FR2917118A1 - Dispositif pour determiner la concentration d'un fluide conducteur present dans un forage rempli de fluide - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour déterminer la proportion d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives (6) pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; un processeur agencé pour a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives, b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et un émetteur agencé pour transmettre la moyenne et l'écart type calculés vers un récepteur à un second emplacement, le récepteur fournissant la moyenne et l'écart type à un second processeur agencé pour calculer la concentration de fluide conducteur dans un mélange de fluides dans le fluide remplissant le forage à partir de la moyenne m et de l'écart type sd, et d'une valeur prédéterminée R de la résistance.

Description

B8949 - P/51822 1 DISPOSITIF POUR DÉTERMINER LA CONCENTRATION D'UN FLUIDE

CONDUCTEUR PRÉSENT DANS UN FORAGE REMPLI DE FLUIDE

La présente invention concerne un dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur présent dans un forage rempli de fluide et en particulier des dispositifs appelés mesureurs de teneur en eau qui sont utilisés dans des forages remplis de pétrole, de gaz et d'eau. Quand on fore pour rechercher et extraire des hydrocarbures tels que du pétrole et du gaz, de l'eau peut également entrer dans le puits et circuler dans le forage ou la tige de forage. Il est souhaitable de connaître les proportions relati- ves d'eau et d'hydrocarbures dans le puits pour que le rendement du puits puisse être connu et que des décisions motivées puis-sent être prises sur le fonctionnement et l'entretien du puits. Si une section du forage perpendiculaire à l'axe du puits est considérée, la proportion de surface occupée par de l'eau par rapport à la surface totale est appelée la teneur en eau. La teneur en gaz ou la teneur en pétrole peut être calculée de façon similaire. L'eau et les hydrocarbures ne forment pas réellement une solution. Au lieu de cela, le plus petit fluide constituant apparaît sous forme de gouttelettes dans le fluide majoritaire. Les gouttelettes peuvent être très petites, comme dans une B8949 - P/51822

2 émulsion, ou très grandes, d'où il résulte une séparation totale en couches ou flux alternés, ce qui est appelé dans la technique écoulement aggloméré. Dans un train de tiges ou forage non vertical les fluides les plus légers tendent à se concentrer davantage du côté supérieur de la tige ou forage. Les fluides plus légers tendent également à s'écouler plus rapidement vers le haut que les plus lourds, et même des fluides particuliers peuvent se déplacer en sens opposé de l'écoulement général. Ceci est illustré à titre d'exemple en figures la et lb. La figure la est une section longitudinale prise à travers un forage ou une tige de forage, représentant les hydrocarbures les plus légers tels que du pétrole qui montent rapidement en sens opposé d'un écoulement d'eau vers le bas. La figure lb est une vue en coupe à travers la tige représentée en figure la, illustrant la sépa- ration latérale de l'eau et du pétrole ainsi qu'une couche dans laquelle des gouttelettes d'eau sont présentes dans le pétrole et des gouttelettes de pétrole sont présentes dans l'eau. Un mesureur résistif de teneur en eau fonctionne en détectant la résistance apparente du fluide dans le forage ou la tige de forage au niveau d'un réseau de points pris dans la section du forage. Toute eau présente contiendra de façon générale suffisamment de sels pour la rendre notablement moins résistive que les hydrocarbures. D'autre part, les hydrocarbures ont une conductivité très faible et se comportent essentielle- ment comme des isolants. En mesurant la différence en différents points sur une section du forage, une vue plus nette de la proportion d'eau par rapport aux hydrocarbures peut être obtenue. En outre, les résistances surveillées, étant donné qu'elles varient avec la position et le temps, peuvent être interprétées pour améliorer la compréhension de la composition du fluide dans le forage. Le brevet US 5 736 637 décrit un dispositif connu pour évaluer l'écoulement multiphase d'un fluide dans un forage. Le brevet US 3 792 347 décrit l'utilisation de sondes en aiguilles bien isolées pour pénétrer dans des gouttelettes de B8949 - P/51822

3 pétrole de sorte que la petite pointe exposée de l'électrode n'est plus en communication électrique avec la masse par l'intermédiaire d'un fluide essentiellement à base d'eau tandis qu'elle se trouve dans la gouttelette, ce qui conduit à une détermination de la proportion de pétrole dans le fluide. Le brevet US 3 009 095 décrit de façon similaire l'utilisation de la propriété résistive pour détecter des gouttelettes d'eau dans un fluide essentiellement à base de pétrole en positionnant deux électrodes près l'une de l'autre de sorte que de petites gouttelettes d'eau entre elles créent un trajet conducteur. Pour produire des données suffisantes et fiables décrivant la composition de fluide dans le forage, il est souhaitable de prendre des mesures en continu en plusieurs emplacements du forage. La vitesse à laquelle des mesures indi- viduelles de résistance sont effectuées par un capteur résistif ou individuel est souvent de plusieurs milliers par seconde et un dispositif unique présente souvent plusieurs capteurs. Pen- dant la mise en place du dispositif dans le forage, une grande quantité de données peut donc être recueillie ce qui doit ensuite être traité et mémorisé. Bien que des données puissent être mémorisées dans le dispositif pour une analyse ultérieure, il est préférable de transmettre les données vers la surface pour une analyse immédiate de sorte qu'une surveillance et une prise de décision en temps réel puissent prendre place. Ceci permet au dispositif de faire un second passage dans une zone d'intérêt de façon immédiate, plutôt que de ramener le disposi- tif dans cette zone après achèvement d'un cycle complet. La transmission de données de cet ordre de grandeur est réalisée en utilisant une connexion filaire, une connexion électronique courante dans la technique, entre la surface et le dispositif déployé dans le forage. La capacité limitée d'une ligne filaire pour transmettre des données agit donc comme un goulot d'étran- glement quant à la quantité de données qui peuvent être transmises depuis le dispositif vers la surface. A titre de B8949 - P/51822

