FR3058451A1 - Dispositif et procede de surveillance optique de compose chimique en fond de puits, ensemble de fond de puits et outil de mesure en forant comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif et procede de surveillance optique de compose chimique en fond de puits, ensemble de fond de puits et outil de mesure en forant comportant un tel dispositif Download PDF

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Abstract

Un dispositif (30) de surveillance optique de composé chimique en fond de puits agencé pour s'intégrer dans un mandrin (20) d'un système de forage, afin de surveiller un composé chimique dans un fluide de forage (14B) circulant dans un puits (7, 8), comprenant : une partie de cellule d'analyse (31) comprenant une cavité ouverte (40, 140) dans laquelle le fluide de forage peut s'écouler librement ; une première sonde optique (41A, 141A) raccordée à une source lumineuse (157) et agencée pour transmettre une énergie lumineuse dans la cavité ouverte ; une seconde sonde optique (41 B, 141 B) raccordée à un détecteur (158) et agencée pour produire lors de son utilisation un signal résultant d'une interaction du fluide de forage présent dans la cavité ouverte avec ladite énergie lumineuse, indiquant l'éventuelle présence d'une quantité de composé chimique dans le fluide de forage ; chacune desdites sondes optiques est montée de manière étanche à travers une paroi (38A, 38B, 138A, 138B) de la partie de cellule d'analyse et possède une pointe, la pointe ayant la forme d'une aiguille et un diamètre extérieur inférieur à 1 mm ; et la première sonde optique et la seconde sonde optique sont agencées de sorte que les première et seconde pointes des sondes optiques respectives pénètrent dans la cavité ouverte et de sorte que la première pointe (45A) soit en face de la seconde pointe (45B) à une distance définie comprise entre 10 µm et 10 mm.

Description

© N° de publication : 3 058 451 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national : 17 60428 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © Int Cl8 : E 21 B 47/10 (2017.01), E 21 B 47/01, G 01 N 21/85
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
(© Date de dépôt : 07.11.17. (© Demandeur(s) : OPENFIELD Société anonyme — FR.
(30) Priorité : 08.11.16 EP EP16306471.0.
@ Inventeur(s) : DONZIER ERIC, ABBASSI LINDA et
TAVERNIER EMMANUEL.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 11.05.18 Bulletin 18/19.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Ce dernier n'a pas été
établi à la date de publication de la demande.
(© Références à d’autres documents nationaux ©) Titulaire(s) : OPENFIELD Société anonyme.
apparentés :
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : PROXIP.
DISPOSITIF ET PROCEDE DE SURVEILLANCE OPTIQUE DE COMPOSE CHIMIQUE EN FOND DE PUITS, ENSEMBLE DE FOND DE PUITS ET OUTIL DE MESURE EN FORANT COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF.
FR 3 058 451 - A1
Un dispositif (30) de surveillance optique de composé chimique en fond de puits agencé pour s'intégrer dans un mandrin (20) d'un système de forage, afin de surveiller un composé chimique dans un fluide de forage (14B) circulant dans un puits (7, 8), comprenant:
une partie de cellule d'analyse (31 ) comprenant une cavité ouverte (40, 140) dans laquelle le fluide de forage peut s'écouler librement;
une première sonde optique (41 A, 141 A) raccordée à une source lumineuse (157) et agencée pour transmettre une énergie lumineuse dans la cavité ouverte ; une seconde sonde optique (41 B, 141 B) raccordée à un détecteur (158) et agencée pour produire lors de son utilisation un signal résultant d'une interaction du fluide de forage présent dans la cavité ouverte avec ladite énergie lumineuse, indiquant l'éventuelle présence d'une quantité de composé chimique dans le fluide de forage;
chacune desdites sondes optiques est montée de manière étanche à travers une paroi (38A, 38B, 138A, 138B) de la partie de cellule d'analyse et possède une pointe, la pointe ayant la forme d'une aiguille et un diamètre extérieur inférieur à 1 mm; et la première sonde optique et la seconde sonde optique sont agencées de sorte que les première et seconde pointes des sondes optiques respectives pénètrent dans la cavité ouverte et de sorte que la première pointe (45A) soit en face de la seconde pointe (45B) à une distance définie comprise entre 10 pm et 10 mm.
l [0001] DOMAINE TECHNIQUE [0002] L’invention concerne un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits, un ensemble de fond de puits comprenant un tel dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits, et un outil de mesure en forant ou de diagraphie en forant comprenant un tel dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits. L’invention est particulièrement applicable à la détection précoce d’un composé chimique (par exemple le méthane, le dioxyde de carbone, le sulfure d’hydrogène) pendant des opérations de forage d’un puits d’hydrocarbures dans une formation terrestre îo comprenant des zones contenant des hydrocarbures. Le dispositif de surveillance de composé chimique en fond de puits, l’ensemble de fond de puits et l’outil de mesure en forant fonctionnent dans des conditions de pression et de température de fond de puits.
[0003] ETAT DE LA TECHNIQUE [0004] Le document US 6,176,323 décrit un système de forage permettant de forer des trous ou des puits de forage dans un gisement pétrolifère au moyen d'un train de tiges comportant un ensemble de forage qui est acheminé jusqu'au fond par un tube (habituellement une tige de forage ou un tubage enroulé). L'ensemble de forage comporte un ensemble de fond de puits (BHA) et un trépan. L'ensemble de fond de puits comprend, de préférence, des capteurs de mesure en forant couramment utilisés. Le train de tiges comprend également différents capteurs destinés à mesurer différentes propriétés du fluide de forage en fond de puits. Des capteurs permettent de mesurer la masse volumique, la viscosité, la vitesse d’écoulement, la limpidité, la compressibilité, la pression et la température du fluide de forage à un ou plusieurs emplacements en fond de puits. Des capteurs de détection chimique destinés à déceler la présence d’espèces chimiques telles que le méthane (CH4), le dioxyde de carbone (CO2), le sulfure d’hydrogène (H2S)... sont disposés dans l'ensemble de forage. Des capteurs permettant de mesurer la masse volumique, la viscosité, le pH, la teneur en solides, la limpidité, la compressibilité du fluide et un capteur spectroscopique sont également disposés dans l'ensemble de fond de puits. Les données fournies par ces capteurs sont traitées en fond de puits et/ou à la surface. Des actions correctives sont prises en surface sur la base des mesures effectuées en fond de puits, qui peuvent consister à modifier la composition du fluide de forage, à modifier le débit de pompage du fluide de forage ou à cesser les opérations afin de nettoyer le puits de forage. Le système de forage comprend un ou plusieurs modèles, qui peuvent être stockés en mémoire en fond de puits ou à la surface. Ces modèles sont utilisés par le processeur de fond de puits et l'ordinateur de surface pour déterminer des paramètres de fluide de forage nécessaires à ia poursuite du forage. Le système de forage est dynamique, en ce que les données de capteurs relatives au fluide en fond de puits sont utilisées pour mettre à jour des modèles et des algorithmes ίο pendant le forage du puits et en ce que les modèles mis à jour sont ensuite utilisés pour la poursuite des opérations de forage.
[0005] Un tel ensemble de fond de puits effectue des mesures optiques à l’aide d’une fenêtre optique.
