DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D'UN FLUIDE SOUS PRESSION EQUIPE DE MOYENS POUR AUGMENTER LE VOLUME DE LA CHAMBRE D'ECHANTILLONNAGE

L'invention concerne le domaine technique de l'exploration et de l'exploitation de milieu souterrain, telle l'exploitation de réservoir de gaz (stockage/soutirage de gaz, exploitation de gaz ou d'hydrocarbures conventionnels ou non conventionnels) et la surveillance de ces opérations (contamination des opérations sur les aquifères). L'invention concerne notamment le domaine de la surveillance de site géologique comprenant des hydrocarbures huile ou gaz.

En particulier, l'invention concerne les dispositifs d'échantillonnage de fluides, et plus particulièrement un dispositif de prélèvement de fluides sous pression dans un puits, une canalisation, un tube, un conduit, un réservoir ou équivalent.

Des fluides présents en milieu souterrain ont besoin d'être prélevés via des puits pour déterminer leur composition, afin de caractériser les réservoirs géologiques atteints par ces puits et leur évolution dans le temps au cours du procédé industriel de stockage et/ou de production.

Pour mettre en œuvre ces méthodes, il est donc nécessaire de disposer d'un dispositif de prélèvement de fluides sous pression dans un puits foré à travers une formation géologique. Un tel dispositif est appelé échantillonneur ou préleveur.

On connaît des échantillonnées dits FTS (de l'anglais Flow Through Sampler), permettant d'obtenir des échantillons de fluide à partir d'un puits foré à travers une formation géologique. Un tel dispositif se compose d'une chambre à échantillon avec une soupape à ressort à chaque extrémité. Un mécanisme de verrouillage relie les vannes et les maintient ensemble ouvertes. Au-dessus de la chambre, il existe une horloge pour programmer l'heure de fermeture, et un mécanisme de déclenchement pour libérer les vannes. L'extrémité inférieure comporte des moyens pour permettre au fluide de pénétrer. Au sommet, il y a une prise de câble pour fixer un câble.

On connaît du brevet US594561 1 un dispositif de prélèvement de fluides sous pression dans une canalisation, un tuyau, un conduit ou analogue. Ce dispositif comprend une pluralité de pistons, un corps ayant un passage commun, dans lequel lesdits pistons sont montés coulissants, un orifice d'entrée latérale et un orifice de sortie latérale situé à l'intérieur de ladite voie de passage et communiquant avec le pipeline, lesdits orifices d'entrée et de sortie situés de telle sorte que le mouvement des pistons peut couvrir et découvrir lesdits orifices d'entrée et de sortie. On connaît du brevet US5896926 un dispositif de prélèvement de fluides d'aquifère souterrain in situ en condition statique sans perturber l'environnant mais comportant un "packer" pour isoler le système de prélèvement avec la zone située au-dessus de lui ainsi qu'un système de pompage in situ dans ledit préleveur pour "aspirer" le fluide dans la chambre d'échantillonnage.

On connaît également de la demande de brevet français FR 2999224 (WO 2014/087061 ) un dispositif de prélèvement comportant d'une part un piston contrôlé par un ressort baignant dans une chambre d'huile pour échantillonner le fluide, et d'autre part, un second piston pour expulser le fluide lors du transfert. Le dispositif est maintenu en position ouverte ou fermée par le ressort comprimé logé dans la chambre remplie d'huile. L'huile contenue dans la chambre du ressort permet d'amortir l'effet de décompression et de réaliser le prélèvement sans à-coup. Le dispositif permet la récupération du fluide échantillonné grâce à l'action mécanique d'un piston solide au travers d'une vanne manuelle. Ce dispositif présente également l'avantage de pouvoir être descendu en position ouverte dans le milieu souterrain, pour permettre un remplissage complet de la chambre d'échantillonnage.

Pour récupérer le fluide prélevé et pour transporter l'échantillon à analyser, ces dispositifs de prélèvement nécessitent de mettre en œuvre des moyens d'extraction du fluide de la chambre d'échantillonnage et de conditionner le fluide prélevé dans un conteneur dédié. Ces moyens sont complexes, peuvent altérer le fluide prélevé (fuite, pollution du fluide...) et nécessitent des manipulations.

L'invention concerne un dispositif de prélèvement d'un fluide comportant une chambre d'échantillonnage comprenant un premier piston entraîné par le fluide, et des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage, de manière à ajuster la pression dans la chambre d'échantillonnage. Ainsi, la chambre d'échantillonnage sert en tant que préleveur mais aussi en tant que conteneur du fluide prélevé et peut servir également en tant que cellule pour l'analyse du fluide. Le dispositif et l'utilisation selon l'invention

L'invention concerne un dispositif de prélèvement d'au moins un fluide sous pression comportant au moins une chambre d'échantillonnage comprenant un volume interne pour recevoir ledit fluide, ladite chambre d'échantillonnage comportant un premier piston apte à être déplacé par ledit fluide. Ladite chambre d'échantillonnage comporte des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage. Selon l'invention, ladite chambre d'échantillonnage est un conteneur de transport dudit fluide.

Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens additionnels pour augmenter le volume de ladite chambre d'échantillonnage comportent un piston de compensation servant de butée pour ledit premier piston et des moyens pour régler la position dudit piston de compensation.

Selon une caractéristique de l'invention, les moyens pour régler la position dudit piston de compensation sont des moyens hydrauliques.

Selon un aspect de l'invention, ledit piston de compensation a une course représentant entre 0,1 et 20 % du volume de fluide prélevé.

Avantageusement, ledit dispositif de prélèvement comporte une chambre inférieure disposée sous ladite chambre d'échantillonnage, et comporte dans la partie inférieure de ladite chambre d'échantillonnage, un raccord pour fixer de manière amovible ladite chambre d'échantillonnage et ladite chambre inférieure, ledit raccord comportant des moyens pour le passage d'un fluide entre ladite chambre d'échantillonnage et ladite chambre inférieure.

De préférence, ledit piston de compensation coulisse essentiellement au sein du raccord autour d'un cylindre intérieur.

De plus, ledit dispositif de prélèvement peut comporter un système d'actionnement du prélèvement pour ouvrir ou fermer ladite chambre d'échantillonnage.

Selon une variante de réalisation de l'invention, ledit système d'actionnement comporte des moyens de motorisation ouvrant et fermant ladite chambre d'échantillonnage et des moyens de commande électroniques ou mécaniques desdits moyens de motorisation.

De manière avantageuse, lesdits moyens de commande électroniques comprennent une horloge et/ou des moyens de communication et/ou au moins un capteur de température et/ou au moins un capteur de pression et/ou au moins un capteur CCL et/ou au moins un capteur à rayon gamma.

Selon une caractéristique de l'invention, ladite chambre d'échantillonnage est fixée de manière amovible, en dessous dudit système d'actionnement.

Selon un aspect de l'invention, ladite chambre d'échantillonnage comporte une vanne supérieure pour autoriser ou interdire le passage dudit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage, ladite vanne supérieure étant disposée au-dessus du premier piston.

Avantageusement, ledit dispositif de prélèvement comporte entre une et cinq chambres d'échantillonnage, de préférence entre une et trois chambres d'échantillonnage. En outre, l'invention concerne l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour réaliser un échantillon d'un fluide dans une formation souterraine. Pour cette utilisation, on réalise les étapes suivantes : a) on descend ledit dispositif de prélèvement avec ladite chambre d'échantillonnage fermée dans ladite formation souterraine ;

b) on prélève ledit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement en ouvrant ladite chambre d'échantillonnage pendant un temps prédéterminé ;

c) on remonte ledit dispositif de prélèvement à la surface avec ladite chambre d'échantillonnage fermée ; et

d) on récupère ladite chambre d'échantillonnage fermée contenant ledit fluide en tant qu'échantillon dudit fluide.

Avantageusement, lors de l'étape de prélèvement on maintient ledit piston de compensation en position haute, et lors de l'étape de récupération de la chambre d'échantillonnage on descend ledit piston de compensation en position basse.

De préférence, on transporte ledit fluide dans ladite chambre d'échantillonnage fermée.

Selon un aspect de l'invention, on réalise en outre une étape d'analyse dudit fluide contenu dans ladite chambre d'échantillonnage.

Selon une variante de réalisation de l'invention, on réalise en outre avant l'étape d'analyse, une étape de conditionnement de ladite chambre d'échantillonnage sensiblement aux conditions de température et de pression de ladite formation souterraine.

De manière avantageuse, on prélève ledit échantillon pour la surveillance d'un site de stockage de C0 ₂ , d'un site d'exploration ou d'exploitation d'hydrocarbures conventionnels ou non conventionnels, ou d'un site de géothermie.

Présentation succincte des figures

D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.

La figure 1 illustre le dispositif de prélèvement selon l'invention avant prélèvement du fluide.

La figure 2 illustre la chambre d'échantillonnage et la chambre inférieure du dispositif de prélèvement selon l'invention avant prélèvement du fluide.

La figure 3 illustre la chambre d'échantillonnage et la chambre inférieure du dispositif de prélèvement selon l'invention après prélèvement du fluide.

La figure 4 illustre la chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement selon l'invention après prélèvement du fluide.

La figure 5 illustre la chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement selon l'invention pour le transport du fluide. La figure 6 illustre le raccord intermédiaire du dispositif de prélèvement selon l'invention.