4 variante, les données peuvent être enregistrées in situ dans le forage et de façon similaire la capacité du milieu d'enregistrement peut représenter un goulot d'étranglement entre l'instrument et la présentation éventuelle des données.

Pour maintenir une plage de mesure et une résolution suffisante, la résistance mesurée sera typiquement mesurée sur au moins 16 bits sur une échelle logarithmique. Etant donné qu'une valeur de résistance sera typiquement représentée par un nombre à 16 bits (donnant approximativement 66000 valeurs possibles de résistance) et en supposant que l'échantillonnage survient à une fréquence de par exemple 5 kHZ, la connexion filaire entre le dispositif et la surface devra transmettre 80 kb/s de données par détecteur. Pour un dispositif à 12 détecteurs, une connexion filaire permettant une largeur de bande de près de 1 Mb/s est alors requise. Toutefois, les liaisons de transmission typiques ont une largeur de bande limitée, par exemple de l'ordre de 25 kb/s à 100 kb/s et sont souvent partagées avec d'autres instruments. Il existe donc un besoin d'un dispositif amélioré permettant un recueil et un traitement plus efficace de données de teneur en eau pour fonctionner avec des liaisons de transmission couramment disponibles. Résumé de l'invention Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un dispositif pour déterminer la proportion d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides dans un forage rem- pli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; un processeur agencé pour a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives, b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et un émetteur agencé pour trans- mettre la moyenne et l'écart type calculés vers un récepteur à un second emplacement, le récepteur fournissant la moyenne et l'écart type à un second processeur agencé pour calculer la concentration de fluide conducteur dans un mélange de fluides B8949 - P/51822

dans le fluide remplissant le forage à partir de la moyenne m et de l'écart type sd, et d'une valeur prédéterminée R de la résistance. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 il est prévu un dispositif pour déterminer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; un processeur agencé pour a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives, b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et un émetteur agencé pour transmettre la moyenne et l'écart type calculés vers un récepteur à un second emplacement, le récepteur fournissant la moyenne et l'écart type à un second processeur agencé pour calculer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides dans le fluide remplissant le forage à partir de la moyenne m et de l'écart type sd, et d'une valeur prédéterminée R de la résistance pour le ou les autres fluides dans le mélange.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le second processeur est agencé pour déterminer à partir des mesures de résistance la résistance apparente R du fluide sensiblement conducteur (Rc) ou du fluide sensiblement non-conducteur (Ri).

Selon un mode de réalisation de la présente invention, la valeur R est connue et dans lequel, lors du calcul par le second processeur, la valeur R doit être introduite. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le second processeur est agencé pour calculer la valeur de 30 teneur en eau (h) selon les équations [1] et [2] : [1] h = x/ (x + sd2), et [2] x = (Ri - m)2 ; où sd est l'écart type des mesures des résistances, m est la valeur moyenne des mesures des résistances et Ri est la valeur 35 de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont B8949 P/51822

6 sensiblement non conducteurs, moyennée sur la durée de mesure ; ou selon l'équation [3] [3] h = sd2/(sd2 + (m-R,) 2) où sd est l'écart type des mesures de résistance, m est la valeur moyenne des mesures de résistance et Rc est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement conducteurs. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le second processeur est agencé pour calculer la valeur de résistance pour le fluide sensiblement conducteur dans le mélange selon l'équation : R, = (m.Ri - m2 - sd2)/(Ri - m) ou la valeur de résistance pour le fluide sensiblement non-conducteur dans le mélange selon l'équation : Ri = (m2 + sd2 - m.R,) / (m - R,) où sd est l'écart type des mesures de résistance, m est la valeur moyenne des mesures de résistance, Rc est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement conducteurs, moyennée sur la durée de mesure, et Ri est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement non conducteurs, moyennée sur la durée de mesure. Selon un mode de réalisation de la présente invention, seules les valeurs de m et sd sont transmises au récepteur au 25 niveau du second emplacement. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend une connexion filaire entre l'émetteur et le récepteur pour transmettre les valeurs calculées. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 le second processeur est disposé à la surface du forage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif compre- 35 nant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résis- B8949 - P/51822