[0006] L’ensemble de fond de puits fonctionne dans un environnement sévère, c’est-à-dire dans des conditions extrêmes notamment de haute pression allant de plusieurs centaines de bars jusqu’à 2000 bars, des températures élevées pouvant atteindre 200 °C, la présence de fluides corrosifs comme l’acide sulfurique, la présence et la contamination par des particules solides comme les calamines, les asphaltènes, les particules de sable, ainsi que des conditions d’écoulement muttiphasique (pétrole, gaz, eau), et fa boue. Il existe en outre les contraintes d’espace et de puissance associées au déploiement de l’ensemble de fond de puits. L’environnement se caractérise par ailleurs par les chocs importants associés aux opérations de forage.
[0007] Les inconvénients de la conception décrite dans le document
US 6,176,323 sont les suivants :
• Faible performance d’analyse de composition - La sélection de la longueur du trajet optique (distance du trajet de la lumière dans le fluide) est tributaire de la restriction d’écoulement de fluide qui peut être acceptée sans modifier le processus d’échantillonnage et/ou la représentativité de l’échantillon de fluide présent entre les deux fenêtres. Une distance entre les fenêtres inférieure à 1 mm est en pratique très difficile à mettre en œuvre et les longueurs typiques de trajets optiques pour les outils courants du commerce se situent entre 2 à 5 mm. Cette limitation a poussé les ingénieurs à favoriser l’analyse optique dans le spectre visible/infrarouge proche (à savoir des longueurs d’onde de 400 à 1500 nm) où les facteurs d’atténuation dans les fluides d’hydrocarbures sont relativement bas, en dépit du fait que les pics d’absorption sont liés à des harmoniques des modes de vibration des molécules à détecter et sont soumis à des agrandissements de pics et à des chevauchements rie différents composés. Ceci conduit à une interprétation complexe et à une robustesse et une performance relativement médiocres d’une telle analyse de composition.
• Contamination de ia cellule optique - La relativement grande surface de la îo fenêtre optique (plusieurs mm2) et surtout sa surface plate (rapport de courbure élevé supérieur à 1 mm) favorisent la formation de gouttelettes de fluides qui s’accrochent à la surface de la fenêtre et dégradent l’analyse.
• Matériel complexe et onéreux - L’ensemble de fenêtres de l’état de la technique s’appuie sur un disque ou tube en saphir brasé sur le logement métallique de la cellule de mesure, ce qui est nécessaire pour résister à des pressions et des températures élevées.
• Trajet optique - La longueur du trajet optique est fixe et ne peut être modifiée que lors de l’étape de fabrication de la cellule, entraînant une refonte complète de la cellule de mesure.
· Nettoyage - La configuration mécanique complexe de la ligne d’écoulement de la cellule et des fenêtres conduit à des volumes morts qui compliquent le nettoyage de la ligne d’écoulement de la cellule lors de la phase initiale d’échantillonnage. En pratique, les mesures sont perturbées par la contamination des fluides et très lentes à réagir.
[0008] RÉSUMÉ DE L’INVENTION [0009] Un objet de l’invention est de proposer un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits qui permette de s’affranchir d’une ou de plusieurs des limitations des procédés et/ou dispositifs connus.
[00010] Selon un aspect, il est prévu un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits agencé pour s’intégrer dans un mandrin d’un système de forage, afin de surveiller un composé chimique dans un fluide de forage circulant dans un puits, le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits comprenant :
une partie de cellule d’analyse comprenant une cavité ouverte dans laquelle le fluide de forage peut s’écouler librement ;
- une première sonde optique raccordée à une source lumineuse et agencée pour transmettre une énergie lumineuse dans la cavité ouverte ;
une seconde sonde optique raccordée à un détecteur et agencée pour produire lors de son utilisation un signal résultant d’une interaction du fluide de forage présent dans la cavité ouverte avec ladite énergie lumineuse, indiquant îo l’éventuelle présence d’une quantité de composé chimique dans le fluide de forage ;
chacune desdites sondes optiques est montée de manière étanche à travers une paroi de la partie de cellule d’analyse et possède une pointe, la pointe ayant la forme d’une aiguille et un diamètre extérieur inférieur à 1 mm ; et
- la première sonde optique et la seconde sonde optique sont agencées de sorte que les première et seconde pointes des sondes optiques respectives pénètrent dans la cavité ouverte et de sorte que la première pointe de la première sonde optique soit en face de la seconde pointe de la seconde sonde optique à une distance définie comprise entre 10 pm et 10 mm.
[00011] La partie de cellule d’analyse peut comprendre un premier trou et un second trou en face l’un de l’autre, une portion de la première et de la seconde sonde optique étant insérée dans la cavité ouverte à travers le premier trou et le second trou respectivement, au moins une sonde optique étant raccordée de manière étanche à l’un des trous, ledit joint et ledit trou étant adaptés de manière à pouvoir régler la position de ladite sonde optique par rapport à la paroi de la partie de cellule d’analyse afin de contrôler la distance définie entre les deux pointes.
[00012] Les sondes optiques peuvent être parallèles à un axe longitudinal YY’ de la partie de cellule d’analyse.
[00013] La sonde optique peut comprendre un élément optique sous la forme d’une fibre optique et d’une pointe en saphir ou matériau équivalent situé dans une portion centrale d’un corps allongé sous la forme d’un tube de protection, une portion d’extrémité dudit élément optique formant une extrémité en pointe adaptée pour être en contact lors de son utilisation avec le fluide de forage présent dans la cavité ouverte.
[00014] La sonde optique peut comprendre un élément optique sous la_ forme cTune pointe en saphir ou matériau équivalent situé dans une portion centrale d’un corps de support formant un logement de protection, une portion d’extrémité dudit élément optique formant une extrémité en pointe adaptée pour être en contact lors de son utilisation avec le fluide de forage présent dans la cavité ouverte.
[00015] La sonde optique peut comprendre une carte électronique raccordée à l’élément optique et intégrant un circuit de mesure et .un module de traitement afin io de fournir des mesures numériques sur un câble de sortie.
[00016] La cavité ouverte peut avoir la forme d’une tranchée comprenant une partie allongée orientée de manière sensiblement parallèle à l’axe longitudinal YY’.
[00017] La cavité ouverte peut avoir la forme d’une tranchée comprenant une partie allongée orientée de manière sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal YY’.
[00018] Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits peut comprendre une première partie et une seconde partie s'étendant respectivement longitudinalement selon l’axe longitudinal YY’ de chaque côté de la partie de cellule d’analyse, chaque partie formant un logement de protection, la première partie comprenant un circuit électronique d’émission optique comportant la source lumineuse et la seconde partie comprenant un circuit électronique de réception optique comportant le détecteur.
[00019] Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits peut comprendre au moins une partie de support agencée pour fixer de manière amovible la première partie et/ou la seconde partie dans un évidement correspondant du mandrin du système de forage.
[00020] La source lumineuse, respectivement le détecteur, peut transmettre, respectivement détecter, de l’énergie lumineuse sélectionnée parmi la lumière ultraviolette, la lumière visible, ou la lumière infrarouge proche.
[00021] Le détecteur est réglé pour détecter l’énergie lumineuse caractéristique du méthane (CH4), du dioxyde de carbone (CO2) ou du sulfure d’hydrogène (H2S).
[00022] La cavité ouverte peut présenter des dimensions intérieures entre 2 et mm.
[00023] La cavité ouverte peut être équipée d’un filtre anti-contamination comportant un fluide tampon remplissant la cavité ouverte. Le fluide tampon peut comporter de l’huile de perfluoropolyéther. Le filtre anti-contamination peut en outre comporter une grille au-dessus de la cavité ouverte.