La figure 7 illustre la chambre d'échantillonnage du dispositif de prélèvement selon l'invention équipée de couvercles pour le transport du fluide.

Description détaillée de l'invention

La présente invention concerne un dispositif de prélèvement d'au moins un fluide sous pression, appelé également préleveur.

Le préleveur selon l'invention comporte au moins une chambre d'échantillonnage définissant un volume interne pour recevoir le fluide à prélever. Lors du prélèvement, la chambre d'échantillonnage se remplit par le fluide à prélever. Puis, lorsque le prélèvement est terminé, c'est-à-dire pendant la remontée du préleveur à la surface, ou encore pendant le transport du fluide, le fluide prélevé est contenu dans cette chambre d'échantillonnage. Le préleveur selon l'invention comprend en outre des moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage, de manière à régler la pression dans la chambre d'échantillonnage. Les moyens additionnels pour augmenter le volume de la chambre d'échantillonnage permettent de diminuer la pression dans la chambre d'échantillonnage (cas d'un fluide compressible) ou de créer un coussin de gaz (de l'anglais « gas cap ») au- dessus du fluide (cas d'un fluide incompressible), notamment lorsque la chambre d'échantillonnage comporte le fluide à prélever. Ces moyens additionnels permettent de limiter les risques liés au transport d'un équipement sous pression ; ainsi il n'est plus nécessaire d'extraire le fluide prélevé pour son analyse, ce qui autorise d'utiliser la chambre d'échantillonnage comme conteneur de transport du fluide prélevé (bouteille de transport du fluide prélevé).

En outre, le préleveur peut comporter les moyens suivants, seuls ou en combinaison :

- un système d'actionnement du prélèvement, qui ouvre et ferme le préleveur, de manière à autoriser ou interdire l'introduction dans le préleveur du fluide à prélever depuis le milieu extérieur. Le système d'actionnement est situé de préférence au-dessus de la chambre d'échantillonnage.

- une chambre inférieure, de préférence située au-dessous de la chambre d'échantillonnage. La chambre inférieure communique avec la chambre d'échantillonnage de manière à permettre un transfert de fluide entre la chambre d'échantillonnage et la chambre inférieure. - des moyens d'attache d'un câble, le câble permettant de descendre et de remonter le préleveur dans un puits ou une canalisation, un tube, un conduit, un réservoir.... La chambre d'échantillonnage est formée par une enveloppe cylindrique, dans laquelle se déplace un premier piston. Le déplacement du premier piston est réalisé par le fluide prélevé : la pression du fluide prélevé fait descendre le premier piston. Le fluide prélevé est donc contenu dans l'enveloppe cylindrique entre la partie supérieure de la chambre d'échantillonnage et le premier piston.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens additionnels pour augmenter la volume de la chambre d'échantillonnage comprennent un piston de compensation et des moyens de réglage de la position du piston de compensation. En position basse du premier piston, c'est-à-dire à la fin du prélèvement et pendant le transport du préleveur, le premier piston est en butée contre un piston de compensation. Le piston de compensation est commandé par des moyens de réglage de manière à faire varier la pression au sein de la chambre d'échantillonnage. Les moyens de réglage de la position du piston de compensation positionnent le piston de compensation en position haute pendant le prélèvement et la remontée à la surface du préleveur. Les moyens de réglage de la position du piston de compensation positionnent le piston de compensation en position basse pour le transport de l'échantillon prélevé. Le premier piston étant en butée contre le piston de compensation, et au vu de la pression du fluide prélevé dans la chambre d'échantillonnage, la descente du piston de compensation entraîne la descente du premier piston.