7 tance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; et un processeur agencé pour a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives ; b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et c) utiliser la moyenne et l'écart type et une valeur pré-déterminée R de la résistance, calculer la concentration du fluide conducteur dans le mélange de fluides dans le forage rempli de fluide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; un premier processeur agencé pour recevoir des mesures de résistance des sondes résistives et pour affecter chaque mesure de résistance selon sa valeur à l'une d'une pluralité de cases de mesure, dans lequel chaque case de mesure correspond à une plage de valeurs de mesures de résistance, dans lequel le processeur est également agencé pour transmettre le nombre de mesures affectées à chaque case de mesure à un second processeur et le second processeur est agencé pour calculer la concentration du fluide conducteur dans un mélange de fluides dans le forage rempli de fluide à partir du nombre de mesures dans chaque case de mesure. Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides conducteur et non- conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact, les sondes résistives comprenant une électrode de détection et une électrode de référence dans lequel l'électrode de détection a une partie conique qui est exposée au fluide pour prendre une mesure de résistance, la partie conique de l'élec- B8949 - P/51822

8 trode de détection étant agencée pour faire face à une première direction d'écoulement de fluide, et l'électrode de référence coopère avec l'électrode de détection de sorte que, dans une seconde direction d'écoulement de fluide, l'écoulement de fluide est défléchi vers la partie conique de l'électrode de détection. Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un dispositif pour déterminer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; et un processeur agencé pour a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives ; d) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et e) utili- ser la moyenne et l'écart type et une valeur prédéterminée R de la résistance de l'un des fluides, pour calculer la valeur de résistance du ou des autres fluides dans un mélange de fluides dans le forage rempli de fluide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, il est prévu un dispositif pour déterminer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact, les sondes résistives comprenant une électrode de détection et une électrode de référence, dans lequel l'électrode de détection a une partie conique qui est exposée au fluide pour prendre une mesure de résistance, la partie conique de l'électrode de détection étant agencée pour faire face à une première direction d'écoule- ment de fluide, et l'électrode de référence coopère avec l'électrode de détection de sorte que, dans une seconde direction d'écoulement de fluide, l'écoulement de fluide est défléchi vers la partie conique de l'électrode de détection.

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9 Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premier et second sens d'écoulement de fluide sont sensible-ment opposés. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les première et seconde électrodes sont montées dans un boîtier pouvant communiquer avec le fluide et dans lequel le boîtier définit au moins des première et seconde directions d'écoulement de fluide. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode de référence a une surface qui s'étend dans l'écoulement de fluide, la surface étant inclinée vers la partie conique de l'électrode de détection. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'électrode de référence est en forme de coin et est montée sur 15 le boîtier. Brève description des figures La présente invention va maintenant être décrite plus en détail à titre d'exemple et en faisant référence aux dessins parmi lesquels : 20 la figure la est une vue en coupe longitudinale d'un forage ou tige de forage présentant un écoulement de pétrole et d'eau ; la figure lb est une vue en coupe transversale dans un tube de forage présentant la séparation latérale des couches 25 d'eau et de pétrole ; la figure 2 est une vue de côté d'un dispositif particulier à déployer dans un forage pour déterminer la teneur en eau ; la figure 3 est une vue en coupe d'un forage présen- 30 tant l'agencement des électrodes du dispositif de la figure 2 ; la figure 4 représente des variantes de configuration possibles des électrodes dans le forage ; la figure 5 est une représentation schématique plus détaillée de l'un des capteurs résistifs ; B8949 - P/51822

10 la figure 6 est une vue en perspective de l'électrode de référence et du boîtier représentés en figure 5 ; la figure 7 est une représentation graphique illustrant la répartition probable des mesures de résistance obtenues à partir d'un forage contenant de l'eau et des hydrocarbures ; et la figure 8 est un histogramme illustrant les résultats traités selon un second procédé particulier. Description détaillée d'un mode de réalisation particulier Dans des applications à un trou de forage, la largeur de bande des données entre un dispositif disposé dans le forage et la surface, alors que des mesures de détermination de teneur en eau effectuées dans un forage peuvent avoir besoin de très nombreuses données. On propose une technique pour calculer la teneur en eau qui requiert que moins de données soient transmises entre les dispositifs en fond de forage et la surface. La figure 2 représente un dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un trou de forage rempli de fluide selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Dans le présent texte, les termes "fluides conducteurs" et "fluides sensiblement non conducteurs" seront utilisés pour mentionner des fluides de type eau ou analogue à de l'eau d'une part et des fluides de type hydrocarbures ou analogues à des hydrocarbures d'autre part.

La figure 2 est une vue de côté d'un mesureur de teneur en eau 2. Le dispositif comprend une tige centrale ou mandrin 4 pour connexion avec une chaîne d'outils immergée dans un forage (non représenté). De nombreuses sondes résistives 6 ou capteurs sont montés sur le mandrin par des ressorts en arc respectifs 8. Dans le mode de réalisation particulier représenté, les ressorts en arc sont montés autour de la périphérie du mandrin de sorte que les sondes résistives forment un réseau circulaire qui suit la périphérie du forage ou tube de forage 1 dans lequel le dispositif est placé. Ceci est représenté en figure 3.

