EP1144804B1 - Procede de detection d'une venue de fluide de formation dans un puits en cours de forage et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procede - Google Patents
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- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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- E21B47/103—Locating fluid leaks, intrusions or movements using thermal measurements
Definitions
- the present invention relates to a method for detecting comings of formation fluids in a well being drilled, as well as a device for the implementation of this process.
- a drilling installation comprises a drill string hollow cylindrical arranged inside a casing, provided at its lower end of a drilling tool and coupled at its upper part to a drive device in rotation.
- the installation also includes a tube extension that connects the upper part of the casing to the surface equipment.
- the mud injected inside the drill string is loaded with rock cuttings formed by the action of the tool drilling on the formation, goes up in the annular space defined by the drill string on the one hand and the casing extended by the extension tube and the wall of the hole in drilling on the other hand and then returns to the storage tanks after removal of spoil.
- a known method for detecting the inflow of fluids in the well in drilling is to measure the difference between the flow of fresh mud injected and the flow of charged sludge which rises and then compare this difference to a predetermined threshold. Exceeding this threshold signifying an inflow of fluid.
- This difference in flow is generally determined indirectly at from the measurement of the level of the mud in the corrected storage tanks known additions of fluids to the mud, such as chemicals, and variations in the volume of mud in the well linked to equipment maneuvers.
- This determination is also affected by the loss of mud in a part of the training that can mask or delay the variation of the difference between the flow of fresh mud and the flow of charged mud resulting from the coming of fluids in the well, the difference that is the basis of the detection.
- the object of the present invention is precisely to remedy these disadvantages and in particular of providing a detection method and device early arrival of formation fluid in a well during drilling.
- This method and this device can be used for the detection of comings of fluids in the form of liquid or gaseous hydrocarbons, or water, during drilling on land or at sea, this detection making it possible to take measures to stop the development of these events or minimize their effects.
- the characteristic representative of thermal equilibrium is the rate of change of heat flux circulating between fresh mud and loaded mud through the wall of the train stems, at a given depth.
- the characteristic representative of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and a sliding time average value of the heat flux circulating between the sludge fresh and the mud loaded through the wall of the drill string, to a depth given.
- the present invention provides a a process which also consists, in case of detection of a variation in the characteristic, greater than a threshold, to transmit a signal to said system indicative of said detection so that it generates an alarm.
- the characteristic characteristic of thermal equilibrium is the rate of variation of the heat flow circulating between the fresh mud and the charged mud through the wall of the drill string, at a given depth.
- the representative characteristic of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and a sliding time average value of the heat flux circulating between fresh mud and loaded mud through the wall of the train stems, at a given depth.
- said device comprises transmission means connected to the output of the processing means, to transmit to the said system the signal indicative of a coming of fluid, so that said system generates an alarm.
- the characteristic characteristic of thermal equilibrium is the rate of variation of the heat flow circulating between the charged mud and the sea water through the wall of the extension tube, at a given depth.
- the representative characteristic of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and a sliding time average value of the heat flux flowing between charged mud and seawater through the wall of the tube extension, to a given depth.
- the characteristic characteristic of thermal equilibrium is the rate of variation of the measured heat flux.
- the representative characteristic of thermal equilibrium is the difference between the instantaneous value and the sliding average value of the measured heat flux.
- the drilling installation being conducted from a control system, it comprises transmission means connected to the output of the processing means, to transmit to the said system the signal indicative of a coming of fluid, so that said system generates an alarm.
- FIG. 1 represents an oil well 1 underwater during drilling, realized by means of an installation which includes, a floating platform 2 which supports a train 3 of rods, consisting of cylindrical tubes screwed end to end, provided at its lower end of a drilling tool 4 and at its upper part of a head 13 injection.
- the train 3 of rods is rotated by means not shown in Figure 1, mounted on platform 2.
- a mud pump 10 sucks fresh mud stored in a tank 8 at through a suction pipe 11 and discharges this mud into the head 13 injection.
- the well being drilled has a casing 5 extended in its part upper by an extension tube 6 and at its lower part by the wall of the hole 5a in progress.
- the extended casing 5 surrounds the train 3 with rods for form an annular space 7, the upper part of which is connected by a line 9 to tank 8.
- the fresh mud discharged by the pump 10 into the injection head 13 is injected inside the train 3 of rods in which it flows from top to bottom and crosses the drilling tool 4 is loaded with cuttings, then goes back up into space 7 annular and returns via line 9 to the storage tank 8.
- the device for detecting the arrival of formation fluid in the well 1 includes a sensor 14 for measuring heat flow mounted against the wall external of the drill string 3 in the lower part of the annular space 7 to 10 meters above the drilling tool 4.