Selon un mode de réalisation de l'invention, lors de la préparation préalable à la descente, un fluide, par exemple de l'huile est injecté sous le piston de compensation jusqu'à le faire sortir, par exemple d'environ 15 mm, ce qui permet de créer un tampon (d'huile) sur lequel vient s'appuyer le premier piston lorsque celui-ci est en butée sur le piston de compensation. Ce tampon (d'huile), une fois l'outil remonté en surface, est évacué, ce qui permet de transporter l'échantillon au laboratoire avec une pression moindre que celle du prélèvement, voire nulle (tout dépendra de la quantité de gaz dissous récupérée par le préleveur). Ainsi, le volume interne contenant le fluide prélevé augmente, ce qui permet de diminuer la pression dans la chambre d'échantillonnage (cas d'un fluide compressible) ou de créer un coussin de gaz (de l'anglais « gas cap ») au-dessus du fluide (cas d'un fluide incompressible). De préférence, cette couche de gaz ou gas cap possède un volume faible par rapport au volume de la chambre d'échantillonnage. Pour cela, la course du piston de compensation peut représenter entre 0,1 % et 25 % du volume prélevé, voire davantage, de préférence entre 0,1 et 20 % du volume prélevé. Ce réglage de la pression permet de limiter les risques liés au transport d'un équipement sous pression ; ainsi il n'est plus nécessaire d'extraire le fluide prélevé pour son analyse, ce qui autorise d'utiliser la chambre d'échantillonnage comme conteneur de transport du fluide prélevé (conteneur de transport du fluide prélevé) et comme cellule PVT puisqu'il est possible de remettre l'échantillon aux conditions de fond.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la position du piston de compensation peut être réglée par des moyens hydrauliques ; le piston est déplacé par injection et soutirage d'huile. Selon un mode de réalisation de l'invention, un système d'actionnement du prélèvement permet l'ouverture et la fermeture du préleveur. Le système d'actionnement peut être compris dans une enveloppe cylindrique. De préférence, cette ouverture et cette fermeture sont réalisées par une vanne, dite vanne supérieure, située au-dessus du premier piston. La vanne supérieure est entraînée par le système d'actionnement, lorsque le préleveur est à la position, dans le puits, souhaitée pour le prélèvement. Le système d'actionnement comprend des moyens de motorisation, notamment au moins un moteur électrique apte à entraîner la vanne supérieure. Le système d'actionnement comprend en outre des moyens de commande des moyens de motorisation. Les moyens de commande contrôlent les moyens de motorisation lorsque le préleveur est à la position souhaitée. Les moyens de commande peuvent être des moyens de commande mécaniques actionnés depuis la surface par un utilisateur. Alternativement, les moyens de commande peuvent être électroniques. Les moyens de commande électroniques peuvent comprendre des moyens de communication en temps réel avec des moyens disposés en surface, de manière à informer l'utilisateur des conditions au sein du puits. Selon une première variante de réalisation, les moyens de commande électroniques peuvent comprendre une horloge automatique, qui va déclencher le contrôle des moyens de motorisation à un instant prédéterminé. Selon une deuxième variante de réalisation, les moyens de commande et les informations remontées en temps réel peuvent permettre au spécialiste de déclencher le prélèvement, une fois la position du préleveur dans le puits déterminée. Les moyens de commande peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs afin de déterminer la position du préleveur dans le puits. Les capteurs intégrés dans les moyens de commande peuvent comprendre un ou plusieurs capteurs de température, un ou plusieurs capteurs de pression, un ou plusieurs capteurs CCL (de l'anglais « Casing Collar Locator », qui signifie détecteur de joint de tubage, ce type de capteur permettant de déterminer la position des joints de tubage dans un puits), un ou plusieurs capteurs à rayon gamma (en anglais « gamma ray »)... Alternativement, ces deux variantes de réalisation peuvent être associées, et un mécanisme d'horloge automatique peut être couplé à différents capteurs. Afin de résister à des conditions de hautes températures et de hautes pressions, les moyens de commande électroniques peuvent être intégrés dans un bouclier thermique de type vase Dewar qui est un récipient conçu pour fournir une très bonne isolation thermique. Ce tube peut se présenter sous la forme d'un récipient en verre ou en métal, en double-couche. Il peut être vu comme deux récipients à paroi mince imbriqués l'un dans l'autre. L'espace étroit entre ces deux récipients est presque entièrement dépourvu d'air, le quasi-vide empêche la conduction et la convection de chaleur. En outre, le capteur de pression peut être un capteur de type Quatzdyne ou équivalent, qui est un capteur de haute précision et pouvant supporter des températures allant jusqu'à 200 °C.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la chambre d'échantillonnage est fixée de manière amovible, par exemple par une liaison filetée, au système d'actionnement afin de pouvoir isoler la chambre d'échantillonnage, pour former un conteneur de transport.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la chambre inférieure est en communication avec la chambre d'échantillonnage. La chambre inférieure peut être comprise dans une enveloppe cylindrique. Le diamètre extérieur de la chambre inférieure peut être sensiblement identique au diamètre extérieur de la chambre d'échantillonnage, par exemple par une liaison filetée. Selon un mode de réalisation de l'invention, la chambre inférieure est en communication avec la chambre d'échantillonnage au moyen d'un raccord, dit raccord intermédiaire. Le raccord permet de fixer de manière amovible la chambre inférieure et la chambre d'échantillonnage. Ainsi, la chambre d'échantillonnage peut être isolée de la chambre inférieure pour former un conteneur de transport.