[00024] Selon un autre aspect, il est prévu un ensemble de fond de puits d’un système de forage comprenant un mandrin doté d’un évidement situé sur une circonférence du mandrin, l’évidement étant agencé pour recevoir un dispositif de io surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon J’invention.
[00025] Selon encore un autre aspect, il est prévu un outil de mesure en forant ou de diagraphie en forant d’un système de forage comprenant un évidement situé sur une surface externe, l’évidement étant agencé pour intégrer un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’invention.
[00026] Selon encore un autre aspect, il est prévu un procédé de surveillance optique de composé chimique en fond de puits lors d’opérations de forage, ledit composé chimique étant éventuellement présent dans un fluide de forage circulant dans un puits foré dans une formation terrestre comprenant des zones contenant des hydrocarbures, ledit composé chimique correspondant à un risque de venue de gaz et/ou un risque de corrosion par les acides, le procédé consistant à :
à proximité d’une zone de forage, permettre au fluide de forage de s’écouler librement dans une cavité ouverte d’une partie de cellule d’analyse, ladite cavité ouverte comprenant une première sonde optique raccordée à une source lumineuse et faisant face à une seconde sonde optique couplée à un détecteur ;
- illuminer le fluide de forage à l’aide de la première sonde optique avec une énergie lumineuse dans une gamme de longueur d’ondes où au moins une longueur d’onde de rayonnement spécifique est absorbée par ledit composé chimique ;
détecter un signal résultant d’une interaction du fluide de forage présent dans la cavité ouverte avec ladite énergie lumineuse à l’aide de la seconde sonde optique et analyser, à l’aide d’un spectromètre raccordé audit détecteur de lumière, un spectre basé sur lesdits rayonnements électromagnétiques transmis ; et estimer un risque de venue de gaz et/ou un risque de corrosion par les acides lors d’opérations de forage basé sur une détection d’un pic dans ledit spectre correspondant à au moins un composé chimique.
[00027] Le dispositif et procédé de surveillance optique de composé chimique 5 en fond de puits selon l’invention est utilisé pour la surveillance optique en temps réel de composés chimiques et notamment de la présence de méthane (CH4), dioxyde de carbone (CO2) et/ou sulfure d’hydrogène (H2S) à proximité du trépan d’un système de forage. Ainsi, avec l’invention, il est possible de détecter précocement un risque de venue de méthane et/ou un risque de corrosion par les îo acides (CO2 et H2S sont hautement corrosifs dans des conditions de fond de puits) lors d’opérations de forage d’un puits d’hydrocarbures dans une formation terrestre comprenant des zones contenant des hydrocarbures. En outre, l’invention est particulièrement bien adaptée pour être utilisée dans le cadre d’opérations de forage de puits latéraux dans des formations de gaz.
[00028] D'autres avantages apparaîtront à fa lecture de la description qui va suivre de l’invention.
[00029] DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS [00030] La présente invention est illustrée à l’aide d’exemples et ne se limite pas aux dessins annexés, dans lesquels des références identiques indiquent des éléments similaires :
• La Figure 1 illustre schématiquement l’emplacement d’un puits d’hydrocarbures en mer et sous-marin et une installation de forage d’un réservoir de champ pétrolifère ;
• La Figure 2 est une vue latérale illustrant schématiquement une partie d’un 25 ensemble de forage comprenant un ensemble de fond de puits équipé d’un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’un quelconque des modes de réalisations de l’invention ;
• La Figure 3 est une vue en perspective partiellement éclatée illustrant une connexion d’un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon un premier mode de réalisation de l’invention à un mandrin d’un ensemble de fond de puits ;
• Les Figures 4, 5, 6, 7, 8 et 9 sont une vue en perspective de dessus, une vue en perspective de dessous, une vue latérale, une vue de dessus, des vues en coupe AA et BB du mode de réalisation de la Figure 3, respectivement ;
• La Figure 10 est une vue partielle en coupe longitudinale dans un dispositif de 5 surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon le mode de réalisation de la Figure 3 ;
• La Figure 11 est une vue en coupe latérale dans le mode de réalisation de la Figure 2 illustrant le principe de mesure optique ;
• La Figure 12 est une vue en perspective partiellement éclatée illustrant une io connexion d’un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon un second mode de réalisation de l’invention à un mandrin d’un ensemble de fond de puits ;
• Les Figures 13, 14, 15 et 16 sont une vue en perspective de dessus, une vue latérale, une vue de dessus et une vue en coupe longitudinale du mode de réalisation de la Figure 12, respectivement ;
• Les Figures 17 et 18 sont une vue en perspective partiellement éclatée et une vue en coupe longitudinale illustrant des détails du mode de réalisation de la Figure 12, respectivement ;
• Les Figures 19 et 20 illustrent une variante de pointe optique dans des types 20 de fluide différents ; et • La Figure 21 est une vue en coupe latérale dans le mode de réalisation de la Figure 2 comprenant en outre un filtre anti-contamination.
[00031 ] DESCRIPTION DÉTAILLÉE [00032] L’Invention sera comprise à la lecture de la description qui va suivre, 25 faite en référence aux dessins annexés.
[00033] Dans le domaine des champs pétrolifères, comme illustré à la Figure 1, les équipements pétroliers en mer et sous-marins 1 sont positionnés au-dessus d’une zone 2 d’une formation géologique 3 pouvant être une zone contenant des hydrocarbures. Les équipements pétroliers en mer et sous-marins 1 peuvent comprendre un engin flottant ou plateforme semi-submersible 4 situé à la surface et un équipement de puits sous-marin 5 situé au niveau du fond marin 6. La Figure 1 illustre un puits au stade des opérations de forage du puits dans la formation terrestre 3. Le puits de forage est représenté comme comprenant une portion sensiblement verticale 7 et une portion sensiblement horizontale 8. Toutefois, il peut également comprendre une portion déviée ou inclinée (non représentée) ayant an angle de 0 à 90° par rapport à un axe vertical.
[00034] Un derrick de forage 9 est érigé sur la plateforme 4 qui supporte une table rotative 10 entraînée par un moteur à une vitesse contrôlée. Les treuils de forage, les pivots, les tiges d’entraînement, les tables rotatives, les obturateurs io anti-éruption, les unités d’alimentation, etc... ne sont pas pertinents pour la présente invention, sont bien connus dans le métier des opérations de forage, et ne sont donc pas illustrés ou décrits en détails dans ce document. Un train de tiges comprend une tige de forage 11 s’étendant vers le bas à partir de la table rotative dans la portion verticale 7 ou la portion horizontale 8 du puits de forage. Un ensemble de fond de puits 12 supportant un trépan 13 est suspendu à l’extrémité inférieure d’un train de tige de forage 11 qui est maintenu depuis la surface de la terre par l’équipement de surface 1. Un fluide de forage 14 (boue) est envoyé en profondeur (flèche 14A) à partir d’une unité de fluide de forage 15 à travers le train de tiges et à travers le trépan et remonté (flèche 14B) à la surface à travers l’espace annulaire entre la tige de forage et les parois du trou de forage. L’unité de fluide de forage 15 comprend une pompe de fluide de forage, des tubages d’injection et de retour, un antibélier, un raccord, un crible à secousses/filtre, un conteneur de boue et un conteneur de fluide de forage propre, etc... qui sont connus et ne sont donc pas illustrés ou décrits en détails dans ce document. Le fluide de forage 14 refroidit le trépan 13 et évacue les déblais hors du puits. En outre, le fluide de forage 14 exerce une pression hydrostatique sur des formations à haute pression pénétrées par le trépan afin d’empêcher l’affaissement du trou de forage et l’écoulement incontrôlé de pétrole, de gaz ou d’eau lors d’opérations de forage. La pénétration du trépan à travers des formations souterraines est accrue en exerçant une force du trépan contre l’extrémité de la portion de puits (c’est-àdire du poids sur le trépan).
