Navigation dans le puits de forage

Le forage directionnel, la pratique consistant à diriger un puits de forage le long d'un chemin planifié, repose essentiellement sur des mesures précises en fond de trou. Connaître l'inclinaison et l'azimut exacts du puits à tout moment est essentiel pour atteindre une cible géologique, éviter d'autres puits et permettre des profils de puits complexes comme les horizontaux.

L'arpentage en fond de trou est un processus de mesure indirect, reposant sur des capteurs pour détecter les champs naturels ou les propriétés inertielles. Les mesures s'appuient sur trois références fondamentales :

• Champ de gravité terrestre :Utilisé pour mesurer l'inclinaison (angle du trou) et l'orientation de la face de l'outil côté haut-. Les capteurs comprennent des pendules mécaniques, des interrupteurs à flotteur et desaccéléromètres.
• Le champ magnétique terrestre :Utilisé pour mesurer l'azimut magnétique (direction par rapport au nord magnétique) et la face magnétique de l'outil. Les capteurs comprennent des compas magnétiques etmagnétomètres(aimants de fluxgate). Une exigence clé pour les levés magnétiques est l'utilisation de colliers de forage non-magnétiques pour isoler les capteurs des interférences magnétiques du train de tiges en acier.
• Référence céleste ou inertielle :Utilisé pourrelevés gyroscopiques, qui sont indépendants des champs magnétiques. Ces instruments doivent être alignés sur le nord géographique à la surface avant de pénétrer dans le trou.

Les instruments d'enquête doivent résister à un environnement de fond difficile, notamment à des pressions élevées (nécessitant des boîtiers à forte pression), à des températures élevées (classifications pour les opérations à haute température jusqu'à 182 degrés ou plus), ainsi qu'à des chocs mécaniques et des vibrations importants pendant les opérations de forage ou de déclenchement.

Les outils d’enquête sont largement classés en fonction de leurs méthodes d’enregistrement et de transmission des données :

• Appareils photo magnétiques à un ou plusieurs plans- :Ces outils plus anciens utilisaient une boussole et un pendule pour capturer une image de leur orientation sur un film à une heure prédéfinie. Ils étaient simples mais limités et ont été en grande partie supprimés.
• Enregistreurs électroniques à prise unique ou multiple- :Remplacements modernes des caméras argentiques. Ils utilisent des accéléromètres et des magnétomètres pour mesurer l'orientation et stocker les données dans la mémoire interne. Les données sont téléchargées et traitées une fois l'outil récupéré en surface. Ils offrent une plus grande précision et sont utilisés pour les enquêtes planifiées.
• Outils de direction (filaires) :Ces outils transmettent des données en-temps réel à la surface via un câble (câble à conducteur unique-) posé à l'intérieur de la tige de forage. Ils fournissent des mises à jour continues de la face de l'outil, de l'inclinaison et de l'azimut, ce qui est essentiel pour orienter un moteur de fond et diriger le puits.
• Outils de mesure pendant le perçage (MWD) (sans fil) :Ce sont les systèmes les plus avancés et les plus utilisés pour le forage dirigé. Les capteurs de fond transmettent des données à la surface en-temps réel sans fil, généralement en utilisanttélémétrie par impulsions de boue(impulsions de pression positive ou négative dans le fluide de forage). Cela permet de diriger et d'arpenter sans interrompre les opérations de forage.
• Outils d'enquête gyroscopique :Ces instruments utilisent un gyroscope pour déterminer l'orientation, les rendant ainsi insensibles aux interférences magnétiques. Ils sont essentiels pour l'arpentage dans des trous tubés, dans des groupes de puits où les interférences magnétiques des tubages adjacents sont élevées, ou pour orienter les déviations du tubage existant.

L'article fournit des informations détaillées sur plusieurs types d'outils courants, qui peuvent être résumés comme suit.

1. Multi-électronique (par exemple, ESS - système d'enquête électronique)

L'ESS est un appareil d'enregistrement autonome-de haute précision-.