Le raccord comporte des moyens pour le passage d'un fluide de la chambre d'échantillonnage vers la chambre inférieure. Les moyens de passage interdisent le passage du fluide en sens inverse de la chambre inférieure vers la chambre d'échantillonnage. Les moyens pour le passage d'un fluide peuvent comporter un cylindre inférieur, une vis d'ajustage, et un système de clapet. Avantageusement, la chambre inférieure a un volume supérieur au volume de la chambre d'échantillonnage, de manière à permettre un transfert complet du fluide initialement contenu de la chambre d'échantillonnage vers la chambre inférieure. En outre, l'ensemble peut être constitué de manière à assurer une traversée lente du fluide de transfert, ce qui permet d'assurer un prélèvement sans changement des caractéristiques PVT (pression, volume, température) du fluide de la formation souterraine.

Le piston de compensation est mobile par rapport au raccord. De préférence, le piston de compensation est mobile essentiellement au sein du raccord, de manière à ce que, en position basse, le piston de compensation ne dépasse pas du raccord et à ce que, en position haute, le piston de compensation soit en saillie par rapport au raccord. La hauteur de la saillie correspond sensiblement à la course du piston de compensation. La figure 1 illustre le dispositif de prélèvement avant prélèvement du fluide selon un mode de réalisation non limitatif de l'invention. Le dispositif de prélèvement est sensiblement de forme cylindrique et comporte de haut en bas trois compartiments : le compartiment de commande 20 comprenant le système d'actionnement, la chambre d'échantillonnage 3 et la chambre inférieure 13.

Le compartiment de commande 20 illustré comporte de manière non limitative :

- un moteur électrique 19 pour déclencher ou arrêter le prélèvement,

- un axe de commande 18 transmettant le mouvement du moteur électrique 19, - un embout inférieur 21 du compartiment de commande 20 fermant la partie inférieure du compartiment de commande 20,

- un berceau du moteur 22 pour supporter le moteur électrique 19,

- un embout supérieur 23 du compartiment de commande fermant la partie supérieure du compartiment de commande 20,

- un passage 24 étanche, notamment pour des câbles électriques,

- un raccord 25 du compartiment de commande avec des moyens de commande (non représentés), par exemple des moyens de commande électroniques ou mécaniques, et

- un raccord 17 du compartiment de commande 20 avec la chambre d'échantillonnage 3, pour fixer de manière amovible le compartiment de commande 20 avec la chambre d'échantillonnage 3.

La chambre d'échantillonnage 3 illustrée comporte de manière non limitative :

- une vanne supérieure 1 pour ouvrir ou fermer la chambre d'échantillonnage, c'est-à-dire pour permettre ou non le remplissage de la chambre d'échantillonnage ; la vanne supérieure 1 est entraînée par le système d'actionnement, notamment par les moyens de motorisation 19 ; lorsque la vanne supérieure 1 est ouverte, le fluide pénètre latéralement par des ouvertures prévues (oblongues selon le mode de réalisation illustré) dans le corps du préleveur (au-dessus de la vanne supérieure 1 ), passe à travers la vanne supérieure 1 et pénètre dans la chambre d'échantillonnage 3,

- un embout supérieur 2 du préleveur fermant avec la vanne supérieure 1 la partie supérieure de la chambre d'échantillonnage 3,

- le premier piston 4, qui est en position haute avant le prélèvement du fluide, est plaqué à l'embout supérieur 2 en faisant le vide entre le premier piston 4 et l'embout supérieur 2, - un raccord intermédiaire 9, situé dans la partie inférieure de la chambre d'échantillonnage et qui permet de fixer de manière amovible la chambre d'échantillonnage 3 et la chambre inférieure 13,

- un piston de compensation 5, mobile par rapport au raccord intermédiaire, qui est en position haute avant le prélèvement du fluide, au moyen d'un fluide

(huile) situé entre le piston de compensation 5 et le raccord intermédiaire, et

- un clapet 10 fixé au raccord intermédiaire, et qui permet le passage du fluide de la chambre d'échantillonnage 3 à la chambre inférieure 13.

La chambre inférieure 13 illustrée comporte de manière non limitative :

- un embout inférieur 14 du préleveur fermant la chambre inférieure 13, un « nez inférieur » 15 (de l'anglais « bottom nose ») fermé, fixé à l'embout inférieur, qui est à l'extrémité inférieure du préleveur, et qui a une forme sensiblement conique, et

une vanne inférieure 16 permettant de vider la chambre inférieure 13.

Avant le prélèvement de fluide (figures 1 et 2), le premier piston 4 est plaqué contre l'embout supérieur 2, le volume de la chambre d'échantillonnage 3 compris entre le premier piston 4 et le raccord intermédiaire comprend un fluide de remplissage, par exemple de l'huile, et le volume de la chambre inférieure est mis sous vide ou comporte de l'air. En position plaquée du premier piston 4 dans l'embout supérieur 2, une surface sensiblement conique du piston 4 en saillie pénètre dans une surface creuse sensiblement conique de l'embout supérieur 2.