[00035] La Figure 2 est une vue latérale illustrant schématiquement un ensemble de fond de puits 12 maintenu par et connecté à une tige de forage tubulaire 11 du train de tiges à travers un raccord d’outil de forage à une extrémité, et connecté à un trépan 13 à l’autre extrémité. L’ensemble de fond de puits 12 est un mandrin 20, à savoir un organe cylindrique creux ayant un axe longitudinal XX’ s’étendant de manière sensiblement parallèle au puits de forage 7 ou 8. Un passage central 21 s’étend de la tige de forage 11 vers le trépan 13 afin de permettre l’écoulement du fluide de forage qui est envoyé au fond vers le trépan 13. L’ensemble de fond de puits 12 fournit une force permettant au trépan de briser la roche, de survivre à un environnement mécanique hostile et de permettre au foreur un contrôle directionnel du puits en cours de forage. À ces fins, l’ensemble de fond de puits 12 peut comprendre plusieurs composants, comme par exemple du matériel d’ancrage et de propulsion/poussée 22, du matériel de forage directionnel et de mesure 23, des outils de mesure en forant ou des outils de diagraphie en forant 24, et éventuellement d’autres dispositifs spécialisés. En particulier, l’ensemble de fond de puits 12 est muni d’un dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’invention.
[00036] Un dispositif de traitement 16 est raccordé à l’ensemble de fond de puits 12 (voir la Figure 1). En outre, il peut être également raccordé à d’autres capteurs en surface, sous-marins ou en fond de puits (non représentés). II peut par ailleurs être raccordé à des dispositifs de complétion actifs tels que des vannes (non représentées). Le dispositif de traitement 16 peut être positionné au niveau de l’engin flottant ou plateforme semi-submersible 4 situé à la surface, ou, selon une variante, dans l’équipement de puits sous-marin 5 situé au niveau du fond marin 6.
Le dispositif de traitement 16 peut comprendre un ordinateur. H peut être géré par un opérateur situé sur l’engin flottant ou plateforme semi-submersible 4. Il peut également être géré à distance lorsque l’engin flottant ou plateforme semisubmersible 4 est équipé de moyens de communication, par exemple une liaison satellite (non représentée) permettant de transmettre des données au bureau d’un opérateur et d’en recevoir des instructions. Le dispositif de traitement 16 peut rassembler plusieurs mesures fournies par plusieurs capteurs concernant la zone 2 contenant et produisant des hydrocarbures.
il [00037] En fond de puits, lors des opérations de forage, il est possible de rencontrer une zone particulière comprenant des molécules de méthane (sous forme gazeuse ou liquide) 17. L’ensemble de fond de puits 12 comprenant un mode de réalisation d’un dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’invention qui sera décrit en détails ci-après est utilisé pour une surveillance optique en temps réel de la présence de méthane à proximité xlu trépan d’un système de forage. Lorsque des molécules de méthane sont détectées lors d'opérations de forage par le dispositif de surveillance de composé chimique en fond de puits, l’opérateur en surface est informé et les mesures appropriées io sont prises.
[00038] La Figure 3 est une vue éclatée en perspective illustrant un mode de réalisation du dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits agencé dans un mandrin 20 d’un ensemble de fond de puits 12. Les Figures 4, 5, 6, 7, 8 et 9 sont une vue en perspective de dessus, une vue en perspective de dessous, une vue latérale, une vue de dessus, des vues en coupe AA et BB de ce mode de réalisation, respectivement.
[00039] Le mandrin 20 de l’ensemble de fond de puits 12 est un organe cylindrique creux ayant un axe longitudinal XX’ comprenant un passage central 21 permettant au fluide de forage de s’écouler. Le mandrin 20 comprend un évidement 25 pour recevoir le dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits agencé pour être entièrement intégré dans l’ensemble de fond de puits 12 à proximité de et derrière le trépan 13. L’évidement 25 s’étend dans la surface externe à la circonférence du mandrin 20 de manière sensiblement parallèle à l’axe longitudinal XX’. L’évidement 25 peut comprendre une portion centrale allongée 25A s’étendant de manière sensiblement parallèle à l’axe longitudinal XX’ et se terminant, à chaque extrémité, par une portion en forme de T 25B s’étendant de manière sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal XX’. L’évidement, par exemple la portion en forme de T 25B, comprend plusieurs trous filetés 26 (seuls deux sont représentés) positionnés au fond de l’évidement. D’une part, la profondeur de l’évidement 25 est telle que le côté supérieur du dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits est sensiblement à l’affleurement avec la surface externe du mandrin 20. D’autre part, la profondeur de l’évidement 25 et des trous filetés 26 dans le mandrin 20 est telle que l’étanchéité à l’eau et l’intégrité du mandrin par rapport au fluide sous pression s’écoulant dans le passage 21 sont préservées.
[00040] Le mode de réalisation de la Figure 3 comprend une partie de cellule d’analyse optique 31, une première partie 32 comprenant l’électronique d’émission optique, une seconde partie 33 comprenant l’électronique de réception optique, et deux parties de support 34.
[00041] La partie de cellule d’analyse optique 31, la première partie 32 et la seconde partie 33 ontune forme cylindrique-s’étendant longitudinalement selon îo l’axe longitudinal YY’. Lorsque le dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits est positionné à l’intérieur de l’évidement 25 du mandrin
20, l’axe longitudinal YY’ du dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits est parallèle à l’axe longitudinal XX’ du mandrin 20. La première partie 32 et la seconde partie 33 sont reliées à une extrémité de la partie de cellule d’analyse optique 31, et se terminent, à l’autre extrémité, par une portion présentant au moins une surface de contact plate 32A et 33A afin de bloquer en rotation l’ensemble comprenant la partie de cellule d’analyse optique 31, la première partie 32 et la seconde partie 33 dans des trous correspondants 36 des parties de support 34. Chaque partie de support 34 a une forme sensiblement parallélépipédique s’étendant de manière sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal YY’. Chaque partie de support 34 comprend des trous 35 correspondant aux trous filetés 26 du mandrin 20. Des vis 37 appropriées sont introduites dans lesdits trous 35 de la partie de support 34 et vissées dans les trous filetés 26 du mandrin 20 afin de fixer le dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits dans l’évidement 25 du mandrin 20.
[00042] La partie de cellule d’analyse optique 31 est un cylindre complet/massif comprenant une cavité ouverte 40 s’étendant selon l’axe longitudinal YY’. Il comprend en outre deux trous 39A et 39B en face l’un de l’autre (voir la Figure 11) orientés selon l’axe longitudinal YY’ et débouchant des parois
38A, 38B en face l’une de l’autre dans la cavité ouverte. Lesdits trous 39A et 39B sont conçus pour recevoir deux sondes optiques 41A et 41B en face l’une de l’autre, respectivement. La cavité ouverte 40 est en forme de tranchée. Par exemple, la cavité ouverte est rectangulaire dans la coupe AA (voir la Figure 8) et présente une portion de secteur circulaire dans la coupe BB (voir la Figure 9). La cavité ouverte 40 forme une cellule d’analyse ouverte en direction de la paroi du puits de forage dans laquelle le fluide de forage 14B s’écoulant du trépan 13 autour de l’ensemble de fond de puits 12 vers 1a surface peut s’écouler librement. La cavité ouverte peut présenter des dimensions intérieures (longueur, largeur, hauteur) entre 2 et 15 mm.