- the sensor 14 delivers on an output 15 a signal representative of the flow which flows between the fresh mud and the loaded mud through the internal and external walls of the drill string, at its mounting point.
- the flow thermal measured by the sensor 14 is the quantity of heat exchanged by the sludge charged which circulates in the annular space 7, with the fresh mud injected into the inside of the drill string 3, by means of said drill string, per unit of time and per unit area of the external wall of the string 3 of rods, it is expressed by example in Watt per cm2.
- This rupture causes a variation in the heat flux measured by means of the sensor 14.
- the output 15 of the sensor 14 is connected to an input of the means 16 of calculation of the speed of variation of the heat flux measured by the sensor 14 which deliver on an output 17 a signal representative of the derivative with respect to time of the measured heat flux.
- the heat flux measured by the sensor 14 is substantially constant, its derivative with respect to time is therefore very small.
- the flow temperature measured by the sensor 14 varies and its derivative with respect to time becomes strongly negative and exceeds the value of the predetermined threshold.
- the filtering of the signal delivered by the means 16 prior to the comparison is a classic operation which aims to eliminate non-variation significant of fluid inflows.
- the threshold value is determined on site according to the conditions of drilling such as the thermal gradient, the nature of the fluids, the depth, drilling diameter, flow rate of drilling fluid.
- the signal delivered on the output 19 by the processing means 18 is therefore indicative of a formation fluid coming into the well.
- the output 19 of the processing means is connected to an input of means transmission comprising a transmitter module 20 placed near the sensor 14 and a receiver module 21 placed at the upper part of the annular space 7.
- the module 21 delivers on an output 22 an image signal of the signal delivered on the output 19 by the processing means 18.
- a control system 23 for controlling the drilling installation connected to the output 22 of receiver module 21, generates an alarm in the form of a message displayed on a driving console to warn of a coming of fluid in the well, an operator of the drilling installation, who will operate the shutters of safety devices not shown in Figure 1.
- the command and control system 23 can also act on the installation by example by operating the emergency stop devices to limit the effects of coming of fluid that has been detected.
- a variant of the invention consists in transmitting the signal delivered by the sensor 14, by transmission means suitable for calculation means and processing means installed on the platform.
- the sensor 14, the calculation means, the processing means and the transmission means can advantageously be mounted on a cuff which will be inserted between two tubes of the drill string.
- This cuff can simultaneously support a usual system for measuring other parameters during drilling such as pressure, inclination the weight on the tool.
- a variant of the embodiment of the invention described above consists in mounting two devices for detecting the arrival of training fluids on the outer wall of the drill string at different depths and to be measured the time interval between the detection of a fluid arrival by each of the two devices.
- the interval thus measured gives an indication of the nature of the coming. Indeed, an arrival of gas propagating faster than an arrival of liquid, the time interval measured in the first case will be shorter than that measured in the second.
- FIG 2 shows a timing diagram of the main signals involved in the device of the invention shown in Figure 1.
- F represents the evolution of the heat flux measured by means of the sensor 14 as a function of time, an inflow of fluid into the well appearing at time to.
- dF / dT represents the speed of variation of the heat flux measured in function of time
- S is the value of the predetermined threshold whose exceeding allows to detect a coming of fluid.
- Sg represents the signal delivered by the processing means, indicative of a fluid coming into the well.
- the invention it is possible to detect early a coming of formation fluid in a well being drilled in the form of hydrocarbons gaseous and / or liquid, and / or water without risk of delay or masking by loss of mud in training and at lower cost
- the method and device of the invention are insensitive to the movements of the platform and to variations in the volume of the extension tube, and in all cases the presence of cuttings in the loaded mud.
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Description
- à mesurer en continu le flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train de tiges, à une profondeur donnée,
- à calculer en continu à partir dudit flux thermique, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre la boue fraíche circulant à l'intérieur du train de tiges et la boue chargée remontant dans l'espace annulaire, et
- à détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur de ladite caractéristique, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant de venues de fluide de formation dans le puits.
- au moins un capteur de mesure du flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train de tiges, à une profondeur donnée, capteur qui fournit un signal de mesure dudit flux thermique sur une sortie,
- des moyens de calcul, reliés à la sortie dudit capteur, pour calculer à partir flux thermique mesuré, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre la boue fraíche circulant à l'intérieur du train de tiges et la boue chargée remontant dans l'espace annulaire, et
- des moyens de traitement, reliés à une sortie des moyens de calcul, pour :
- détecter les variations de la valeur de ladite caractéristique, supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant d'une venue de fluide de formation dans le puits, et
- délivrer un signal indicatif d'une venue de fluide sur une sortie.
