 12 de traitement des signaux relayés. La figure 3 illustre une unité électronique 110 combinant les deux fonctions d'unité de détection et d'unité de relais.This method further comprises the steps of installing outside the casing 60, between the casing 60 and the cement sheath 30, a series of electronic units 110, comprising detection units and / or relay units, distributed in predetermined positions in a succession of planes perpendicular to the casing 60 and spaced axially along the casing 60. Each detection unit comprises at least one physical quantity sensor 11, a means 14 for communicating the signals from the sensor 11, a energy supply unit 13 and, if appropriate, a unit 12 for processing the signals from the sensor 11. Each relay unit comprises a means 14 for transmitting signals, an energy supply unit 13 and, if appropriate, a unit 12 for relayed signal processing. Figure 3 illustrates an electronic unit 110 combining the two functions of detection unit and relay unit.
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