[00043] La première partie 32, la seconde partie 33 respectivement, est un cylindre creux formant un logement de protection (voir la Figure 10) permettant de io recevoir la carte électronique 50 associée à la sonde optique 41 A, 41B respectivement. La carte électronique 50 associée aux sondes optiques 41A et
41B est positionnée à l’intérieur du logement de protection de la première partie 32 et de la seconde partie 33. Plus précisément, la première partie 32 comprend le circuit électronique d’émission optique 57 (une source lumineuse contrôlée, une lampe à incandescence, un émetteur à plaque chaude, ou une source réglable de longueur d’onde étroite...) et la seconde partie 33 comprend le circuit électronique de réception optique 58 (un spectromètre ou un détecteur associé à des filtres à des longueurs d’ondes spécifiques).
[00044] La Figure 10 est une vue en coupe longitudinale dans une sonde optique 41A ou 41B utilisée dans un dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon le mode de réalisation de l’invention mentionné ci-dessus.
[00045] La sonde optique 41A ou 41B a la forme générale d’un corps cylindrique allongé comprenant une première portion 42 en contact avec le fluide du puits devant être analysé (c.à.d. en contact avec des environnements sévères), et une seconde portion 43 séparée du fluide devant être analysé (protégée des environnements sévères). Un joint approprié (par exemple un joint torique) 44 sépare la première portion 42 de la seconde portion 43. La première portion 42 comprend une pointe optique 45 raccordée à au moins une fibre optique 46 (par exemple une fibre en verre de silice ou de chalcogénure), un tube de protection 47 entourant la fibre optique 46, une zone de raccordement 48 entre la pointe optique et la fibre optique 46. Le tube de protection 47 entoure partiellement la pointe optique 45 au niveau de la zone de raccordement 48, de manière à laisser la partie distale de la pointe optique 45 en contact avec le fluide devant être mesuré. La seconde portion 43 comprend la carte électronique 50 raccordée à la fibre optique 46, et le logement de protection de la première partie 32 ou de la seconde partie
33. La Figure 11 illustre un mode de réalisation comprenant deux sondes optiques
41A et 41 B. La carte électronique 50 peut intégrer un module optoélectronique comprenant un circuit de mesure 51 et un module de traitement 52 réalisant une analyse de l’amplitude lumineuse et/ou spectrale afin de fournir des mesures numériques sur des câbles de sortie 53.
îo [00046] La pointe optique 45 est une tige en forme d’aiguille. Le saphir est un matériau adapté pour la tige mais d’autres matériaux présentant des propriétés comparables peuvent être envisagés. Pour des raisons de commodité, le terme « saphir » sera utilisé ci-après, mais ceci n’a pas pour but d’exclure l’utilisation d’un autre matériau adapté. Le diamètre extérieur de la tige en saphir se situe entre environ 0,3 mm et environ 1 mm. Le saphir est un matériau particulièrement robuste dans des environnements corrosifs. La forme en aiguille a la particularité de s’auto-nettoyer dans des conditions multiphasiques. Des gouttelettes de fluide peuvent difficilement se fixer sur une telle pointe.
[00047] Le tube de protection 47 est constitué d’un métal ou d’un alliage. Un métal ou un alliage offrant une grande robustesse et une excellente résistance chimique comme des super-alliages austénitiques à base de nickel-chrome (par exemple l’Inconel, une marque déposée de SMC) peut convenir. Le tube de protection 47 permet de mécaniquement maintenir la pointe optique 45 de la tige en saphir en assurant un raccordement étanche à la pression à la fibre optique 46, afin de protéger la fibre optique 46 contre les fluides et de maintenir le joint 44. Le tube de protection 47 est appliqué de façon étanche contre la pointe optique 45 de manière à empêcher la pénétration de fluide vers la fibre optique 46 et la seconde portion 43. Selon un exemple particulier, le tube de protection 47 présente un diamètre extérieur de 0,5 mm à 3 mm, et une longueur de quelques centimètres (par exemple 25,4 cm /10 pouces).
[00048] Le joint 44 peut coulisser sur le tube de protection 47. Cet ensemble est apte à être connecté dans un trou 39 correspondant à travers la partie de cellule d’analyse optique 31 et le logement de protection de la première partie 32 et de la seconde partie 33, comme illustré à la Figure 11. Cet ensemble permet de régler la position de la sonde optique par rapport au trou de la partie de la cellule d’analyse optique 31 afin de contrôler la distance entre les pointes 45A et 45B de deux sondes en vis-à-vis. Le joint 44 peut être en caoutchouc synthétique/élastomère fluoropolymère (par exemple des fluoroélastomères Viton, une maque déposée de DuPont Performance Elastomers L.L.C). Une connexion d’étanchéité haute pression est obtenue lorsque le joint 44 associé au tube de protection 47 est correctement introduit dans le trou 39. Ceci n’est donné qu’à titre d’exemple, et îo d’autres connexions étanches et haute pression peuvent convenir. Selon une autre variante, la connexion peut consister en une connexion soudée, ce qui signifie que lorsque la distance a été définie à l’étape de fabrication, le tube de protection 47 est soudé à un trou dans la partie de cellule d’analyse optique 31. Afin d’éviter que la pression externe ne s’exerce sur les sondes optiques et pour s’assurer que les sondes optiques sont maintenues dans leurs positions spécifiques respectives, un dispositif mécanique d’appui (non représenté) maintient chaque tube de protection 47 dans le trou correspondant 39.
[00049] La Figure 11 est une vue en coupe latérale dans un dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon le mode de réalisation mentionné ci-dessus illustrant le principe de mesure optique.
[00050] Les pointes optiques 45A, 45B respectivement sont l’une en face de l’autre à l’intérieur de la partie de cellule d’analyse optique 31 dans laquelle le fluide 14B peut s’écouler librement. À titre d’exemple, la première pointe 45A de la première sonde 41A est en face de la seconde pointe 45B de la seconde sonde
41B à une distance définie comprise entre 10 pm et 10 mm. L’une des sondes optiques, par exemple la première sonde optique 41 A, est utilisée comme une sonde d’émission de lumière en étant connectée au circuit électronique d’émission optique 57 (par exemple, source lumineuse contrôlée). L’autre sonde optique, par exemple la seconde sonde optique 41 B, est utilisée comme une sonde de réception de lumière en étant connectée au circuit électronique de réception optique 58 (par exemple, spectromètre). Un chemin de transmission optique 56 est créé entre les deux pointes optiques 45A, 45B. Le principe de la spectroscopie dans le domaine infrarouge moyen est basé sur l’absorption de longueurs d’ondes spécifiques de rayonnement infrarouge par des molécules. L’intensité d’absorption varie en fonction de la concentration des molécules dans le fluide de forage. Ces longueurs d’ondes correspondent à des modes de vibration des molécules.