- à mesurer en continu le flux thermique circulant entre la boue chargée et l'eau de mer au travers de la paroi du tube prolongateur, à une profondeur donnée,
- à calculer en continu à partir du flux thermique mesuré, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre l'eau de mer et la boue chargée remontant dans l'espace annulaire, et
- à détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur de ladite caractéristique, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant de venues de fluide de formation dans le puits.
- au moins un capteur de mesure d'une grandeur physique représentative du fonctionnement du puits, qui fournit un signal de mesure de grandeur physique sur une sortie,
- des moyens de calcul, reliés à la sortie du capteur d'une grandeur physique, pour calculer à partir de ladite grandeur physique, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre l'eau de mer et la boue chargée remontant dans l'espace annulaire, et
- des moyens de traitement, reliés à une sortie des moyens de calcul, pour :
- détecter les variations de la valeur de ladite caractéristique, supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant d'une venue de fluide de formation dans le puits, et
- délivrer un signal indicatif d'une venue de fluide sur une sortie.
- la figure 1 représente schématiquement une installation de forage d'un puits pétrolier en eau profonde équipé d'un dispositif de détection de venue de fluide de formation conforme au descriptif de l'invention.
- la figure 2 est un chronogramme des signaux essentiels intervenant dans le dispositif de la figure 1.
- une variation importante de la conductibilité thermique de la boue qui remonte dans l'espace annulaire, du fait que la boue et le fluide de formation ont des conductibilités thermiques différentes, particulièrement dans le cas de venues de gaz,
- une variation des conditions d'écoulement de la boue chargée, du fait que la boue et le fluide de formation ont des viscosités et des densités différentes et dans le cas de venue de gaz du fait d'une détente possible de ce gaz,
- une variation de la température de la boue qui remonte par l'espace annulaire, du fait que le fluide de formation qui se mélange à la boue a une température différente de celle de cette dernière.
- comparent, après filtration, le signal délivré par les moyens 16 de calcul, représentatif de la dérivé par rapport au temps du flux thermique mesuré, a un seuil prédéterminé négatif et,
- en cas dépassement dudit seuil délivrent un signal sur une sortie 19.
Claims (16)
- Procédé de détection d'une venue de fluide de formation dans un puits (1) en cours de forage, ledit forage consistant à réaliser un trou (5) dans une formation, au moyen d'une installation comportant un train (3) de tiges cylindrique creux, disposé à l'intérieur d'un cuvelage (5) et dans lequel est injectée de la boue fraíche, ledit train (3) de tiges, ledit cuvelage (5) et la paroi du trou (5a) en cours de réalisation définissant un espace (7) annulaire par lequel remonte de la boue chargée, lequel procédé se caractérise en ce qu'il consiste :à mesurer en continu le flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train (3) de tiges, à une profondeur donnée,à calculer en continu à partir dudit flux thermique, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre la boue fraíche circulant à l'intérieur du train (3) de tiges et la boue chargée remontant dans l'espace (7) annulaire, età détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur de ladite caractéristique, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant de venues de fluide de formation dans le puits (1).
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la vitesse de variation du flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train (3) de tiges, à une profondeur donnée.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la différence entre la valeur instantanée et une valeur moyenne temporelle glissante du flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train (3) de tiges, à une profondeur donnée.
- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'installation de forage étant conduite à partir d'un système de contrôle commande, il consiste en plus, en cas de détection d'une variation de la caractéristique représentative de l'équilibre thermique supérieure à un seuil, à transmettre au dit système un signal représentatif de ladite détection pour qu'il génère une alarme.
- Dispositif de détection d'une venue de fluide de formation dans un puits (1) en cours d'un forage, ledit forage consistant à réaliser un trou (5a) dans une formation au moyen d'une installation comportant un train (3) de tiges cylindrique creux, disposé à l'intérieur d'un cuvelage (5) et dans lequel est injecté de la boue fraíche, ledit train (3) de tiges, ledit cuvelage (5) et la paroi du trou (5a) en cours de réalisation définissant un espace (7) annulaire par lequel remonte de la boue chargée, lequel dispositif se caractérise en ce qu'il comporte :au moins un capteur de mesure du flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train (3) de tiges, à une profondeur donnée, capteur qui fournit un signal de mesure dudit flux thermique sur une sortie,des moyens de calcul, reliés à la sortie dudit capteur, pour calculer à partir flux thermique mesuré, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre la boue fraíche circulant à l'intérieur du train (3) de tiges et la boue chargée remontant dans l'espace (7) annulaire, etdes moyens de traitement, reliés à une sortie des moyens de calcul, pour :• détecter les variations de la valeur de ladite caractéristique, supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant d'une venue de fluide de formation dans le puits (1), et• délivrer un signal indicatif d'une venue de fluide sur une sortie.
- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la vitesse de variation du flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train de tiges, à une profondeur donnée.
- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la différence entre la valeur instantanée et une valeur moyenne temporelle glissante du flux thermique circulant entre la boue fraíche et la boue chargée au travers de la paroi du train de tiges, à une profondeur donnée.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que, l'installation de forage étant conduite à partir d'un système de contrôle commande, il comporte des moyens de transmission reliés à la sortie des moyens de traitement, pour transmettre au dit système le signal indicatif d'une venue de fluide, pour que ledit système génère une alarme.
- Procédé de détection d'une venue de fluide de formation dans un puits (1) sous-marin en cours de forage, ledit forage étant réalisé au moyen d'une installation comportant un train (3) de tiges cylindrique creux, disposé à l'intérieur d'un cuvelage (5) prolongé par un tube prolongateur s'étendant dans l'eau entre le fond de la mer et la surface, de la boue fraíche étant injectée dans ledit train (3) de tiges qui forme avec ledit cuvelage (5) et ledit tube prolongateur un espace (7) annulaire par lequel remonte de la boue chargée, lequel procédé se caractérise en ce qu'il consiste :à mesurer en continu le flux thermique circulant entre la boue chargée et l'eau de mer au travers de la paroi du tube prolongateur, à une profondeur donnée,à calculer en continu à partir du flux thermique mesuré, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre l'eau de mer et la boue chargée remontant dans l'espace (7) annulaire, età détecter des variations supérieures à un seuil, de la valeur de ladite caractéristique, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant de venues de fluide de formation dans le puits (1).
- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la vitesse de variation du flux thermique circulant entre la boue chargée et l'eau de mer au travers de la paroi du tube prolongateur, à une profondeur donnée.
- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la différence entre la valeur instantanée et une valeur moyenne temporelle glissante du flux thermique circulant entre la boue chargée et l'eau de mer au travers de la paroi du tube prolongateur, à une profondeur donnée.
- Procédé selon une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'installation de forage étant conduite à partir d'un système de contrôle commande, il consiste en plus, en cas de détection d'une variation de la caractéristique représentative de l'équilibre thermique supérieure à un seuil, à transmettre au dit système un signal représentatif de ladite détection pour qu'il génère une alarme.
- Dispositif de détection d'une venue de fluide de formation dans un puits (1) sous marin en cours d'un forage, ledit forage étant réalisé au moyen d'une installation comportant un train (3) de tiges cylindrique creux, disposé à l'intérieur d'un cuvelage (5) prolongé par un tube prolongateur s'étendant dans l'eau entre le fond de la mer et la surface, de la boue fraíche étant injectée dans ledit train (3) de tiges qui forme avec ledit cuvelage (5) et ledit tube prolongateur un espace (7) annulaire par lequel remonte de la boue chargée, lequel dispositif se caractérise en ce qu'il comporte :au moins un capteur de mesure du flux thermique circulant entre la boue chargée et l'eau de mer au travers de la paroi du tube prolongateur, à une profondeur donnée, capteur qui fournit un signal de mesure dudit flux thermique sur une sortie,des moyens de calcul, reliés à la sortie dudit capteur, pour calculer à partir du flux thermique mesuré, la valeur d'une caractéristique représentative d'un équilibre thermique s'établissant en l'absence d'une venue de fluide de formation, entre la boue chargée remontant dans l'espace (7) annulaire et l'eau de mer au travers de la paroi du tube prolongateur, à une profondeur donnée, etdes moyens de traitement, reliés à une sortie des moyens de calcul, pour :détecter les variations de la valeur de ladite caractéristique, supérieures à un seuil, lesdites variations traduisant une rupture dudit équilibre thermique résultant d'une venue de fluide de formation dans le puits (1), etdélivrer un signal indicatif d'une venue de fluide sur une sortie.
- Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la vitesse de variation du flux thermique mesuré.
- Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la caractéristique représentative de l'équilibre thermique est la différence entre la valeur instantanée et la valeur moyenne glissante du flux thermique mesuré.
- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 15 caractérisé en ce que, l'installation de forage étant conduite à partir d'un système de contrôle commande, il comporte des moyens de transmission reliés à la sortie des moyens de traitement, pour transmettre au dit système le signal indicatif d'une venue de fluide, pour que ledit système génère une alarme.
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