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100 Ingénierie du Forage Dirigé Mesure du champ magnétique à l'aide de magnétom

100 Ingénierie du Forage Dirigé Mesure du champ magnétique à l'aide de magnétomètres 101 Ingénierie du Forage Dirigé 2.2 Equipements de mesure Le besoin de connaître la position de la trajectoire d'un puits dévié conduit au besoin de mesurer régulièrement l'inclinaison et l'azimut du puits. En mode orienté ces mesures permettent de plus de contrôler le tool face du moteur et donc la direction du puits. Ces mesures peuvent être effectuées par des instruments de mesures en fond de trou. Ils diffèrent par le type des capteurs utilisés mais surtout par leur type de transmission de l'information qui peut être: - en temps différé: l'information est remontée avec l'outil lui-même - en temps réel: l'information est transmise du fond vers la surface par l'intermédiaire d'un système de télémétrie Les mesures sont faites à l'aide de capteurs plus ou moins sophistiqués: • Mesure de l'inclinaison: - pendules - inclinomètres - accéléromètres • Mesure de l'azimut La mesure de l'azimut peut être effectuée soit à l'aide d'instruments repérant le Nord magnétique: - compas - magnétomètres ou s'alignant dans une direction référencée: - gyroscopes - plates-formes inertielles 2.2.1 Outils de mesures en temps différé Les outils de mesures en temps différé sont conçus pour effectuer une ou plusieurs mesures de l'inclinaison et de l'azimut du puits, les enregistrer et les conserver jusqu'à leur lecture après remontée de l'outil en surface. Ils sont descendus dans le trou soit par l'intermédiaire d'un câble ou jetés à travers les tiges ("go-devil") puis récupérés au câble ou lors de la manœuvre de remontée. Ils sont composés: - d'un ensemble de capteurs de mesures - d'un système d'horlogerie capable de déclencher les mesures et leur enregistrement après un délai programmé - d'un système d'enregistrement On distingue les: - Inclinomètres - Single-shots magnétiques - Multi-shots magnétiques Chapitre 2 – Equipments de mesure 102 - Gyroscopes Système "Single-shot" à gauche: Système standard (mesures d'azimut & d'inclinaison) 103 Ingénierie du Forage Dirigé à droite: Système d'orientation (mesures d'azimut, d'inclinaison et du tool face) Chapitre 2 – Equipments de mesure 104 2.2.1.1 Inclinomètres Les inclinomètres sont les plus simples des instruments de mesures directionnelles en ne mesurant que l'inclinaison du puits. Ils utilisent un pendule qui n'est affecté que par le champ gravimétrique terrestre. Ces outils sont essentiellement utilisés pour vérifier l'inclinaison des puits verticaux. 2.2.1.2 Single-shots magnétiques Un Single-shot magnétique est conçu pour effectuer une unique mesure de l'inclinaison et de l'azimut du puits (par mesure du champ magnétique), l'enregistrer et la conserver jusqu'à sa lecture. Ils nécessitent donc d'être installés dans au moins une masse-tige amagnétique. Utilisé conjointement avec un raccord d'orientation indexé avec le raccord coudé, ils fournissent simultanément une mesure du tool-face, permettant ainsi l'orientation et le contrôle de la direction du puits. Les outils plus anciens (1) utilisent un pendule et un compas associés à une horloge mécanique et un système d'enregistrement photographique. Les outils modernes (2) utilisent des accéléromètres et des magnétomètres, associés à une horloge et une mémoire électronique. Un Single-shot magnétique est constitué des composants suivants: un système de mesure, incluant les systèmes nécessaires à la mesure de l'inclinaison et de l'azimut, et permettant le repérage du tool-face. (1) appelé unité d'angles. L'inclinaison est mesurée à l'aide d'un pendule ou d'un peson flottant, l'azimut est mesuré à l'aide d'un compas flottant Différents modèles existent, différant par leurs instruments de mesures et leurs plages de fonctionnement: de 0 à 10/20 degrés ou de 10 à 90 degrés d'inclinaison. (2) constitué par un ensemble d'accéléromètres et de magnétomètres un système d'enregistrement des mesures (1) appelé caméra, conçu pour photographier une image de l'instrument de mesure, incluant une lentille et une lampe permettant d'exposer un disque sensible (diamètre un pouce). (2) constitué d'une mémoire électronique un système de déclenchement, conçu pour déclencher la prise de vue à un instant donné, quand l'outil est en position pour la mesure. ce peut être: - une horloge, mécanique ou électronique, permettant de déclencher la prise de vue après un délai ajustable en surface selon le temps nécessaire pour amener l'outil en position de mesure. - un détecteur de mouvement, déclenchant la prise de vue après une période déterminée sans aucun mouvement. - un détecteur de Monel, détectant la présence de l'outil dans un environnement non magnétique et déclenchant la prise de vue après une période déterminée dans cet environnement. un système d'alimentation 105 Ingénierie du Forage Dirigé procurant l'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'outil, habituellement constitué d'un ensemble de piles de 1.5 Volts. Déclenchement et