L’analyse du spectre infrarouge permet ainsi de mesurer le type et la concentration de composés chimiques dans un échantillon. Les longueurs d’ondes d’absorption de composés chimiques d’intérêt particulier sont de 3,33 pm pour le méthane (CH4), 4,27 pm pour le dioxyde de carbone (CO2), et 1,58 pm pour le sulfure d’hydrogène (H2S). Le circuit électronique de réception optique comprenant un îo spectromètre 58 détecte un pic de méthane et estime ensuite une concentration de méthane dans le fluide à l’aide de modèles adaptés et de données de calibration. Selon une variante, le circuit électronique de réception optique comprend un détecteur associé à un filtre à une longueur d’onde spécifique correspondant au composé chimique spécifique devant être détecté. Lorsque la concentration de méthane dépasse une valeur seuil donnée, un signal d’avertissement peut être transmis au dispositif de traitement 16.
[00051] Comme indiqué ci-dessus, il est possible de régler la position de la première sonde optique 41 A, ou de la seconde sonde optique 41 B, ou des deux sondes 41 A, 41B respectivement par rapport aux trous 39A, 39B respectivement afin de contrôler la longueur du chemin optique 56 entre les deux pointes. Cette longueur se règle facilement en coulissant les sondes à l’intérieur de la cavité ouverte 40.
[00052] Le dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits permet une intrusion minimale dans l’espace annulaire du puits de forage et une perturbation minimale sur l’écoulement du fluide. Par ailleurs, la position mécanique des deux pointes est rigoureusement définie et une barrière d’étanchéité haute pression est obtenue au moyen des trous 39A, 39B et des joints 44A, 44B.
[00053] Il est possible de régler la longueur du chemin optique de quelques dizaines de microns à plusieurs centimètres afin d’adapter la spectroscopie au type de fluide devant être analysé (pétroles bruts légers ou foncés, condensats de gaz, gaz sec...). Ceci constitue une amélioration considérable par rapport aux dispositifs de mesure optique connus utilisant des fenêtres. La position des sondes, c'est à dire la longueur du chemin optique 56 peut être réglée pour être petite ou grande. Ce réglage est effectué lors de la fabrication du dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits. Selon une variante, la longueur du chemin optique 56 peut être modifiée ultérieurement par un opérateur, soit lors de la maintenance de l’ensemble de fond de puits, soit lorsque l’ensemble de fond de puits est en surface. La longueur du chemin optique 56 peut être sélectionnée en fonction de facteurs d’atténuation devant être mesurés. Le facteur d’atténuation peut varier de plusieurs ordres de grandeur qui nécessitent une io longueur de chemin optique de quelques dizaines de microns à quelques millimètres en fonction de la composition du fluide et des longueurs d’ondes de lumière. L’invention permet de définir précisément la longueur du chemin optique 56 en coulissant la sonde optique dans les trous 39A, 39B comme décrit ci-dessus.
[00054] Les Figures 12 à 18 illustrent schématiquement un dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon un second mode de réalisation de l’invention. Selon le second mode de réalisation, la cavité ouverte 140 de la partie de cellule d’analyse optique 31 s’étend perpendiculairement à l’axe longitudinal YY’. La cavité ouverte 140 a la forme d’une tranchée traversant de part en part. Elle peut en outre comprendre une ouverture supérieure présentant des bords inclinés en forme d’entonnoir. Cette configuration particulière de la partie de cellule d’analyse optique 31 permet de diminuer la longueur des sondes optiques 141A et 141 B. Il est ainsi possible de diminuer, voire d’éliminer, le recours aux fibres optiques. Les tubes de protection 47A, 47B du premier mode de réalisation prennent ici la forme de logements de protection 147A, 147B qui supportent en outre les cartes des circuits électroniques 57, 58, ainsi que la source lumineuse 157 et le détecteur de lumière 158, respectivement. Par ailleurs, une telle cavité ouverte 140 transversale convient parfaitement à l’écoulement du fluide (boue) de forage lors de la rotation du mandrin de l’ensemble de fond de puits (rotation du train de tiges lors d’opérations de forage).
[00055] La Figure 12 est une vue en perspective partiellement éclatée illustrant une connexion d’un dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon le second mode de réalisation de l’invention à un mandrin 20.
La connexion est similaire au premier mode de réalisation. Les Figures 13, 14 et 15 sont une vue en perspective de dessus, une vue latérale et une vue de dessus du mode de réalisation de la Figure 12, respectivement. La cavité ouverte 140 de la partie de cellule d’analyse optique 31 s’étend perpendiculairement à l’axe longitudinal YY’.
[00056] La Figure 16 est une vue en coupe longitudinale du second mode de réalisation. Les Figures 17 et 18 sont une vue en perspective partiellement éclatée et une vue en coupe longitudinale illustrant des détails de la partie de cellule d’analyse optique 31 et de la connexion avec les première et seconde sondes io optiques 141A et 141B avec des cartes associées des circuits électroniques 57 et du mode de réalisation de la Figure 12, respectivement.
[00057] La première sonde 141A comprend un logement de protection 147A qui supporte et reçoit, d’un côté, les cartes du circuit électronique 57 ainsi que la source lumineuse 157, et, de l’autre côté, la pointe optique 45A. Sur une partie externe du côté de la pointe optique, une gorge circonférentielle reçoit un joint torique 44A. La seconde sonde 141B comprend un logement de protection 147B qui supporte et reçoit, d’un côté, les cartes du circuit électronique 58 ainsi que le détecteur de lumière 158, et, de l’autre côté, la pointe optique 45B. Sur une partie externe du côté des composants électroniques, une circonférence est filetée. Sur une partie externe du côté de la pointe optique, une gorge circonférentielle reçoit un joint torique 44B. Dans ce mode de réalisation, la pointe optique 45A, respectivement 45B est directement raccordée à la source lumineuse 157, respectivement au détecteur de lumière 158. Il est ainsi possible d’obtenir un ensemble extrêmement compact.
[00058] La partie de cellule d’analyse optique 31 comprend deux trous 39A et
39B en face l’un de l’autre orientés selon l’axe longitudinal YY’ et débouchant des parois 138A, 138B en face l’une de l’autre dans la cavité ouverte 140. Lesdits trous 139A et 139B sont conçus pour recevoir les deux sondes optiques 141A et 141B en face l’une de l’autre, respectivement. Plus précisément, le trou 139A (respectivement 139B) a un épaulement interne et est taraudé à l’intérieur afin de former une connexion filetée avec le logement de protection 147A (respectivement
147B) de la sonde optique 141A (respectivement 141 B). Il est ainsi possible d’obtenir une étanchéité efficace et de définir avec précision la distance entre les pointes des sondes optiques.
[00059] Le second mode de réalisation illustré à la Figure 16 représente en outre une unité d’alimentation 134 (par exemple une batterie et des circuits d’alimentation appropriés) positionnée dans la première partie 32, et une unité de télémétrie ou de stockage 133 positionnée dans la seconde partie 33.
[00060] Les Figures 19 et 20 illustrent un mode de réalisation de la sonde optique dans lequel la pointe en saphir 45A, 45B a une forme conique avec un sangle de pointe-α de 90°. En présence de gaz (Figure 19), la réflexion est totale au îo niveau de la pointe de la sonde d’émission de lumière 45A, la pointe de la sonde de réception de lumière 45B ne reçoit pas de lumière. En présence de pétrole (Figure 20), la lumière est transmise de la pointe de la sonde d’émission de lumière 45A vers la pointe de la sonde de réception de lumière 45B (c'est à dire des mesures de transmission). Une telle pointe permet donc de distinguer un gaz d’un liquide. En outre, l’extrémité pointue de la pointe en saphir 45A, 45B favorise l’élimination de gouttelettes de fluide du chemin optique 56.