Pendant le prélèvement du fluide, le fluide pénètre dans la chambre d'échantillonnage 3 par la vanne supérieure 1 . Le fluide prélevé exerce alors une force sur le premier piston 4 qui descend, et le fluide prélevé commence à remplir le volume de la chambre d'échantillonnage compris entre l'embout supérieur 2 et le premier piston 4. La descente du premier piston 4 engendre un déplacement du fluide de remplissage de la chambre d'échantillonnage 3 vers la chambre inférieure 13 au travers du raccord intermédiaire et du clapet 10.

Une fois le prélèvement terminé et pendant la remontée du préleveur à la surface

(figures 3 et 4), le premier piston 4 est en butée contre le piston de compensation 5 qui est en position haute. La chambre d'échantillonnage 3 comporte alors uniquement le fluide prélevé. L'intégralité du fluide de remplissage est alors dans la chambre inférieure.

A la surface, l'échantillon est préparé (figure 5) en conservant uniquement la chambre d'échantillonnage, par démontage des moyens de commande 20 et de la chambre inférieure 13. Et afin de permettre le transport en sécurité du fluide sous pression, un coussin de gaz est formé au sein de la chambre d'échantillonnage 3 par descente du piston de compensation 5, permettant une augmentation du volume de la chambre d'échantillonnage.

Un exemple de réalisation du raccord intermédiaire 9 est illustré en détail à la figure 6. Ce raccord intermédiaire 9 peut être composé de deux vannes 7a et 7b, équipées d'un pointeau 27, une vanne de vidange 8, un piston de compensation 5, un cylindre intérieur 6, une vis d'ajutage 26 et d'un clapet 10, lui-même composé d'un corps, d'un ressort 28, d'une bille 12 et d'une vis de tarage 1 1 .

Lors de la préparation préalable à la descente, un fluide, de préférence de l'huile, est injecté sous le piston de compensation 5 jusqu'à le faire sortir, par exemple d'environ 15 mm, ce qui permet de créer un tampon (d'huile) sur lequel vient s'appuyer le premier piston 4 lorsque celui-ci est en butée contre le piston de compensation 5. Ce tampon (d'huile), une fois le préleveur remonté en surface, est évacué, ce qui permet de transporter l'échantillon au laboratoire avec une pression moindre que celle du prélèvement, voire nulle (tout dépend de la quantité de gaz dissous récupérée par le préleveur).

Selon un mode de réalisation de l'invention, le préleveur peut être préparé, tel qu'illustré aux figures 1 et 2, avant toute descente dans un puits, en mettant en œuvre les étapes suivantes :

- Etape 1 : on réalise le vide au-dessus du premier piston 4, par exemple en raccordant l'entrée de la vanne supérieure 1 à une pompe à vide ; ce faisant le premier piston 4 vient se plaquer à l'embout supérieur 2.

Etape 2 : on règle le piston de compensation 5 en position haute, en réalisant les étapes suivantes :

o on dévisse la vis de vidange 8 qui devient alors une vis de remplissage, et à la place de la vis de vidange on met en place un flexible qui plonge dans un réservoir d'huile,

o on dévisse la vanne 7a, qui est remplacée par un flexible relié à la partie basse d'un récipient d'huile, et en partie haute de ce récipient, un flexible est relié à une pompe capable de faire du vide ou de la pression. o on commence par faire le vide dans le raccord intermédiaire 6, puis on ouvre la vanne 7b, ce qui aspire l'huile par le flexible de remplissage et remplit le volume sous le piston de compensation 5. Une fois que ce volume est rempli, on ferme la vanne 7a et on arrête la pompe à vide. o on repousse alors le piston de compensation en injectant de l'huile sous pression, pour cela, la vanne 7b étant fermée, on peut alors débrancher le flexible d'huile et remettre à sa place la vis de vidange, on branche alors la pompe de pression sur le récipient d'huile, et on fait sortir le piston de compensation 5 de la distance souhaitée (par exemple 15 mm) ; on arrête alors l'injection de la pompe, on débranche le flexible d'huile et on remet en place la vanne 7a. L'air contenu sous le piston de compensation 5 est alors évacué et un tampon d'huile est créé sous le piston de compensation 5.

Etape 3 : on remplit en huile le volume de la chambre d'échantillonnage 3 sous le piston 4.

Etape 4 : on visse l'ensemble du raccord intermédiaire 9 dans la chambre d'échantillonnage 3.

Etape 5 : on visse la chambre inférieure 13 sur le raccord intermédiaire 6.

Etape 6 : on visse l'embout inférieur 14 avec sa vanne 16 sur la partie basse de la chambre inférieure 13.

Etape 7 : on effectue le vide dans la chambre inférieure 13, par exemple par l'intermédiaire d'une pompe à vide connectée sur la vanne inférieure 16.