stockage des mesures Single-Shot Multi-Shot Multi-Shot Horloge mécanique Horloge ou électronique électronique & & Film Mémoire Chapitre 2 – Equipments de mesure 106 Ces différents composants sont assemblés bout à bout et installés dans un barreau protecteur fabriqué en acier non-magnétique destiné à supporter la pression et la température de fond (des protecteurs thermiques additionnels sont utilisés en cas de haute température). Des barres pesantes (acier non-magnétique ou bronze) sont installées sous ce barreau à la fois pour aider à la descente de l'ensemble et pour permettre un positionnement correct des instruments de mesure dans la longueur non magnétique en fond de trou. L'extrémité inférieure du système est constituée soit d'un amortisseur, soit d'un sabot d'orientation (UBHO - Universal Bottom Hole Orienter) venant se loger dans le raccord d'orientation quand le repérage du tool face est nécessaire. 2.2.1.3 Multi-shots magnétiques Les multi-shots sont similaires aux single-shots mais capables d'effectuer et de stocker plusieurs mesures déclenchées à un intervalle régulier programmé en surface. Ceci est réalisé en utilisant soit un système de prise de vue multiples utilisant un film de petit format (8mm), soit une mémoire électronique, couplé avec une horloge permettant à la fois de retarder le déclenchement du système puis d'activer la prise de mesure à intervalle régulier (habituellement 30 secondes ou une minute) et/ou un détecteur de mouvement. La manière la plus courante de mettre en œuvre un multi-shot est de le descendre dans une masse-tige amagnétique avant une manœuvre, puis de remonter le train de tiges en arrêtant à chaque longueur le temps nécessaire à l'obtention d'une bonne mesure. Le but des multishots n'est pas la conduite de la trajectoire mais la réalisation à posteriori d'un contrôle de cette trajectoire avec un ensemble de mesures ayant une meilleure cohérence que les mesures effectuées successivement en cours de forage. 107 Ingénierie du Forage Dirigé Gyroscope électronique (à gauche) & Elément gyroscopique (à droite) Chapitre 2 – Equipments de mesure 108 2.2.1.4 Gyroscopes Les "gyroscopes" constituent une autre famille d'instruments de mesure. L'azimut étant ici mesuré à l'aide d'un système gyroscopique ou inertiel indépendant du champ magnétique terrestre, ils peuvent donc être utilisés dans un environnement métallique. L'inclinaison reste mesurée à l'aide d'inclinomètres ou d'accéléromètres. Associés à un système d'orientation (UBHO), ils fournissent également le tool-face. Les gyroscopes sont fragiles et ne supportent pas les conditions de forage. Ils sont donc utilisés - hors forage: - pour orienter un outil de déviation dans un tubage (side-tracks, puits en ré-entrée) - pour contrôler la déviation des tubes conducteurs sur une plate-forme multi-puits. - en fin de forage, avant complétion du puits, pour effectuer une mesure complète entre le fond et la surface. L'outil est alors descendu au câble, centré dans le tubage de production. Les éléments constitutifs d'un "gyroscope" sont: - un système de mesure d'inclinaison (pendule, accéléromètres) - un système de mesure d'azimut (voir ci-dessous) - un système de mémorisation (film, mémoire électronique) et/ou de transmission des mesures (câble électrique). - un système de déclenchement des mesures (horloge mécanique ou électronique) - une source d'énergie (batteries ou câble électrique) Deux types de systèmes sont utilisés:  Les gyroscopes "conventionnels" ou "libres", mis en œuvre dès les années 1930. Ces systèmes fournissent une mesure relative de l'azimut à partir de leur orientation initiale. Avant leur descente dans le puits ils doivent donc être alignés sur un repère de surface d'orientation connue. Soumis aux forces résultant de la rotation terrestre, ces systèmes subissent une "dérive" de leur orientation. Les différentes mesures d'azimut doivent donc être corrigées en fonction de cette dérive, déterminée par la mesure de l'orientation finale du système, et assumant une dérive régulière.  Les "centrales inertielles" (rate-gyro) ou "gyroscopes à recherche automatique du Nord" (North-seeking gyro), développés depuis 1970 à partir des systèmes de navigation aériens. Avec ce type de système, la combinaison gyro-accéléromètres permet de déterminer le vecteur-forces résultant de la rotation de la Terre. Cette valeur associée à la latitude (connue) et à l'inclinaison (mesurée) du puits permet de calculer la direction du Nord géographique, et donc de déterminer l'azimut du puits. Les gyroscopes sont disponibles en différents diamètres, de 1"3/4 à une dizaine de pouces, leur précision augmentant avec le diamètre. Ils peuvent être single ou multi-shot. 109 Ingénierie du Forage Dirigé Les gyroscopes sont réputés avoir une meilleure précision que les outils de mesures magnétiques. Leurs mesures ont longtemps été utilisées comme référence pour établir la position du puits. Chapitre 2 – Equipments de mesure 110 à travers les tiges et la tige carrée à l'aide d'un "Side-entry uploads/s1/ for00639-forage-dirige-ingenierie-et-methodes-4.pdf