[00061] La Figure 21 est une vue en coupe latérale dans un dispositif 30 de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon le mode de réalisation mentionné ci-dessus comprenant en outre un filtre anti-contamination
60. Le filtre anti-contamination 60 dans le mode de réalisation plus simple comporte un fluide tampon 61 qui remplit la cavité ouverte 40. Le fluide tampon peut être un liquide ou un gel, par exemple comprenant de l’huile de perfluoropolyéther (par exemple le produit « Fomblin » commercialisé par la société Sigma-Aldrich). La fonction du fluide tampon est de permettre au gaz présent dans le fluide de forage 14B de s’y diffuser, tout en empêchant, ou tout au moins en diminuant de manière significative, la contamination des pointes optiques 45A et 45 B et de la longueur du chemin optique 56 par la boue de forage (liquide et particules). Dans ce mode de réalisation particulier, l’aspect important est de détecter du gaz avec précision, par exemple détecter une venue de méthane à un stade précoce. Le filtre anti-contamination 60 dans un mode de réalisation amélioré peut en outre comporter une grille 62 au-dessus de la cavité 40 afin de contenir le fluide tampon 61 de manière efficace dans la cavité ouverte 40. La grille peut être fixée dans un dégagement 63 autour de la portion supérieure de la cavité 40 à l'affleurement avec la surface externe de la partie de cellule d’analyse optique 31. La grille 62 peut être recouverte d’un revêtement anti-adhérent, par exemple du polytétrafluoroéthylène (par exemple du Téflon commercialisé par la société Chemours anciennement la société DuPont). Le revêtement anti-adhérent permet de limiter l’encrassement de la grille. Le filtre anti-contamination 60 peut également être utilisé avec les autres modes de réalisation, en particulier afin d’éviter de contaminer la cavité ouverte 140 des modes de réalisation illustrés aux Figures 12 à 18.
îo [00062] L’outil optique d’analyse des propriétés de fluide selon l’invention présente les avantages suivants :
• Les longueurs des chemins optiques peuvent être rendues très courtes, permettant ainsi de réaliser des mesures même dans un fluide de forage fortement atténuateur ;
· Il n’existe aucune restriction d’écoulement, permettant ainsi de réaliser des mesures même dans des fluides très visqueux ;
• Il n’existe aucun volume mort dû à l’ensemble de cellule d’analyse, éliminant ainsi ou tout au moins diminuant de manière significative la contamination de la cellule d’analyse ;
· L’auto-nettoyage dans des environnements multiphasiques est rapide, éliminant ainsi ou tout au moins diminuant de manière significative la contamination des sondes optiques ;
• La longueur du chemin optique est réglable ; et • Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits s’intégre facilement dans le mandrin de l’ensemble de fond de puits.
[00063] Les dessins et leurs descriptions ci-dessus illustrent l’invention plutôt qu’ils ne la limitent.
[00064] Il doit être entendu que des modes de réalisation selon la présente invention ne sont pas limités aux modes de réalisation représentant un puits de forage vertical et un puits de forage horizontal, lesdits modes de réalisation étant également applicables à un puits de forage dévié/incliné.
[00065] II doit être entendu que des modes de réalisation selon la présente invention ne sont pas limités à des puits d’hydrocarbures marins et peuvent également être utilisés sur des puits d’hydrocarbures à terre.
[00066] II doit être entendu par l’homme de métier que les schémas synoptiques compris dans le présent document représentent des vues conceptuelles d’éléments illustratifs mettant en œuvre les principes de l’invention. En outre, les dessins annexés ne sont pas censés être à l’échelle.
îo [00067] Tous signes de référence dans une revendication ne sauraient être interprétés comme une limitation de la revendication. Le mot « comprendre » ou « comporter » n'exclut pas la présence d'autres éléments que ceux listés dans une revendication. Le mot « un » ou « une » précédant un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de tels éléments.

Claims (20)

  1. REVENDICATIONS
    1. Un dispositif (30) de surveillance optique de composé chimique en fond de puits agencé pour s’intégrer dans un mandrin (20) d’un système de forage, afin de
    5 surveiller un composé chimique dans un fluide de forage (14B) circulant dans un puits (7, 8), le dispositif (30) de surveillance optique de composé chimique en fond de puits comprenant :
    - une partie de cellule d’analyse (31) comprenant une cavité ouverte (40, 140) dans laquelle le fluide de forage (14B) peut s’écouler librement;
    io - une première sonde optique (41A, 141A) raccordée à une source lumineuse (57, 157) et agencée pour transmettre une énergie lumineuse dans la cavité ouverte (40, 140) ; et
    - une seconde sonde optique (41 B, 141 B) raccordée à un détecteur (58, 158) et agencée pour produire lors de son utilisation un signal résultant d’une interaction
    15 du fluide de forage (14B) présent dans la cavité ouverte (40, 140) avec ladite énergie lumineuse, indiquant l’éventuelle présence d’une quantité de composé chimique dans le fluide de forage (14B) ;
    dans lequel :
    - chacune desdites sondes optiques est montée de manière étanche à travers
    20 une paroi (38A, 38B, 138A, 138B) de la partie de cellule d’analyse (31) et possède une pointe (45A, 45B), la pointe ayant la forme d’une aiguille et un diamètre extérieur inférieur à 1 mm ; et
    - la première sonde optique (41 A, 141 A) et la seconde sonde optique (41 B, 141 B) sont agencées de sorte que les première et seconde pointes des sondes optiques
    25 respectives pénètrent dans la cavité ouverte (40, 140) et de sorte que la première pointe (45A) de la première sonde optique (41 A, 141 A) soit en face de la seconde pointe (45B> de la seconde sonde optique (41 B, 141B) à une distance définie comprise entre 10 pm et 10 mm.
  2. 2. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits
    30 selon la revendication 1, dans lequel la partie de cellule d’analyse (31) comprend un premier trou et un second trou (39A, 39B) en face l’un de l’autre, une portion de la première et de la seconde sonde optique (41 B, 141 B) étant insérée dans la cavité ouverte (40, 140) à travers le premier trou et le second trou (39A, 39B) respectivement, et dans lequel au moins une sonde optique est raccordée de manière étanche à l’un des trous, ledit joint et ledit trou étant adaptés de manière à pouvoir régler la position de ladite sonde optique par rapport à la paroi de la partie
    5 de cellule d’analyse (31) afin de contrôler la distance définie entre les deux pointes (45A, 45B).
  3. 3. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les sondes optiques (41 A, 141 A, 41 B, 141 B) sont parallèles à un axe longitudinal YY’ de la partie de cellule d’analyse io (31).
  4. 4. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque sonde optique (41 A, 41 B) comprend un élément optique sous la forme d’une fibre optique (46A, 46B) et d’une pointe en saphir ou matériau équivalent situé dans une portion
    15 centrale d’un corps allongé sous la forme d’un tube de protection (47A, 47B), une portion d’extrémité dudit élément optique formant une extrémité en pointe adaptée pour être en contact lors de son utilisation avec le fluide de forage (14B) présent dans la cavité ouverte (40, 140).
  5. 5. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits
    20 selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque sonde optique (141 A, 141 B) comprend un élément optique sous la forme d’une pointe en saphir ou matériau équivalent situé dans la portion centrale d’un corps de support (147A, 147B) formant un logement de protection, une portion d’extrémité dudit élément optique formant une extrémité en pointe adaptée pour être en contact lors
    25 de son utilisation avec le fluide de forage (14B) présent dans la cavité ouverte (40, 140).