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11 Les capteurs ou sondes résistives peuvent être disposés de façon différente, par exemple selon des agencements matriciels ou linéaires comme cela est représenté en figure 4. Etant donné que les fluides dans le tube sont souvent strati- fiés, l'agencement linéaire peut donner de bons résultats pourvu qu'il soit convenablement orienté par rapport aux couches de fluide. La structure matricielle donne une compréhension plus complète de la composition de fluide dans le tube mais est plus coûteuse en termes de fabrication et de quantité de données obtenues. La structure des électrodes autour de la périphérie représentée en figure 3 est donc un bon compromis entre les deux solutions. La structure des dispositifs comprenant des réseaux de capteurs tels qu'illustrés en figure 4 différera vraisemblablement de celle illustrée en figure 2 en raison du besoin de porter un capteur au milieu du tube ou selon un motif en forme de matrice. Toutefois, la considération de telles structures n'est pas nécessaire pour la compréhension de l'invention. Une sonde résistive ou capteur individuel est illustré en figure 5. Le capteur 10 comprend un boîtier 12 en un matériau isolant. Une électrode de détection 14 est montée dans le boîtier 12 de sorte qu'elle est isolée de l'électrode de référence 16 et, sauf en ce qui concerne sa pointe, du fluide. L'électrode de détection a une extrémité pointue ou conique qui n'est pas isolée du fluide, au moyen de laquelle la mesure est effectuée. La pointe est orientée de sorte que, en fonctionne-ment, elle est sensiblement parallèle à une première direction le long de laquelle le fluide dans le forage est amené à s'écouler. Ceci assure que la pointe perce ou pénètre dans toute gouttelette de fluide dans le fluide et améliore la précision d'ensemble de la mesure. Des signaux sont transmis à partir des électrodes respectives vers des circuits électroniques de détecteurs dans le dispositif. Le contact de référence est typiquement au poten- tiel de la masse. L'écart entre électrodes détermine la dimen- Sion minimum d'une gouttelette conductrice qui peut être B8949 - P/51822

12 détectée dans un fluide essentiellement isolant. La surface de l'électrode de détection exposée détermine la dimension minimum d'une gouttelette isolante qui peut être détectée dans un fluide essentiellement conducteur. L'électrode de référence 16 a de préférence la forme d'une rampe, comprenant une partie inclinée qui s'étend à partir du boîtier 18 vers la pointe de l'électrode active 14. Le boîtier 18 a de préférence la forme d'une gaine cylindrique ayant une ouverture à au moins une extrémité, de sorte que du fluide peut s'écouler directement sur la pointe de l'électrode de détection (de la droite vers la gauche) dans une direction préférée du fluide. Le fluide peut s'échapper sur le côté de la gaine ou boîtier. Dans un autre exemple, la gaine présente des ouvertures aux deux extrémités ou des deux côtés, en amont et en aval des électrodes. Le boîtier définit donc au moins des première et seconde directions d'écoulement de fluide qui sont sensiblement opposées l'une à l'autre. Bien sûr, l'électrode de référence peut être inclinée de sorte que les première et seconde directions ne sont pas opposées, si la forme du capteur l'impose. Une vue en perspective du boîtier et de l'électrode de référence est présentée en figure 6 ; l'électrode active ou de détection est disposée le long de l'axe du boîtier au-dessus de l'électrode de référence. La distance entre les capteurs détermine la dimension minimum des gouttelettes d'eau dans le pétrole qui peuvent être reconnues. Il est bon d'avoir une petite distance, mais une trop petite distance peut entraîner qu'une gouttelette soit capturée par les sondes de détection et obscurcisse des changements ultérieurs de composition de fluide.

Le fluide s'écoulant sur les parties pointues des électrodes aide à casser les gouttelettes dans le fluide. Ainsi, les sondes de détection sont munies de bords aiguisés dans au moins une direction d'écoulement (de la droite vers la gauche dans le schéma). En outre, l'éclatement de gouttelettes en sens opposé est favorisé par une inclinaison de l'une des électrodes B8949 - P/51822

13 dans l'écoulement du fluide, l'électrode de référence 16 en forme d'angle ou de coin dans ce cas, pour diriger l'écoulement latéralement en travers de la pointe aiguisée de l'autre électrode pour aider à la rupture aux limites des gouttelettes.