Etape 8 : on fixe le nez inférieur 15 à l'embout inférieur 14 du préleveur.

Etape 9 : on met en place et on fixe l'ensemble du compartiment de commande 20 sur le préleveur par l'intermédiaire du raccord 17 du compartiment de commande 20 avec la chambre d'échantillonnage 3.

Selon un mode de réalisation de l'invention et tel qu'illustré à la figure 3 (sur cette figure le compartiment de commande n'est pas représenté), à la profondeur désirée, l'ouverture de la vanne supérieure 1 est déclenchée via le moteur électrique 19. La pression exercée par le fluide à prélever sur la partie supérieure du piston 4 provoque son déplacement ; ce faisant, l'huile contenue dans la partie sous piston 4 se transfère de la chambre d'échantillonnage 3 dans la chambre inférieure 13, par l'intermédiaire d'un ajutage crée dans la vis d'ajutage 26 et contenu dans le clapet 10.

Le rôle du clapet 10 équipé de sa bille 12, faiblement taré par la vis de tarage 1 1 qui appuie sur le ressort 28, est double : premièrement il empêche le transfert de l'huile par gravité lors de la descente du préleveur ; et deuxièmement il s'ouvre pour compenser la dilatation du volume d'huile créée par l'élévation de la température de l'huile lors de la descente.

Lorsque le piston 4 arrive au contact du piston de compensation 5, celui-ci comprime le petit volume d'huile injecté avant la descente et une fois l'équilibre des pressions établi, stoppe la progression du piston 4.

Après un temps prédéterminé, la vanne supérieure 1 est alors fermée via le moteur électrique 19 et le préleveur peut être remonté. Selon un mode de réalisation illustré sur les figures 4, 5 et 7, pour former le conteneur de transport de l'échantillon, lorsque le préleveur est remonté à la surface, on commence par déconnecter la tête de câble au niveau du compartiment électronique. Puis, on démonte le compartiment électronique du compartiment de commande. Ensuite, on déconnecte l'ensemble préleveur (chambre d'échantillonnage et chambre inférieure) de l'ensemble tête de commande.

Selon une variante de réalisation, une vérification du volume prélevé peut être réalisée après ce démontage. Par exemple, la vérification peut consister à peser le préleveur complet avant la descente et après la remontée, la différence de poids indiquant si le préleveur est rempli ou non.

La pression contenue dans la chambre d'échantillonnage 3 du préleveur peut représenter un danger. Pour limiter les risques liés au transport d'un équipement sous pression, il est possible de faire baisser cette pression de manière substantielle en créant un « gas cap » (coussin de gaz).

D'une part, le « gas cap » est réalisé par le réglage de la position du piston de compensation 5, en l'amenant dans sa position basse. Le piston de compensation 5 étant poussé par le premier piston 4, la pression qui s'exerce dans la chambre d'huile est égale, par exemple, à trois fois la pression dans la chambre supérieure du préleveur, au vu du rapport des surfaces du premier piston 4 et du piston de compensation 5.

D'autre part, le « gas cap » peut être réalisé par la différence de température. En effet, la pression finale contenue dans le préleveur est influencée par la température finale. Cette température a une influence à la fois sur l'huile et sur le liquide prélevé. Le volume de la chambre inférieure 13 étant supérieur à celui de la chambre d'échantillonnage 3, il n'y a aucun risque au niveau de l'huile contenu dans la chambre inférieure 13. De plus, un échantillon prélevé à haute température (par exemple 200°C) n'est plus à cette température une fois le préleveur remonté en surface ; la pression finale du fluide à la surface n'est donc plus la même que celle du fond, ce qui va dans le sens de la sécurité.

Selon un exemple de réalisation, pour diminuer la pression à l'intérieur du préleveur, on peut mettre en œuvre les étapes suivantes :

- Etape 1 : on dévisse la chambre inférieure 13 du raccord intermédiaire 9 pour vérifier si le transfert en huile a été complet ou non (figure 4).

- Etape 2 : on démonte la vis de vidange 8 du raccord intermédiaire 9, et on visse à sa place un flexible de purge relié à un récipient de vidange.

- Etape 3 : on dévisse la vanne 7b du raccord intermédiaire 9, le premier piston

4 est alors libre de repousser le piston de compensation 5, ce qui permet de vidanger le volume d'huile installé avant la descente entre le piston de compensation 5 et le raccord intermédiaire 9 (figure 5).

- Etape 4 : on dévisse le clapet 10 du raccord intermédiaire 9.