• Principe:Utilise des accéléromètres et des magnétomètres triaxiaux-pour détecter la gravité et les champs magnétiques. Il est alimenté par des piles et stocke les données d'enquête dans sa mémoire interne.
• Fonction:Exécuté dans des colliers de forage non magnétiques-, il mesure l'inclinaison, l'azimut et la face de l'outil à intervalles programmés. Après récupération, les données sont téléchargées et traitées via des ordinateurs de surface.
• Avantages :Haute précision, adaptée aux enquêtes critiques, y compris dans les puits-à angle élevé et horizontaux. Comprend des fonctionnalités logicielles pour l’analyse du champ magnétique et le contrôle qualité.

2. Outil de pilotage filaire (par exemple, outil d'enquête de pilotage SST -)

Le SST fournit des données-en temps réel pendant le forage, permettant ainsi des décisions de pilotage immédiates.

• Principe:Utilise des capteurs de fond (accéléromètres/magnétomètres) dans un baril sous pression. L'énergie et les données sont transmises via un câble filaire unique-conducteur à l'intérieur de la tige de forage et connecté via un sous-entrée latérale-.
• Fonction:Transmet en continu la face de l'outil, l'inclinaison et l'azimut à la surface. Les données sont affichées sur un ordinateur de surface et sur un affichage du foreur, permettant au foreur directionnel d'orienter avec précision le moteur du boîtier courbé.
• Avantages :Données-en temps réel, haute précision et possibilité de surveiller immédiatement les conditions du fond de trou. C'était un outil de forage directionnel avant l'adoption généralisée du MWD.

3. Système MWD sans fil (par exemple, DWD - directionnel pendant le forage)

DWD représente la norme industrielle pour le forage directionnel moderne, en particulier dans les puits complexes.

Principe:Les capteurs de fond (sonde MEP) mesurent l'orientation. Ces données sont codées et envoyées à un ensemble d'impulsions, qui crée des impulsions de pression dans le fluide de forage circulant à l'intérieur de la tige de forage.

• Méthodes de transmission :

1. Pouls positif :Une vanne restreint momentanément le flux de boue, créant un pic de pression positive détecté à la surface.
2. Pouls négatif :Une vanne évacue momentanément une petite quantité de boue de l’intérieur de la tige de forage vers l’espace annulaire, créant une chute de pression négative.
3. Onde continue :Une vanne rotative crée une série continue d'ondes de pression ; les déphasages dans l’onde représentent des données codées.

• Composants du système :

1. Fond de trou :Sonde MEP (capteurs), ensemble d'impulsions, alternateur de turbine (alimenté par un flux de boue) et colliers de forage non-magnétiques.
2. Surface:Transducteur de pression (monté sur la colonne montante), ordinateur de surface (MPSR) pour le décodage et le traitement des signaux, affichage du foreur (DDU) et imprimante.
3. Avantages :Aucun câble requis, ce qui permet d'économiser beaucoup de temps de montage. Fournit des données-en temps réel pour le géoguidage et est très fiable dans les puits-à angle élevé et horizontaux. La précision est élevée et bien-définie pour l'inclinaison, l'azimut et la face de l'outil.

La sélection d'un instrument de levé directionnel dépend de l'application spécifique, de l'environnement du puits et des exigences en matière de données.

• Pourenquêtes de base après-emploidans des puits uniques sans interférence magnétique,enregistreurs multiprises électroniques-offrent une grande précision à un coût relativement inférieur.
• Pourpilotage en-temps réellors de forages, notamment dans des puits complexes ou à partir de plateformes offshore,Systèmes MWDsont le premier choix, équilibrant l’efficacité, la densité des données et la fiabilité.
• Lorsque vous travaillez dansenvironnements magnétiques(trou tubé, espacement serré des puits),outils gyroscopiquessont indispensables pour obtenir des données d’azimut précises.
• Bien que les technologies plus anciennes telles que les caméras argentiques et les outils de direction filaires aient été largement remplacées, elles ont jeté les bases des systèmes électroniques et de télémétrie sophistiqués qui rendent possible le forage directionnel de précision moderne.

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