Ainsi, l'électrode de référence agit comme un déflecteur. Ceci améliore la symétrie de la réponse entre les deux directions à des débits faibles. En fonctionnement, un potentiel est appliqué à l'électrode de détection de sorte que du courant est induit dans le fluide entre les électrodes. Le courant peut être détecté au niveau de l'une ou l'autre électrode et à partir du courant mesuré et du potentiel connu, on peut déterminer la résistance du fluide incident. En pratique, la plage de résistances détectée par le capteur sera très grande. L'eau s'écoulant dans le tube aura une résistance relativement faible en raison de son contenu en sels tandis que les hydrocarbures auront une résistance très élevée et agiront comme un isolant. En conséquence, on préfère utiliser les logarithmes des valeurs de résistance en raison de la grande plage possible de valeurs. En outre, les valeurs détectées par le capteur sont de préférence limitées en échelle de sorte que les résistances très élevées ou infinies des hydrocarbures peu-vent être traitées. Le fonctionnement d'un capteur sur une certaine durée produira donc une distribution de valeurs du type de celle illustrée en figure 7. Le graphique présente deux pics séparés, un pic plus large pour de faibles valeurs de résistance représentant une plage de résistances mesurées pour le fluide conducteur, typiquement de l'eau, ainsi qu'un pic très étroit représentant les résistances élevées éventuellement limitées par l'échelle du capteur pour les fluides non conducteurs ou hydrocarbures. Le fonctionnement d'un mode de réalisation particulier va maintenant être décrit plus en détail. Les valeurs échantil- lonnées de la résistance s'avèrent tomber dans l'un ou l'autre des deux groupes étroits avec une distribution de valeurs autour B8949 -P/51822

14 d'une moyenne Ri pour le pétrole ou le gaz et Rc pour l'eau. Rc est donc la résistance apparente du fluide conducteur, à savoir l'eau et Ri est la résistance apparente du fluide isolant, à savoir les hydrocarbures. Le terme "résistance apparente" est utilisé ici pour indiquer le fait que la résistance de l'eau ou des hydrocarbures n'est pas une propriété statique mais change au cours du temps tandis que l'écoulement et les propriétés des fluides constituant dans le forage changent, et parce qu'elle est en outre affectée par la forme du capteur et les interféren-ces avec le capteur, par exemple un mouillage de surface, des débris ou de la corrosion. Quand les groupes sont étroits, on peut supposer selon une bonne approximation que toutes les mesures de résistance de pétrole et d'eau résultent en une lecture de Ri et de Rc. La proportion d'échantillons à Rc, par rapport à la proportion à Ri, reflètera donc la proportion volumique d'eau dans le fluide dans son ensemble. En supposant que Nc est le nombre d'échantillons à Rc et Ni est le nombre d'échantillons à Ri, alors la teneur en eau h peut être définie comme la proportion volumique d'eau dans le fluide de sorte que : h = Nc/(Nc + Ni) On montre facilement que : 1-h = Ni/(Nc + Ni) La moyenne m de l'ensemble de n valeurs (R) est : m = E(R)/n En appliquant ceci au fluide mesuré, m = (NCRC + NiRi) / (N,+Ni) et en remplaçant dans les expressions ci-dessus h et (1-h), on peut écrire : m = h.R, + (1-h).Ri ...[1] Si Rc et Ri sont connus, la teneur en eau h peut être obtenue directement à partir de l'équation 1, selon : h = (m ù Ri) / (Rc ù Ri) L'homme de l'art du domaine des diagraphies de sondage 35 notera que la surveillance de la valeur de m sur de grandes B8949 - P/51822

15 durées ou de grandes distances axiales le long du tube indiquera dans de nombreuses circonstances les valeurs de Ri et de Rc. Ceci est dû au fait que les valeurs maximum et minimum possibles de m surviennent quand le détecteur voit un hydrocarbure pur ou de l'eau pure. Ces excursions maximum/minimum peuvent être considérées comme étant Rc et Ri. On notera que ceci ne sera pas toujours le cas. L'écart type sd d'un ensemble devaleurs R est donné par : sd = [E R-m) 2) /n] = '\i[E (R2- 2mR + m2) /n] = -\I[E(R2)/n - (2mR) /n + (m2)/n] = -\I[E (R2) /n - 2m (R) /n + n (m2) /n] =-\i[E(R2)/n-2m2+ m2] = [ E (R2)/n -m2 ] En appliquant ceci au fluide mesuré : sd = [ (N~ (R,2) + Ni (Ri2) ) / (N,+Ni) - m2] = [ h (Rc2) + (1-h) (Ri 2) - m2 ] ...[2] On peut utiliser des équations [1] et [2] pour élimi-20 ner Rc. A partir de [1], R, = (m - (1-h)Ri) /h En remplaçant dans [2], sd = [h ((( m - (1-h) Ri )/h)2) + (1-h) (Ri2) - m2] 25 = '\/[(m -(1-h)Ri)2/h + (1-h) (Ri2) - m2] = 1I[ (m2 + (1-h)2Ri2 - 2m(1-h)Ri ) /h + (1-h) (Ri2) - m2] = '\l[m2/h + (1-h)2Ri2/h - 2m(1-h)Ri/h + (1-h) (Ri2)-m2] = '\l[m2(1/h - 1) + Ri2 (1/h + h-2+1-h) - 2m(1-h)Ri/h] = '\l[m2 (1/h -1) + Rie (1/h -1) - 2m(1/h -1)Ri] 30 sd2/ (1 /h - 1) = m2 + Rie - 2mRi = (Ri -m) 2 Si on définit x = (Ri - m) 2 sd2/ (1/h - 1) = x h. sd2 = x (1-h) 35 h(sd2+ x) = x 15 B8949 - P/51822