  6. 6. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon la revendication 4 ou 5, dans lequel chaque sonde optique comprend en outre une carte électronique (50) raccordée à l’élément optique et intégrant un circuit de mesure (58, 158) et un module de traitement (52) afin de fournir des mesures numériques sur un câble de sortie (53).
  7. 7. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la cavité ouverte (40, 140) a la forme d’une tranchée comprenant une partie allongée orientée de manière sensiblement parallèle à l’axe longitudinal YY’.
  8. 8. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la cavité ouverte (40, 140) a la forme d’une tranchée comprenant une partie allongée orientée de manière sensiblement perpendiculaire à l’axe longitudinal YY’.
  9. 9. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une première partie (32) et une seconde partie (33) s'étendant respectivement longitudinalement selon l’axe longitudinal YY’ de chaque côté de la partie de cellule d’analyse (31), chaque partie (32, 33) formant un logement de protection, la première partie (32) comprenant un circuit électronique d’émission optique (57) comportant la source lumineuse (157) et la seconde partie (33) comprenant un circuit électronique de réception optique (58) comportant le détecteur (158).
  10. 10. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre au moins une partie de support (34) agencée pour fixer de manière amovible la première partie (31) et/ou la seconde partie (32) dans un évidement (25) correspondant du mandrin (20) du système de forage.
  11. 11. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la source lumineuse (157), respectivement le détecteur (158), transmet, respectivement détecte, de l’énergie lumineuse sélectionnée parmi la lumière ultraviolette, la lumière visible, ou la lumière infrarouge proche.
  12. 12. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le détecteur (158) est réglé pour détecter l’énergie lumineuse caractéristique du méthane (CH4), du dioxyde de carbone (CO2) ou du sulfure d’hydrogène (H2S).
    5
  13. 13. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la cavité ouverte (40, 140) présente des dimensions intérieures entre 2 et 15 mm.
  14. 14. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant en outre un filtre
    10 anti-contamination (60) comportant un fluide tampon (61) remplissant la cavité ouverte (40, 140).
  15. 15. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon la revendication 14, dans lequel le fluide tampon (61) comporte de l’huile de perfluoropolyéther.
    15
  16. 16. Le dispositif de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon la revendication 14, dans lequel le filtre anti-contamination (60) comporte en outre une grille (62) au-dessus de la cavité ouverte (40, 140).
  17. 17. Un ensemble de fond de puits (12) d’un système de forage comprenant un mandrin (20) doté d’un évidement (25) situé sur une circonférence du mandrin,
    20 l’évidement (25) étant agencé pour recevoir un dispositif (30) de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 16.
  18. 18. Un outil de mesure en forant/de diagraphie en forant d’un système de forage comprenant un évidement (25) situé sur une surface externe, l’évidement (25)
    25 étant agencé pour intégrer un dispositif (30) de surveillance optique de composé chimique en fond de puits selon l’une quelconque des revendications 1 à 16.
  19. 19. Un procédé de surveillance optique de composé chimique en fond de puits lors d’opérations de forage, ledit composé chimique étant éventuellement présent dans un fluide de forage (14B) circulant dans un puits (7, 8) foré dans une formation terrestre comprenant des zones contenant des hydrocarbures, ledit composé
    5 chimique correspondant à un risque de venue de gaz et/ou un risque de corrosion par les acides, le procédé consistant à :
    - à proximité d’une zone de forage, permettre au fluide de forage (14B) de s’écouler librement dans une cavité ouverte (40, 140) d’une partie de cellule d’analyse (31), ladite cavité ouverte (40, 140) comprenant une première sonde îo optique (41A, 141A) raccordée à une source lumineuse (57, 457) et faisant face à une seconde sonde optique (41 B, 141 B) couplée à un détecteur (58,158) ;
    - illuminer le fluide de forage (14B) à l’aide de la première sonde optique (41A, 141A) avec une énergie lumineuse dans une gamme de longueur d’ondes où au moins une longueur d’onde de rayonnement spécifique est absorbée par ledit
    15 composé chimique ;
    - détecter un signal résultant d’une interaction du fluide de forage (14B) présent dans la cavité ouverte (40, 140) avec ladite énergie lumineuse à l’aide de la seconde sonde optique (41 B, 141 B) et analyser, à l’aide d’un spectromètre raccordé audit détecteur de lumière, un spectre basé sur lesdits rayonnements
  20. 20 électromagnétiques transmis ; et
    - estimer un risque de venue de gaz et/ou un risque de corrosion par les acides lors d’opérations de forage basé sur une détection d’un pic dans ledit spectre correspondant à au moins un composé chimique.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021240197A1 (fr) 2020-05-26 2021-12-02 Saudi Arabian Oil Company Guidage géologique dans un forage directionnel
US11781419B2 (en) 2020-05-26 2023-10-10 Saudi Arabian Oil Company Instrumented mandrel for coiled tubing drilling
EP4158154A1 (fr) 2020-05-26 2023-04-05 Saudi Arabian Oil Company Détection d'eau pour guidage géologique dans un forage directionnel
DE102021210443B4 (de) 2021-09-20 2023-07-27 Implen GmbH Tauchsonde mit variabler Pfadlänge
CN114112990B (zh) * 2021-12-07 2023-07-14 长江大学 一种随钻光谱气侵监测短节
US20230417723A1 (en) * 2022-06-23 2023-12-28 Taiwan Redeye Biomedical Inc. Detecting probe of an optical water quality detection device

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492865A (en) * 1982-02-04 1985-01-08 Nl Industries, Inc. Borehole influx detector and method
GB8915876D0 (en) * 1989-07-11 1989-08-31 Solinst Canada Ltd Down-hole liquid detecting apparatus
AU8164898A (en) 1997-06-27 1999-01-19 Baker Hughes Incorporated Drilling system with sensors for determining properties of drilling fluid downhole
FR2785991B1 (fr) * 1998-11-12 2002-09-13 Dowell Schlumberger Services Dispositif et methode de mesure de caracteristiques d'un fluide petrolier ou analogue
US6986389B2 (en) * 2003-05-02 2006-01-17 Weatherford/Lamb, Inc. Adjustable deployment apparatus for an actively clamped tubing-conveyed in-well seismic station
US8023690B2 (en) * 2005-02-04 2011-09-20 Baker Hughes Incorporated Apparatus and method for imaging fluids downhole
DE602007011061D1 (de) * 2007-08-23 2011-01-20 Schlumberger Technology Bv Vorrichtung und Verfahren zur Analyse leichter chemischer Verbindungen
US8068226B2 (en) * 2008-01-16 2011-11-29 Baker Hughes Incorporated Methods and apparatus for estimating a downhole fluid property
US8586913B2 (en) * 2011-01-10 2013-11-19 Schlumberger Technology Corporation Fluidic density measurements based on beta particles detection
WO2014186327A2 (fr) * 2013-05-13 2014-11-20 Abrado Inc. Procédé et appareil permettant une validation vidéo
US20150024522A1 (en) * 2013-07-22 2015-01-22 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Organometal materials and process
EP3091174A1 (fr) * 2015-05-04 2016-11-09 Openfield Dispositif d'analyse de propriétés d'un fluide de fond de trou et outils comprenant un tel dispositif
WO2017069744A1 (fr) * 2015-10-20 2017-04-27 Halliburton Energy Services, Inc. Montée de pression et encapsulation de section d'antenne d'outil de fond de trou

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