- Etape 5 : on visse un capot inférieur 29 sur le raccord intermédiaire 9 en lieu et place de la chambre inférieure 13, ainsi qu'un capot supérieur 30 protecteur pour la vanne supérieure 1 (figure 7). Le préleveur est alors conditionné pour son transport, notamment pour l'envoi à un laboratoire d'analyse.

Selon une variante de réalisation, le préleveur comporte plusieurs chambres d'échantillonnage. Par exemple, le préleveur peut comporter deux ou trois chambres d'échantillonnage. Selon un mode de réalisation de l'invention, plusieurs ensembles comprenant un système d'actionnement, une vanne supérieure, une chambre d'échantillonnage et une chambre inférieure sont assemblés les uns en-dessous des autres. Un tel préleveur permet de réaliser plusieurs prélèvements consécutifs à des profondeurs différentes, sans avoir à remonter le préleveur entre les prélèvements.

Le préleveur selon l'invention est particulièrement adapté pour prélever des fluides dans des puits profonds, par exemple supérieur à 3000 m, dans des conditions hautes pressions et hautes températures. Le préleveur selon l'invention peut être prévu pour prélever un fluide dans des pressions jusqu'à 650 bars et plus et à des températures proches de 200 °C et plus.

Le préleveur selon l'invention peut être utilisé dans le domaine de la surveillance d'un site de stockage de C0 ₂ , d'un site de géothermie, d'un site d'exploration ou d'exploitation d'hydrocarbures, huiles ou gaz, conventionnels ou non conventionnels, par exemple pour un site d'exploitation des gaz de schiste.

L'invention concerne en outre l'utilisation d'un dispositif de prélèvement pour réaliser un échantillon d'un fluide dans une formation souterraine, dans lequel on réalise les étapes suivantes :

a) on descend le dispositif de prélèvement avec la chambre d'échantillonnage fermée 3 dans un puits (ou une canalisation, un conduit, un réservoir...) de la formation souterraine, notamment au moyen d'un câble fixé sur le système d'actionnement du préleveur ;

b) lorsque le préleveur est à la position prédéterminée (détectée par des moyens mécaniques ou électroniques), on prélève le fluide dans la chambre d'échantillonnage 3 du dispositif de prélèvement en ouvrant la chambre d'échantillonnage 3, par exemple au moyen du système d'actionnement qui déclenche l'ouverture de la vanne supérieure 1 ;

c) on remonte le dispositif de prélèvement à la surface avec la chambre d'échantillonnage 3 fermée, notamment au moyen d'un câble ; et

d) on récupère la chambre d'échantillonnage 3 contenant le fluide en tant qu'échantillon du fluide (en tant que bouteille de transport), par exemple, selon un mode de réalisation de l'invention, en séparant la chambre d'échantillonnage 3 du système d'entraînement et de la chambre inférieure 13 et en générant un « gas cap » dans la chambre d'échantillonnage.

La récupération de la chambre d'échantillonnage en tant que conteneur de transport permet d'éviter toute extraction et reconditionnement du fluide prélevé, ce qui pourrait être source d'altération du fluide prélevé : fuite, pollution...

Le « gas cap » est réalisé par le réglage de la position du piston de compensation. Par exemple, le « gas cap » peut être réalisé en maintenant le piston de compensation en position haute lors des étapes de descente, prélèvement et remontée, et en descendant le piston de compensation en position basse lors de l'étape de récupération.

L'utilisation du dispositif selon l'invention peut comprendre également une étape d'analyse du fluide prélevé. Le fluide prélevé est transporté du lieu de prélèvement au laboratoire d'analyse dans la chambre d'échantillonnage. Préalablement à cette étape d'analyse, il est possible de conditionner la chambre d'échantillonnage sensiblement aux conditions de température et de pression de la formation souterraine. Ainsi, la chambre d'échantillonnage du préleveur sert pour le prélèvement, en tant que conteneur de transport et de cellule d'analyse PVT (pression, volume, température).

Dans la description et sur les figures, les signes de référence suivants ont été utilisés :

1 Vanne supérieure

2 Embout supérieur du préleveur

3 Chambre d'échantillonnage

4 Premier piston

5 Piston de compensation

6 Cylindre intérieur

7a, 7b Vannes

8 Vanne de vidange

9 Raccord intermédiaire

10 Clapet

1 1 Vis de tarage du clapet

12 Bille du clapet Chambre inférieure

Embout inférieur du préleveur

Nez inférieur (« bottom nose »)

Vanne inférieure

Raccord préleveur/compartiment de commande

Axe de commande

Moteur électrique

Compartiment de commande

Embout inférieur du compartiment de commande

Berceau du moteur

Embout supérieur du compartiment de commande

Passage étanche

Raccord du compartiment de commande/moyens de commande électroniques

Vis d'ajutage

Pointeau vanne

Ressort du clapet

Capot supérieur de transport

Capot inférieur de transport