16 h = x/(sd2 + x) Ainsi, une valeur pour la teneur en eau h peut être ensuite calculée à partir des expressions [1] et [2] pour la moyenne et l'écart type de la façon suivante : h = x/ (x + sd2), où x = (Ri - m)2 Pour chaque capteur, la valeur moyenne m et l'écart type sd sont calculés. La durée d'échantillonnage pendant laquelle la moyenne est prise doit être longue par rapport aux variations naturelles du régime d'écoulement du fluide. Typique-ment, on préfère un tiers de seconde, avec un taux d'échantillonnage d'environ 400 échantillons pour chacun des 12 capteurs. La période ou taux d'échantillonnage peut être modifiée d'un facteur deux si plus ou moins de données sont requises.

Les valeurs m et sd sont alors transmises vers la surface par la ligne filaire de sorte que la teneur h peut être calculée en utilisant une valeur prédéterminée pour Ri. Ri peut être déterminé à partir du fluide de forage par observation de la variation des valeurs de m et sd pour un capteur de données et en notant la valeur de m quand elle est élevée et accompagnée d'une faible valeur de sd. Ceci peut être effectué en surface pendant une certaine durée avant que la mesure de la teneur en eau ne prenne place. On notera que Rc pourrait être utilisé au lieu de Ri. Dans ce cas, h = sd2/ (sd2+ (m-Rc) 2) Toutefois, Ri est préféré car le côté hydrocarbure des lectures tend à avoir une distribution plus serrée et à être moins variable. Comme la résistivité d'un hydrocarbure fluide typique est pratiquement infinie, le circuit de détection du capteur ou bien limitera la valeur Ri mesurée à la valeur de résistance maximum possible ou bien indiquera une valeur légèrement plus faible indiquant la présence de contaminants sur la sonde. Pourvu que ces contaminants aient encore une très forte résis- tance par rapport à l'eau dans le puits, la précision du procédé B8949 - P/51822

17 n'est pas affectée. Ce qui est important est que les valeurs pour le fluide isolant soient écartées de la distribution pour le fluide conducteur et que les distributions soient serrées. Le calcul de la teneur h à partir de la moyenne et de l'écart type se base sur la reconnaissance du fait que la répartition est essentiellement bipolaire et que la valeur moyenne (Ri dans ce cas) pour le groupe le plus serré est connue. Pourvu que les deux groupes aient chacun un écart type inférieur à 20 % de la séparation entre leurs deux moyennes, la contribution résultante à l'erreur dans le calcul de teneur est inférieure à 4 %. La nature de la répartition peut toutefois changer quand les conditions changent dans le puits, par exemple dans le cas de différents constituants et de variations de profondeur.

Une répartition bipolaire présente un écart type qui se réduit quand la valeur moyenne se déplace vers l'un ou l'autre extrême de sa plage de fonctionnement. Quand l'écart type est à sa plus faible valeur d'un côté, la moyenne associée peut être utilisée pour calculer la valeur de la teneur en utilisant l'expression donnée ci-dessus. Pour cette raison, on préfère que seulement la moyenne et l'écart type soient transmis vers la surface de sorte qu'il puissent être utilisés pour confirmer le caractère adapté de l'approximation, ainsi que pour aider à la reconnaissance et à l'interprétation d'autres conditions. Ainsi, il n'est jamais nécessaire de transmettre des valeurs de résistance mesurées en elles-mêmes. On notera que, dans le mode de réalisation particulier, le capteur comprend 12 capteurs élémentaires disposés à différents points dans le forage. En pratique, 24 valeurs sont donc transmises le long de la connexion filaire lors de chaque temps d'échantillonnage. Ceci réduit beaucoup la largeur de bande utilisée. On peut également montrer que la moyenne et l'écart 35 type de la répartition bipolaire peuvent être utilisés avec Ri B8949 -P/51822

18 pour calculer Rc, ou à titre de variante avec Rc pour calculer Ri. = (m.Ri - m2 - sd2)/(Ri - m) Ri = (m2 + sd2 - m.R,) / (m - R,) Ceci peut être utile, par exemple, si Ri est fixé à la limite supérieure de la plage de mesure, et qu'une certaine visibilité de la résistance du fluide conducteur Rc est désirée. Toutefois, on peut mieux se reposer sur une nature bipolaire de la répartition que sur le calcul pour la teneur.

Bien que le fonctionnement du dispositif ait été expliqué en termes de mesure de résistance de fluide, cette explication doit inclure une mesure de conductance, l'inverse de la résistance. Des références à la résistance ne sont donc pas destinées à exclure la conductivité. En fait, l'utilisation de la moyenne et de l'écart type en tant que moyen pour assurer une compression de données peut s'appliquer à d'autres valeurs échantillonnées à partir de répartitions essentiellement bipolaires, par exemple la capacité ou la densité. La technique préférée utilise avantageusement la prise de conscience de ce que la valeur temporelle moyenne du paramètre que l'on mesure (dans ce cas la résistance ou la conductance) peut être supposée être la somme pondérée de deux constantes et en outre que la valeur de la teneur en eau recherchée est donnée par la pondération. La pondération elle-même se révèle par l'écart type et la moyenne. La pondération ou la teneur peut être un résultat du mélange des fluides ou du fait que le paramètre mesuré varie rapidement entre deux extrêmes et est moyennée dans le temps dans le même but. Dans un second mode de réalisation particulier, une réduction des données transmises à partir du dispositif vers les systèmes de commande en surface est obtenue en transmettant un histogramme des données. La lecture de la résistance obtenue à partir de chaque sonde est attribuée à l'une de plusieurs plages de valeurs prédéterminées et mutuellement exclusives. Chaque plage forme essentiellement une "case" ou catégorie et pour B8949 - P/51822

19 chaque valeur mesurée tombant dans la plage pendant une période d'échantillonnage donnée, un comptage est ajouté à la valeur de la case. Chaque case commence par une valeur initiale nulle. Le dispositif est alors agencé pour transmettre le nombre de camp- tages de chaque case vers des systèmes de commande en surface pour un traitement ultérieur. Un exemple de la sortie produite est illustré en figure 8. En utilisant l'histogramme de données, la moyenne et l'écart type peuvent être déterminés de façon approximative et la teneur en eau calculée en utilisant les équations ci-dessus. Toutefois, en pratique, les comptages dans chaque groupe Nc et Ni seront utilisés directement de sorte que la teneur en eau sera Nc/ (Nc+Ni) . Le transfert des informations d'histogramme nécessite de transmettre plus de données que la première approche. Toutefois, cela est avantageux en ce que la teneur peut être comprise visuellement à partir de l'histogramme lui-même ainsi que la répartition de la partie conductrice du fluide. Ceci signifie que, quand on rencontre un mélange de fluides plus complexe, avec par exemple trois pics d'histogramme ou plus, une évaluation quantitative raisonnable de la teneur peut encore être calculée. La première technique de transmission de moyenne et d'écart type peut également être combinée avec la transmission occasionnelle d'un histogramme. La valeur de R (pour Ri ou Rc) pourrait être prise à partir de l'histogramme. A titre de variante, si les fluides constituant dans le forage sont connus, la valeur de R peut être déjà connue. Dans ce cas, le calcul de la teneur en eau h sera basé seulement sur m et sd, l'entrée de Rc ou de Ri étant seulement considérée comme une valeur connue (constante) pour le calcul.

Dans une autre variante de réalisation, le calcul de la teneur h pourrait être effectué dans l'outil lui-même. Toute-fois, pour faire cela, un processus de commande mettant en oeuvre des règles pour assurer que l'écart type et la moyenne appartiennent à une distribution suffisamment bipolaire doit être prévu dans l'outil si la précision de la technique doit B8949 - P/51822

20 être maintenue. Les données obtenues pourraient être mémorisées dans l'outil pour une analyse ultérieure, mais, comme on l'a noté ci-dessus, on préfère que les données soient transmises vers la surface par une ligne filaire pour qu'une analyse immé- diate puisse être effectuée. Bien que la liaison de transmission soit typiquement assurée au moyen d'une ligne bifilaire ou d'un câble, d'autres procédés de transmission pourraient être utilisés avec l'invention tels que des connexions sans fil si celles-ci sont dispo- nibles. A titre de variante, les données peuvent être enregistrées localement dans l'instrument pour une récupération à un instant ultérieur.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour déterminer la proportion d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant : une ou plusieurs sondes résistives (6) pour mesurer la 5 résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; un processeur agencé pour : a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives, 10 b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et un émetteur agencé pour transmettre la moyenne et l'écart type calculés vers un récepteur à un second emplacement, le récepteur fournissant la moyenne et l'écart type à un second 15 processeur agencé pour calculer la concentration de fluide conducteur dans un mélange de fluides dans le fluide remplissant le forage à partir de la moyenne m et de l'écart type sd, et d'une valeur prédéterminée R de la résistance.

2. Dispositif pour déterminer la résistance d'un 20 fluide dans un mélange de fluides dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant : une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; 25 un processeur agencé pour : a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives, b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et 30 un émetteur agencé pour transmettre la moyenne et l'écart type calculés vers un récepteur à un second emplacement, le récepteur fournissant la moyenne et l'écart type à un second processeur agencé pour calculer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides dans le fluide remplissant le forage àB8949 - P/51822 22 partir de la moyenne m et de l'écart type sd, et d'une valeur prédéterminée R de la résistance pour le ou les autres fluides dans le mélange.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le second processeur est agencé pour déterminer à partir des mesures de résistance la résistance apparente R du fluide sensiblement conducteur (Rc) ou du fluide sensiblement non-conducteur (Ri).

4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la valeur R est connue et dans lequel, lors du calcul par le second processeur, la valeur R doit être introduite.

5. Dispositif selon la revendication 1, 3 ou 4, dans lequel le second processeur est agencé pour calculer la valeur de teneur en eau (h) selon les équations [1] et [2] : [1] h = x/ (x + sd2), et [2] x = (Ri - m)2 ; où sd est l'écart type des mesures des résistances, m est la valeur moyenne des mesures des résistances et Ri est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement non conducteurs, moyennée sur la durée de mesure ; ou selon l'équation [3] [3] h = sd2/(sd2 + (m-R,)2) où sd est l'écart type des mesures de résistance, m est la valeur moyenne des mesures de résistance et Rc est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement conducteurs.

6. Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4 dans lequel le second processeur est agencé pour calculer la valeur de résistance pour le fluide sensiblement conducteur dans le mélange selon l'équation : R, = (m.Ri - m2 - sd2)/(Ri - m) ou la valeur de résistance pour le fluide sensiblement non-conducteur dans le mélange selon l'équation : Ri = (m2 + sd2 - m.R,) / (m - R~)B8949 - P/51822 23 où sd est l'écart type des mesures de résistance, m est la valeur moyenne des mesures de résistance, Rc est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement conducteurs, moyennée sur la durée de mesure, et Ri est la valeur de résistance apparente des fluides dans le forage qui sont sensiblement non conducteurs, moyennée sur la durée de mesure.

7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel seules les valeurs de m et sd sont transmises au récep-10 teur au niveau du second emplacement.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une connexion filaire entre l'émetteur et le récepteur pour transmettre les valeurs calculées.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- 15 tions précédentes, dans lequel le second processeur est disposé à la surface du forage.

10. Dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif 20 comprenant : une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; et un processeur agencé pour : 25 a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives ; b) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et c) utiliser la moyenne et l'écart type et une valeur 30 prédéterminée R de la résistance, calculer la concentration du fluide conducteur dans le mélange de fluides dans le forage rempli de fluide.

11. Dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides conducteur et non-B8949 - P/51822 24 conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant : une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en 5 contact ; un premier processeur agencé pour recevoir des mesures de résistance des sondes résistives et pour affecter chaque mesure de résistance selon sa valeur à l'une d'une pluralité de cases de mesure, dans lequel chaque case de mesure correspond à 10 une plage de valeurs de mesures de résistance, dans lequel le processeur est également agencé pour transmettre le nombre de mesures affectées à chaque case de mesure à un second processeur et le second processeur est agencé pour calculer la concentration du fluide conducteur dans un mélange de fluides dans le 15 forage rempli de fluide à partir du nombre de mesures dans chaque case de mesure.

12. Dispositif pour déterminer la concentration d'un fluide conducteur dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif 20 comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact, les sondes résistives comprenant une électrode de détection (12) et une électrode de référence (16), dans lequel : l'électrode de détection (12) a une partie conique 25 (14) qui est exposée au fluide pour prendre une mesure de résistance, la partie conique de l'électrode de détection étant agencée pour faire face à une première direction d'écoulement de fluide, et : l'électrode de référence (16) coopère avec l'électrode 30 de détection de sorte que, dans une seconde direction d'écoulement de fluide, l'écoulement de fluide est défléchi vers la partie conique de l'électrode de détection.

13. Dispositif pour déterminer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur 35 dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant :B8949 - P/51822 25 une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact ; et un processeur agencé pour : a) recevoir des mesures de résistance des sondes résistives ; d) calculer pendant une durée de mesure la moyenne et l'écart type des mesures de résistance ; et e) utiliser la moyenne et l'écart type et une valeur prédéterminée R de la résistance de l'un des fluides, pour calculer la valeur de résistance du ou des autres fluides dans un mélange de fluides dans le forage rempli de fluide.

14. Dispositif pour déterminer la résistance d'un fluide dans un mélange de fluides conducteur et non-conducteur dans un forage rempli de fluide, le dispositif comprenant une ou plusieurs sondes résistives pour mesurer la résistance d'un fluide de forage avec lequel elles sont en contact, les sondes résistives comprenant une électrode de détection et une électrode de référence, dans lequel : l'électrode de détection (12) a une partie conique (14) qui est exposée au fluide pour prendre une mesure de résistance, la partie conique de l'électrode de détection étant agencée pour faire face à une première direction d'écoulement de fluide, et l'électrode de référence (16) coopère avec l'électrode de détection de sorte que, dans une seconde direction d'écoulement de fluide, l'écoulement de fluide est défléchi vers la partie conique de l'électrode de détection.

15. Dispositif selon la revendication 12 ou 14, dans 30 lequel les premier et second sens d'écoulement de fluide sont sensiblement opposés.

16. Dispositif selon la revendication 12, 14 ou 15, dans lequel les première et seconde électrodes sont montées dans un boîtier (18) pouvant communiquer avec le fluide et dansB8949 - P/51822 26 lequel le boîtier définit au moins des première et seconde directions d'écoulement de fluide.

17. Dispositif selon la revendication 12, 14, 15 ou 16, dans lequel l'électrode de référence a une surface qui s'étend dans l'écoulement de fluide, la surface étant inclinée vers la partie conique de l'électrode de détection.

18. Dispositif selon la revendication 17, dans lequel l'électrode de référence est en forme de coin et est montée sur le boîtier.